2020電賽D題—可穿戴體溫測量儀LMT70-有解無憂

摘要：LMT70是一款模擬溫度傳感器，單片機與芯片的通信方式是ADC采集芯片的模擬輸出口電壓，根據查表法可以得到相應的溫度，但是在具體測溫程序中TI官方提供了輸出電壓與實際溫度的二階和三階線性方程，可以通過提供的方程直接算出具體的溫度，另外這款芯片的供電電壓最好為3.3V電壓，

??LMT70是精密模擬溫度傳感器，其供電要求低、引腳簡單、具有很寬的溫度測量范圍，是一款醫用級的傳感器，LMT70幾乎適用于所有高精度、低功耗的經濟高效型溫度感測應用，例如物聯網傳感器節點、醫療溫度計、高精度儀器儀表和電池供電設備，根據其測量結果精確、體積小、電源要求低的特點，省賽應該會讓用LMT70設計一個可穿戴體溫測量儀或者那種測溫門禁測溫槍之類的設備，

1、引腳配置及功能

??一共有四個引腳，是BGA封裝，不方便手工焊接，建議要機器焊接，它的四個引腳功能如下：

A1是地，
A2是電源，范圍是-0.3-6V，這里建議用單片機的3.3V就好，
B1是模擬輸出，
B2是高有效使能埠，T_ON數字輸入通過控制與內部溫度傳感器電路輸出串聯的內部開關的狀態來啟用和禁用TAO引腳上提供的模擬輸出電壓，當T_ON被驅動為邏輯“高”時，TAO引腳上會出現溫度傳感器的輸出電壓，當T_ON設定為邏輯“低”時，TAO引腳設定為高阻抗狀態，這里我們默認接高就行了，

2、測量精度

??這款芯片的測量精度已經在資料手冊中給出，如下表，例如：當我們在被測物體溫度在20℃到42℃之間、芯片的供電電壓在2.7V時，測量的誤差在±0.05攝氏度，【精度定義為在指定的電源電壓和溫度(以°C表示)條件下，轉換表中列出的測量輸出電壓與參考輸出電壓之間的誤差，】可見這款的芯片測溫的精度還是非常高的，

??在資料手冊中我們該可以知道芯片的溫度—模擬輸出的大致對應關系：

電氣特性溫度查詢表(LUT)

??也可以通過查詢電氣特性溫度查詢表來得到溫度值

LUT

??以室溫為30℃為例，在溫度為30℃時，單片機的ADC采樣出來的最小值為942.547，采樣最大值為943.902，典型值也就是一般情況下的采樣值為943.227，知道了這個表，通過這個表和ADC采樣出來的值就可以對應具體的溫度值了，

3、功能說明

3.1 溫度模擬輸出(TAO)

??TAO推挽輸出提供吸收和拉出電流的能力，例如當在模數轉換器上驅動動態負載(例如輸入級)時，這將非常有用，在應用中，需要電源電流以快速為ADC的輸入電容器充電，

3.2 LMT70輸出傳遞函式

??LMT70輸出電壓傳遞函式似乎是線性的，但仔細檢查后發現它不是線性的，可以用二階或三階傳遞函式方程更好地描述，

??可以使用一階傳遞函式來計算LMT70所感測的溫度，但是在較寬的溫度范圍內，它是最不準確的方法，因此我們的程式中至少也需要采用二階函式，使用在電氣特性溫度查找表（LUT）中找到的LUT（查找表）資訊可以輕松生成方程式，

??在狹窄的10°C溫度范圍內，線性方程將得出非常準確的結果，實際上，建議在10°C的溫度范圍內使用線性差值來計算設備所感測的溫度，使用此方法時，最小和最大精度指標將滿足圖3中給出的值，例如，可以使用電氣特性溫度查找表(LUT)中給出的典型輸出電壓電平來生成20°C至30°C之間的一階方程式，例如假設待測物體的溫度為20°C至50°C：

3.2.1 二階傳遞函式

??二階傳遞函式可以在更寬的有限溫度范圍內提供良好的結果，在-55°C至+ 150°C的整個溫度范圍內，單個二階傳遞函式在極端溫度下的誤差會增加，使用最小二乘和方法，使用電氣特性溫度查找表(LUT)中的值生成了最合適的二階傳遞函式：

其中a,b,c的引數如下表:

3.2.3 三階傳遞函式

??在較寬的溫度范圍內，最精確的單個方程式是三階傳遞函式，使用最小二乘和方法，使用圖3中的值生成了最合適的三階傳遞函式：

其中a,b,c,d的引數如下表:

??注意V_TAO的單位是mV，TM的單位是℃，

在電賽中建議使用三階方程，使用三階方程的精度肯定比二階方程的精度要高，同時在這個方程中V_TAO是單片機采樣得到的電壓(單位為mV)，a、b、c、d四個引數在表中是已知的，我們只需要把采樣得到的電壓值放進這個公式就可以得到被測物體的溫度，

4、電路圖

??TAO引腳上的負載電容器可以幫助濾除噪聲，建議至少在LMT70的VDD和GND引腳之間放置至少100nF的電源去耦電容，

??TAO可以很好地處理電容性負載，在嘈雜的環境中，或者在ADC上驅動開關采樣輸入時，可能需要添加一些濾波以最大程度地降低噪聲耦合，在沒有任何預防措施的情況下，VTAO可以驅動小于或等于1 nF的電容性負載，對于大于1nF的電容性負載，輸出端需要一個串聯電阻，以保持條件穩定，

小于或等于1nF的電容性負載

大于1nF的電容性負載

5、程式

如果單單是得到LMT70的溫度，只需要一個ADC采樣即可，這種采樣程式在正點原子和野火的例程中都有，再加上一個三階線性函式即可，程式的大體框架如下(僅供參考):

ADC.c檔案

/**************************************************************************
* 文 件 名： adc.c
* 使用芯片： STM32F103C8T6
* 硬體連接： ADC--PB0
* 描述功能： ADC檢測電池電壓，使用一個分壓電阻
* 日    期： 2018/12/22
* 作    者： 劉堯
* B     站： 果果小師弟
* 版    本： V1.0
* 修改記錄： 無
**************************************************************************/
#include "adc.h"
#include "delay.h"
void  Adc_Init(void)
{    
 	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; 
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA |RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE );	  //使能ADC1通道時鐘
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);   //設定ADC分頻因子6   72M/6=12,ADC最大時間不能超過14M
	
	//PA0作為模擬通道輸入引腳                         
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;		//模擬輸入引腳
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);	
	
	//PA1作為模擬通道輸入引腳                         
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;		//模擬輸入引腳
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);	
	
	//PA2作為模擬通道輸入引腳                         
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;		//模擬輸入引腳
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);	
	
	ADC_DeInit(ADC1);  //復位ADC1,將外設 ADC1 的全部暫存器重設為預設值
	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;	//ADC作業模式:ADC1和ADC2作業在獨立模式
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;	//模數轉換作業在單通道模式
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;	//模數轉換作業在單次轉換模式
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;	//轉換由軟體而不是外部觸發啟動
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;	//ADC資料右對齊
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;	//順序進行規則轉換的ADC通道的數目
	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);	//根據ADC_InitStruct中指定的引數初始化外設ADCx的暫存器   
	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);	//使能指定的ADC1
	ADC_ResetCalibration(ADC1);	//使能復位校準  	 
	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));	//等待復位校準結束	
	ADC_StartCalibration(ADC1);	 //開啟AD校準
	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));	 //等待校準結束
}		

/**************************************************************************
函式功能：AD采樣
入口引數：ADC1 的通道
回傳  值：AD轉換結果
**************************************************************************/
u16 Get_Adc(u8 ch)   
{
	//設定指定ADC的規則組通道，一個序列，采樣時間
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 );	//ADC1,ADC通道,采樣時間為239.5周期		
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);		//使能指定的ADC1的軟體轉換啟動功能		 
	while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));//等待轉換結束
	return ADC_GetConversionValue(ADC1);	//回傳最近一次ADC1規則組的轉換結果
}
/**************************************************************************
函式功能：讀取ADC的具體值
入口引數：無
回傳  值：電池電壓 單位MV
**************************************************************************/

u16 Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times)
{
	u32 temp_val=0;
	u8 t;
	for(t=0;t<times;t++)
	{ 
		temp_val+=Get_Adc(ch);
	    delay_ms(5);
	}
	return temp_val/times;
}	

/**************************************************************************
函式功能：讀取ADC1的電壓
入口引數：無
回傳  值：電池電壓 單位MV
**************************************************************************/
float Get_Adc_Value_mV(u8 ch)
{
	float temp_val=0;

	temp_val=Get_Adc(ch)*3300/4096;//arduino的ADC有12位2^12=4096,3代表量程是0-3.3V

	return temp_val;
}

main.c檔案

#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"	 
#include "oled.h"
#include "adc.h"
#include "math.h"
#include "stdio.h"

double a= -1.064200E-09;
double b= -5.759725E-06;
double c= -1.789883E-01;
double d=  2.048570E+02;

//溫度的單位 ℃
uint8_t TempCompany[][16]=
{
	0x06,0x09,0x09,0xE6,0xF8,0x0C,0x04,0x02,0x02,0x02,0x02,0x02,0x04,0x1E,0x00,0x00,
	0x00,0x00,0x00,0x07,0x1F,0x30,0x20,0x40,0x40,0x40,0x40,0x40,0x20,0x10,0x00,0x00,/*"℃",0*/

};
int main(void)
{	
	uint8_t i,j;	
	float V_TAO;
    float T_m;	
	char value_A0[80] = {0}; 
	char value_Tm[80] = {0}; 
	delay_init();	//延時函式初始化	  
	uart_init(9600);//串口初始化為9600
	OLED_Init()	;
	OLED_Clear() ;
 	LED_Init();	//LED埠初始化
	Adc_Init();
	display();
	while(1)
	{	
		//溫度單位顯示(℃)
		for(i = 7;i < 8;i++)
		{
			j = i - 7;
			OLED_ShowCHinese16x16(i*16,4,j,TempCompany);			
		}
		V_TAO=Get_Adc_Value_mV(1);	
		T_m=a*(V_TAO)*(V_TAO)*(V_TAO)+b*(V_TAO)*(V_TAO)+c*(V_TAO)+d;
		sprintf(value_A0,"%0.f", V_TAO); //浮點型轉換成字串
	    sprintf(value_Tm,"%0.1f", T_m);  //浮點型轉換成字串	
		OLED_ShowString(0,2,"ADC_mV:",16);//在OLED上顯示字串Temperature
		OLED_ShowString(0,4,"Tempte:",16);//在OLED上顯示字串Temperature
		OLED_ShowString(60,2,(uint8_t *)value_A0,16);//oled顯示電壓
		OLED_ShowString(60,4,(uint8_t *)value_Tm,16);//oled顯示溫度
		printf("現在溫度%.2f度,電壓%.2f\r\n",T_m,V_TAO);
		OLED_ShowString(10,6,"liuyao-blog.cn",16);//在OLED上顯示字串Temperature
		delay_ms(1000);		
	}
}

完整程式請后臺回復：LMT70，即可免費獲取測溫代碼，程式所使用的單片機是STM32F103C8T6，顯示屏為0.96寸OLED，代碼測溫準確，僅供參考，

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