基于MAX1415的温度采集系统设计

王晓宁，陈光辉，李如华，魏建仓，易 军，袁 晶

基于MAX1415的温度采集系统设计

王晓宁，陈光辉，李如华，魏建仓，易 军，袁 晶

目的：研制一套数字化温度采样系统。方法：以铂电阻Pt100为温度传感器，与A/D转换芯片MAX1415构成前向通道，配合MCS51单片机工作，组成一种非电桥式温度测量系统。结果：该温度采集方案已在与解放军总医院心内科合作项目中得到应用，经实际测试，加热范围为室温～300℃，控温精度实测达到 ±0.05℃，达到设计要求。结论：该系统工作稳定，软硬件设计制作简便，适用于多种温度测量场合，有广阔的应用前景。

温度传感器；铂电阻；A/D转换芯片；温度采集系统；单片机

AbstractObjectiveTo develop a digital temperature sampling system.MethodsThis system was one of non-electrical bridge device made up of platinum resistance Pt100 and A/D converter MAX1415.ResultsBy the means of practical testing,the system ran well and was applied in the cooperation project in Department of Cardiology of General Hospital of PLA.Heating range was from room temperature to 300℃ and temperature control accuracy was±0.05 ℃ for design requirement.ConclusionWith the characteristics,of stable operation and the convenient design of software and hardware，the application of instrument has a bright future in the market.[Chinese Medical Equipment Journal，2011，32（2）：14-16]

Key wordstemperature sensor；platinum resistance；A/D converter；temperature collecting system；MCU

1 引言

铂电阻Pt100是一种使用率很高的温度测量用传感器[1]，在0℃时的阻值为100 Ω，温度检测范围大（-200～+650℃），广泛应用于化工、冶金、环境检测、医药卫生、实验室设备等多种行业及多种电子类产品。Pt100温度传感器具有体积小、价格低、性价比高、抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压、工作时间长等特点，如果在其外部封装上不锈钢管，还具有耐高温、耐低温、耐腐蚀、抗氧化等优点。

本研究采用传统的Pt100作为温度传感器，与高性能的16位A/D转换芯片MAX1415构成前向通道，配合MCS51单片机工作，组成一种非电桥式温度测量系统，同时给出了相关的电原理图和完整的用KEIL C编写的源代码，为广大电子工程师提供了一种方便、快捷使用铂电阻Pt100作为温度测量传感器的新方法和新途径[2]。

2 设计思路

由于铂电阻Pt100在工作温度范围内（-200～+650℃）的电阻值偏低，所以在传统的惠斯通电阻式平衡电桥与信号放大电路组成的温度检测前向通道中，电路的放大系数往往会调得比较大，这样在检测信号提取时，不光是将需要检测的信号进行了放大，同时干扰信号也会比较大，仅仅是处理这部分干扰信号就已经是很复杂的设计工作了，非常不利于提高检测精度、优化硬件系统和降低生产设计成本。对于一些经验不足的电子工程师来说，使用和设计起来比较麻烦。

为避免上述情况，本研究设计采用恒压源加匹配限流电阻加铂电阻Pt100，进行温度信号采集。现在很多芯片都能提供恒压源，当工作电压流不超过恒压源最大电流限制时，恒压源都能提供一个稳定的输出电压。限流电阻的大小一定要匹配恒流源和Pt100，从而保证温度传感器上的电压变化，符合A/D转换器的输入信号要求。

美国美信公司出品的A/D转换器MAX1415[3]具有很多特有的性能优点：低功耗、2通道、串行输出模数转换器（ADC）使用一个具有数字滤波器的Σ-Δ调制器，分辨率达16位，无失码。MAX1415具有内部振荡器（1 MHz或2.457 6 MHz）、片上输入缓冲器以及可编程增益放大器（PGA）。供电范围较大（2.7～3.6V）。当使用3 V电源工作时，功率损耗低于1.44 mW[4]。

自校准和系统校准功能允许MAX1415修正增益和失调误差。出色的直流性能和低噪声特性，使MAX1415可用于测量动态范围较宽的低频信号，可接受全差分双极性/单极性输入，内部输入缓冲器允许接收高阻抗源提供的信号。PGA和数字滤波允许直接采集信号，无需或只需少数的信号调理电路，极大地简化了硬件电路的设计，节省了开销。

3 硬件设计

本研究中，A/D转换器选用MAX1415，组成一种非电桥式温度测量系统的前向通道。

硬件电路设计中，要注意如下几个问题：

（1）芯片参考电压 Vref=Vref+-Vref-，Vref的最大值是 1.225 V；

（2）信号输入电压 Vin×放大倍数 Gain≤参考电压 Vref；

（3）恒压源Vref3V在使用时，注意工作电流不超过其电流限制。

MAX1415硬件接线图如图1所示。

作者单位：100850 北京 军事医学科学院实验仪器厂（王晓宁、李如华、袁 晶）；300161 天津 军事医学科学院卫生装备研究所（魏建仓）；100853 北京 解放军总医院心内科（陈光辉、易 军）

图1 MAX1415硬件接线图

4 软件设计

软件设计中，要注意在系统初始化时，对MAX1415功能寄存器的写操作，要正确地写入相关设定参数[5]。

程序设计流程如图2所示。

图2 软件设计流程图

程序源代码如下：

程序编写采用标准C语言[6-7]，在Keil uVision3（版本V3.30a）下调试通过，工作稳定，系统温度检测正常。

通过当前检测电压AD值，计算出当前的Pt100的实际阻值。通过Pt100阻值与温度变化R-T对应表，查表计算得到实际温度值[8-10]。

5 结束语

温度测量有很多种方法和实施方案，所选用的温度传感器的种类[11]也是五花八门，各有利弊，设计时要根据实际情况来选定[12]。

该温度采集方案已在与解放军总医院心内科合作项目中得到应用，加热温度范围为室温～300℃，控温精度要求为±1℃，实测达到±0.05℃。图3为该温控仪实物图。目前，该温控仪已经设计研制完成，上电工作情况良好，温度读取与数值显示稳定，通过实际测试，达到设计要求。

图3 温控仪实物图

本文介绍的这种应用方案，具有硬件电路简单、软件实现便捷、测量精度高、适用范围广等特点，为现有的温度检测方案提供了有益的补充与扩展，希望能够为电子工程师在系统设计时给予一些参考和帮助。

[1]范家诚.温度传感器及其应用[J].电子元件与材料，1995，14（5）：45-48.

[2]王振红，侯冬.数学模型在测温系统中的应用[J].传感器技术，2004，23（11）：70-74.

[3]陈学珍，刘冬汉.MAX1415/1416A/D转换器的原理及其应用[J].电气传动自动化，2006，28（4）：53-54.

[4]美信公司.快速浏览MAX1415，MAX1416[EB/OL].[2010-02-10].http：//china.maxim-ic.com/quick_view2.cfm/qv_pk/3965.

[5]美信公司.MAX1415-MAX1416.pdf[EB/OL].[2010-02-10].http：//datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX1415-MAX1416.pdf.

[6]马忠梅.单片机的C语言应用程序设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，1999.

[7]陈龙三，张琦.8051单片机C语言控制与应用[M].北京：清华大学出版社，1999.

[8]段朝金.铂热电阻允差检验规则的探讨[J].实用测量技术，1996，4（7）：33-37.

[9]王晓宁，史俊富.查表法校正铂电阻的非线性误差[J].医疗卫生装备，2004，25（11）：59-60.

[10]孙慧卿，郭志友.传感器的误差补偿技术[J].传感技术学报，2004，1（3）：90-92.

[11]杨挺.浅谈温度传感器的种类和工作特性[J].航空兵器，1997（2）：42-44.

[12]杨秋兰.浅谈温度测量的发展现状[J].科技传播，2010，23（14）：113-116.

（收稿：2010-07-17 修回：2010-09-20）

Development of Temperature Collecting System Based on A/D Converter MAX1415

WANG Xiao-ning1，CHEN Guang-hui2，Li Ru-hua1，WEI Jian-cang1，YI Jun2，YUAN Jing1
（1.Experimental Instrument Factory，Academy of Military Medical Sciences，Beijing 100850，China;2.Institute of Medical Equipment,Academy of Military Medical Sciences;Tianjin 300161,China;3.Cardiovascular Department，General Hospital of PLA，Beijing 100853，China）

TP274.2

A

1003-8868（2011）02-0014-03

王晓宁（1974-），男，陕西西安人，工程师，主要从事电子控制系统的设计研制与医学信号的测量与处理工作，E-mail：wxnamms@sina.com。