户用热量表温度采集模块的设计

　　1引言

　　许多温度检测系统中采用恒压源为单臂电桥供电，但不平衡电桥电路以及铂电阻的非线性特性给温度测量引入了一定的误差。 针对这两点，从低功耗、低成本、高精度及简化设计角度出发， 本系统在温度采集电路上用恒流源为传感器电路供电，避免电桥电路引入的非线性误差;软件设计上采用线性插值处理修正温度值，降低了铂电阻传感器的非线性特性对测量精度的影响。

　　2系统结构

　　热量表的硬件结构框图如图1 所示。系统用一片纽扣电池供电 ， 主控芯片采用TI 的16 位超低功耗单片机MSP430FE425。 该MCU 片内具有16 位A/D 转换模块SD16，内置LCD 显示驱动模块，为设计提供方便。 配对温度传感器将温度信号送入单片机进行转换; 无磁流量传感器发出脉冲信号，利用单片机内部定时器累积流量信号。 单片机转换采集到的温度、流量信号并计算显示进、出口瞬时温度、瞬时流量、瞬时热量及累积热量值， 通过按键可查询以上信息并显示于LCD 窗口， 以了解用热情况。 其中累计热量数据定期备份于FLASH中，系统还留有一个RS232 的接口，用以数据传输和抄表。

　　3温度传感电路的设计

　　热量表的温度采集电路采用恒流源供电电路，如图2所示、温度信写采集电路主要山三端可调恒流芯片LM234 ,精密电阻、多路模拟开关MAX4736 ,配对PT1000组成、以上芯片的功耗都非常低，并由开关控制其下作状态以进一步降低功耗.

　　由于恒流源的温漂对温度测量产生较大的影响，必须对恒流源进行温度补偿， 所以将一个热稳定性好的精密电阻 (图2中的 R8)与 LM234 串联，利用它可以准确获得当前恒流源输出电流，通过关系:可测进而计算对应水温。R8 择三星的RX70 型精密线绕电阻器， 阻值为1KΩ， 阻值允许偏差±0.01%，温度系数±10(×10^-6/℃)。 这样，可以较好地解决恒流源温漂对温度测量结果产生的影响，实现了测温的自适应。

　　基于以上硬件设计， 采集进、 出水温度在器件上可采用2个恒流源加2 个精密电阻，为了节省器件的开销，用一个 MUX实现入、出口温度采集的切换，这样就用一个恒流源解决了进、出口温度的测量，省去一个恒流源和一个精密电阻。MCU 的 A/D 转换模块具备3 个独立输入通道 ，供精密电阻 、配对 PT1000的模拟信号送入 A/D 模块进行转换处理。

　　4. 温度值的修正与插值寻优

　　由于热量表中A/D 变换得到的是铂电阻的阻值， 而在0～850℃范围内，铂电阻与温度的函数关系为：

　　可以看出铂电阻是温度的二次函数，若采用查表法计算温度， 欲达到0.1℃以上测温精度仅表格需占用 1K 的 FLASH 资源且花费大量时间进行查找，若每次采集温度都用该计算方法会占用很多CPU 资源，不利于实现低功耗。 因此，对原函数进行线性插值近似处理，可用一个简单易实现的线性函数代替原函数，即：