基于LM3S101 處理器的溫度測(cè)量模塊設(shè)計(jì)

　　2 數(shù)據(jù)處理及軟件設(shè)計(jì)：

　　2.1 熱敏電阻測(cè)溫曲線的線性化處理：

　　熱敏電阻的測(cè)溫曲線反映了熱敏電阻阻值與被測(cè)溫度值之間的關(guān)系，由Steinhart-Hart 方程確定：

　　式中，RT是熱敏電阻在T1溫度下的電阻值；R 是熱敏電阻在常溫T2（T2=25 ℃）下的標(biāo)稱電阻值；B 值是熱敏電阻的材料常數(shù)；T1和T2為開爾文溫度。

　　由Steinhart-Hart 公式可知熱敏電阻的阻值溫度特性曲線是一條非線性的指數(shù)曲線，直接使用該方程運(yùn)算量大并且編程麻煩，需要進(jìn)行線性化處理。由于該方程非線性程度較大，同時(shí)阻值到溫度值的轉(zhuǎn)換也是影響測(cè)溫精度的主要原因之一，為使線性化處理不至于帶來較大的誤差，線性化過程進(jìn)行了以下特殊處理：

　　1）如果用一條直線代替該指數(shù)測(cè)溫曲線，則不管采用什么樣的線性化處理方法，誤差都比較大。為解決這一問題，在整個(gè)測(cè)溫范圍之內(nèi)對(duì)該曲線進(jìn)行了分段的線性化處理，使誤差能夠控制在合理的范圍內(nèi)；2）分段線性化時(shí)，對(duì)測(cè)溫曲線的分段采用非等間隔分段，在曲線非線性程度較小的區(qū)域內(nèi)采用5 ℃分段間隔，在曲線非線性較為嚴(yán)重的區(qū)域內(nèi)，采用較小的1 ℃分段間隔，以減小處理誤差；3）在每一段測(cè)溫曲線的線性化處理中，采用最小二乘法確定直線方程，以減小直線擬合的均方誤差。

　　實(shí)測(cè)結(jié)果證明，采用上述的線性化處理方法，可以有效提高處理精度，大大減小線性化處理的誤差，保證測(cè)溫的精度要求，同時(shí)運(yùn)算速度也能得到保證。

　　2.2 測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的濾波處理：

　　測(cè)溫模塊工作過程中不可避免會(huì)受到噪聲干擾。為減少測(cè)溫過程中噪聲干擾信號(hào)，特別是突發(fā)噪聲的影響，提高測(cè)溫模塊的工作穩(wěn)定性，需要結(jié)合濾波算法對(duì)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理。這里采用簡(jiǎn)單的加窗平滑低通濾波的方法，即連續(xù)測(cè)量N 個(gè)值，取平均后作為測(cè)量的有效值，即：

　　在具體的應(yīng)用中，N 越大對(duì)數(shù)據(jù)的平滑越好， 但N 過大會(huì)降低測(cè)溫的速度和靈敏度。經(jīng)實(shí)際試驗(yàn)，選擇N=5~10 之間較為合適， 可在計(jì)算速度和平滑濾波效果之間取得較好平衡，實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)具體的測(cè)溫要求進(jìn)行合理設(shè)置。

　　2.3 測(cè)溫模塊的軟件設(shè)計(jì)：

　　以上述的數(shù)據(jù)處理思路為基礎(chǔ)，結(jié)合串口通信編程及必要的初始化處理工作，即可進(jìn)行測(cè)溫模塊的軟件設(shè)計(jì)。完成一次溫度測(cè)量及測(cè)溫結(jié)果傳輸?shù)闹髁鞒倘鐖D3 所示。

　　整個(gè)模塊的軟件設(shè)計(jì)編程基于Crossworks1.7 開發(fā)環(huán)境進(jìn)行，將整個(gè)程序的核心部分劃分為4 個(gè)函數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，即：

　　1）主函數(shù)，完成系統(tǒng)參數(shù)配置、端口初始化及濾波處理等功能；2）測(cè)溫函數(shù)，完成熱敏電阻的阻值獲取，并將其轉(zhuǎn)換為實(shí)際的溫度值；3）測(cè)溫結(jié)果傳輸函數(shù)，完成測(cè)溫結(jié)果通過串口的發(fā)送傳輸功能；4）串口接收函數(shù)，通過串口接收控制指令，完成測(cè)溫間隔時(shí)間、串口通信速率、平滑濾波加窗寬度、及測(cè)溫結(jié)果顯示格式等工作參數(shù)的設(shè)置。