0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看威廉希尔官方网站 视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

【产品应用方案】基于LH32M0S3的高精度温度测量方案

领慧立芯 2023-01-13 17:15 次阅读

1. 引言

温度是世界上最广泛测量的物理现象。温度传感器主要有热电偶、RTD、红外等。PT1000、热电偶、红外等作为工业领域广泛应用的测温元件,被大量应用于电厂、建材、煤化工、冶金、供热、工程机械热处理、煤质化验等测控领域。本文介绍了基于一款国产数模混合型SoCLH32M0S3的高精度温度测量方案,相较传统的测温方案,其测量电路成本大大降低,而测量精度显著提高。

2.LH32M0S3简介

2.1. 结构框图

poYBAGPBAdSAXo8qAACwlOGMnH8693.png图1. LH32M0S3 结构框图

2.2.功能特性

  • 内核

— 32 位 ARM®Cortex®-M0 CPU— 最高 32MHz 工作频率

  • 存储器

— 最大128 KbytesFLASH存储器— 4KbytesSRAM

— 内部 32MHz RC 振荡器(HRC), 典型情况下精度±1%— 内部 32KHz RC 振荡器(LRC), 典型情况下精度±10%— 32.768KHz 低速晶体振荡器(LXT)

  • 工作环境

— VDD 电压: 2.2~3.6V— VDDA 电压: 2.2~3.6V— 温度范围: -40~105℃

— 低功耗模式: 睡眠,深度睡眠和掉电模式— 支持上电/掉电复位 (POR/PDR)— 支持低电压检测 (LVD)

  • 通用输入输出

— 35个 I/O 支持最高 32MHz 工作频率— 支持中断向量

— 24 bit 高精度 Sigma-Delta ADC— 最大支持8个外部输入通道— 支持单端、差分输入— 1/2/4/8/16/32/64/128 倍可选增益— 积分非线性(INL)最大30ppm— ADC通道温漂 2ppm/℃— 输出速率8Hz~8kHz ENOB≥19.5bit@30sps,PGA=128 ENOB≥15.4 bit@8ksps,PGA=128— 硬件自动切换ADC通道,自动轮询读ADC数据,中断通知MCUDMA— 自带参考电压,输出 1.8/2.35/2.45/2.8V 可选— 集成温度传感器/电源电压检测通道

— 快速响应的数字比较器

  • LCD Driver

— 集成4 COM , 20SEG 配置— 集成charge pump

— 最大支持7 x 8 段

— 4路16bit 高级控制定时器(TIM1),带死区和互补控制的6通道 PWM 输出— 4路16bit 通用定时器(TIM2),带PWM 输出

— 8mA,10mA,12mA,20mA— 支持PWM控制

  • OLED彩屏DMA加速模块
  • 串行单线调试 (SWD)
  • 封装

—LQFP48(7mmx7mm)—SSOP24(8.2mmx5.3mm)—QFN48(6mmx6mm)


3.测量原理

3.1. 热电偶

热电偶温度传感器即镍铬-镍硅热电偶温度传感器,其由两种不同材料的金属导体组成闭合回路,一端放在被测介质中感受温度变化,另一端为冷端放置在恒定的工作环境中,当两端温度不同时,在回路中产生一定方向和大小的电动势。传感器基本构造如下图所示。

pYYBAGPBAf2AYU3WAADtjKB04iY907.png图2.热电偶

上图中AI0和AI1为SoC的差分输入,ACM为SoC的基准输出可作为外部传感器的共模输入。当冷热两端温度不同时,传感器可在AI0和AI1上产生mV级信号,将此信号经过外部滤波电路后,送入SoC内部进行信号放大,然后进入24位高精度ADC系统结构内,其测量基准选用内部高精度基准,配置好ADC合适参数,即可完成温度范围所对应的电压值测量。而对于冷端补偿,可以使用SoC的内部硅温度传感器或者一款单总线数字温度传感器进行补偿。

3.2. 红外传感器

热电堆红外温度传感器中的热电堆是一种温度测量元件,它一般由两个介面原件组成,分别为Thermopile和Thermistor组成,元件和元件结构示意图如下:

poYBAGPBAjCAB_p2AAMGIHUpN10526.png图3.热电堆红外温度传感器

热电堆红外传感器接收目标物的红外辐射,产生电压信号(Thermopile 两端信号),该电压信号跟目标温度Tobj 和环境温度Tamb 的关系如下:

V=K(F(Tobj)-F(Tamb))

其中K 是校正常数;F 为函数,跟传感器有关。

①经LH32M0S3内置PGA 放大和高精度AD 数模转换后测出Thermopile两端信号。

②LH32M0S3对NTC 的电阻阻值进行采集(Thermistor 两端信号),通过查找温度-电阻表的方法将环境温度Tamb 确定。

③通过计算或者查表得到目标物温度Tobj。

④得到目标温度后通过LH32M0S3驱动LCD 显示实际温度,完成红外测温到显示温度的过程。其他设置温度高低阈值及报警等功能可根据需求增加。

3.3. RTD

pYYBAGPBAl2AWHfVAAFcPpakHpg584.png图4. RTD电阻网络

RTD引出的三根导线截面积和长度均相同(即r1=r2=r3),如上图所示铂电阻作为电桥的一个桥臂,将一根导线(r1)接到电桥的地,其余两根(r2、r3)分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上,这样两桥臂都引入了相同阻值的引线电阻,引线电阻的变化对测量结果没有影响。

经LH32M0S3内置PGA 放大和高精度AD 数模转换后测出MCU_A+和MCU_A-之间差值,通过该差值计算出PT电阻值,然后根据PT电阻值计算出温度值,得到温度后通过LH32M0S3驱动LCD 显示实际温度,完成测温到显示温度的过程。

4. 方案介绍

下图介绍了基于SoCLH32M0S3实现RTD,热电偶,红外测温方案,该种测量方案利用AVDD来驱动三线制RTD或利用SoC内部高精度基准输出作为热电偶的负端参考,将所得到的数据送入内部24位高精度ADC进行计算分析,而后通过软件特有的算法对测量得到的值进行温度换算,最后利用内部LCD Driver驱动外部LCD作为温度的测量显示。

方案中用到的SoC集成度高,工业级可靠性,丰富的数字接口SPI,I2CUART,内部自带LCD,LED驱动,24位高精度ADC(ENOB>=19.5bit@30sps,128增益),低温漂(2ppm/℃)可编程增益放大器,恒流源以及片上温度传感器等可以给各种应用提供丰富的可能性。

poYBAGPBAo2ABWu8AAtBCQluOq8285.png图5. 方案原理图

下图是demo板接PT1000和福禄克万用表同时测量水温示意图,从图中看出测出水温均为34.4℃。

poYBAGPBAqCAMHnqAA7SnI31RcQ843.png图6. 实际效果图

测试9个温度点,绘制曲线如下图。

pYYBAGPBArWAUOISAALXki7RtNw848.png图7.实测精度对比图

5. 总结

以上温度测量方案中所用到的芯片属于内部自带LCD驱动,24位高精度ADC,低温漂可编程增益放大器的32位工业级MCU类的SoC产品,不仅从电路上解决了传统测温方案的缺陷,提高了测量精度,而且测量电路的元器件大大的减少,这也正是SoC产品相比较普通MCU加ADC芯片的优势所在。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 温度测量
    +关注

    关注

    0

    文章

    199

    浏览量

    28241
  • 高精度
    +关注

    关注

    1

    文章

    525

    浏览量

    25455
  • 测量
    +关注

    关注

    10

    文章

    4854

    浏览量

    111250
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    高精度NTC温度传感器:精准化行业领航员

    长时间稳定工作。 3. 快速响应:高精度NTC温度传感器使用过程中具有快速响应的特点,反应时间最快可达0.3s,能快速准确监测到设备温度变化
    发表于 12-06 09:49

    SC1641(AD7793)助力数字化时代的高精度测量解决方案

    SC1641(AD7793)助力数字化时代的高精度测量解决方案
    的头像 发表于 10-31 10:00 149次阅读
    SC1641(AD7793)助力数字化时代的<b class='flag-5'>高精度</b><b class='flag-5'>测量</b>解决<b class='flag-5'>方案</b>

    深度剖析在线长度测量仪:机器视觉引领高精度测量新时代

    在线长度测量仪是一种高精度测量设备,广泛应用于各种生产线中的长度尺寸检测。以下是对基于机器视觉在线长度测量仪的详细介绍: 一、产品简介 在
    发表于 10-10 16:51

    物联网系统中高精度温度测量方案分享_SCCK33112H6A

    一 概述 SCCK33112H6A是一款高精度、低功耗、可替代NTC / PTC热敏电阻的数字温度传感器,可用于通信、计算机、消费类电子、环境、工业和仪器仪表应用中的温度测量
    的头像 发表于 09-26 11:14 306次阅读
    物联网系统中<b class='flag-5'>高精度</b><b class='flag-5'>温度</b><b class='flag-5'>测量</b><b class='flag-5'>方案</b>分享_SCCK33112H6A

    冷热表高精度温度测量参考设计应用说明

    电子发烧友网站提供《冷热表高精度温度测量参考设计应用说明.pdf》资料免费下载
    发表于 09-12 09:48 0次下载
    冷热表<b class='flag-5'>高精度</b><b class='flag-5'>温度</b><b class='flag-5'>测量</b>参考设计应用说明

    兼容CS5532,国产ADC用于高精度温度测量系统设计

    兼容CS5532,国产ADC用于高精度温度测量系统设计
    的头像 发表于 09-05 10:00 633次阅读
    兼容CS5532,国产ADC用于<b class='flag-5'>高精度</b><b class='flag-5'>温度</b><b class='flag-5'>测量</b>系统设计

    室外高精度人员定位系统解决方案

    员定位系统方案已成为必不可少的一部分。在这篇文章中,我们将探讨室外高精度人员定位系统解决方案。 室外高精度人员定位系统方案概述 室外
    的头像 发表于 08-13 11:56 448次阅读
    室外<b class='flag-5'>高精度</b>人员定位系统解决<b class='flag-5'>方案</b>

    室内高精度人员定位系统解决方案

    高精度人员定位系统解决方案。 室内高精度人员定位系统方案概述 新锐科创是专业的人员定位系统厂家及方案服务商,提供全套人员定位系统解决
    的头像 发表于 08-12 11:12 498次阅读
    室内<b class='flag-5'>高精度</b>人员定位系统解决<b class='flag-5'>方案</b>

    智慧仓储高精度室内定位解决方案介绍

    本文通过AOA高精度定位威廉希尔官方网站 ,针对传统仓储管理的痛点,打造智慧仓储高精度定位方案,针对人、车、物精准实时定位,为企业降本增效。
    的头像 发表于 07-18 14:14 426次阅读
    智慧仓储<b class='flag-5'>高精度</b>室内定位解决<b class='flag-5'>方案</b>介绍

    光学雨量计:高精度测量降水量的理想解决方案

    光学雨量计:高精度测量降水量的理想解决方案 河北稳控科技光学雨量计是一种高精度测量降水量的理想解决方案
    的头像 发表于 04-23 14:01 414次阅读
    光学雨量计:<b class='flag-5'>高精度</b><b class='flag-5'>测量</b>降水量的理想解决<b class='flag-5'>方案</b>

    中微CMS32H3201血压计方案

    方案性能特点: 主控芯片CMS32H3201采用Cortex M0+ 超低功耗内核( 深度睡眠为0.7uA),主频高达64MHz,内置24位高精度ADC,具备I/O矩阵,QSPI,USB, LCDB
    发表于 04-18 10:51

    为啥高精度定位方案喜欢用LoRa回传

    在我们做《2024中国高精度定位威廉希尔官方网站 产业白皮书》的调研过程中,看到了一个通用的现象:在高精度定位方案中,大多数会选择用LoRa进行数据回传。关于LoRa威廉希尔官方网站 ,我们也很熟悉,算是国内LPWAN威廉希尔官方网站 的一
    的头像 发表于 04-14 08:05 516次阅读
    为啥<b class='flag-5'>高精度</b>定位<b class='flag-5'>方案</b>喜欢用LoRa回传

    雷尼绍 VIONiC高精度测量反馈产品助力高精度运动控制系统

    雷尼绍推出VIONiC系列光栅,具有超高精度、超小型、卓越测量性能和可靠性,适用于各种高精度运动控制系统。其分辨率范围广泛,最大速度可达12m/s
    的头像 发表于 03-28 13:13 561次阅读
    雷尼绍 VIONiC<b class='flag-5'>高精度</b><b class='flag-5'>测量</b>反馈<b class='flag-5'>产品</b>助力<b class='flag-5'>高精度</b>运动控制系统

    推荐一个好用的高精度MEMS惯性测量单元

    无锡瑞吉星电子的RJX-IMU-164系列; 参数如下: 一 、概述 RJX-IMU-16460高精度惯性测量单元是一款小型高精度MEMS惯性测量单元,可与ADIS-16460实现原位
    发表于 01-18 13:46

    充气泵方案中的高精度SOC芯片

    。今天我们就来聊一下关于使用高精度SOC芯片设计开发充气泵方案的过程和威廉希尔官方网站 要点。 在做一个方案设计开发时,核心功能实现是我们所关注的重点。这一重点的核心又是在主控MCU上面,所以我们使用高精度
    的头像 发表于 12-26 16:09 438次阅读