2020电赛D题—可穿戴体温测量仪LMT70

摘要：LMT70是一款模拟温度传感器，单片机与芯片的通信方式是ADC采集芯片的模拟输出口电压，根据查表法可以得到相应的温度，但是在具体测温过程中TI官方提供了输出电压与实际温度的二阶和三阶线性方程，可以通过提供的方程直接算出具体的温度。另外这款芯片的供电电压最好为3.3V电压。

  LMT70是精密模拟温度传感器，其供电要求低、引脚简单、具有很宽的温度测量范围，是一款医用级的传感器。LMT70几乎适用于所有高精度、低功耗的经济高效型温度感测应用，例如物联网传感器节点、医疗温度计、高精度仪器仪表和电池供电设备。根据其测量结果精确、体积小、电源要求低的特点，省赛应该会让用LMT70设计一个可穿戴体温测量仪或者那种测温门禁测温枪之类的设备。

1、引脚配置及功能

  一共有四个引脚，是BGA封装，不方便手工焊接，建议要机器焊接。它的四个引脚功能如下：

• A1是地。
• A2是电源，范围是-0.3-6V，这里建议用单片机的3.3V就好。
• B1是模拟输出。
• B2是高有效使能端口，T_ON数字输入通过控制与内部温度传感器电路输出串联的内部开关的状态来启用和禁用TAO引脚上提供的模拟输出电压。 当T_ON被驱动为逻辑“高”时，TAO引脚上会出现温度传感器的输出电压。 当T_ON设置为逻辑“低”时，TAO引脚设置为高阻抗状态。这里我们默认接高就行了。

2、测量精度

  这款芯片的测量精度已经在数据手册中给出，如下表。例如：当我们在被测物体温度在20℃到42℃之间、芯片的供电电压在2.7V时，测量的误差在±0.05摄氏度。【精度定义为在指定的电源电压和温度(以°C表示)条件下，转换表中列出的测量输出电压与参考输出电压之间的误差。】可见这款的芯片测温的精度还是非常高的。

  在数据手册中我们该可以知道芯片的温度—模拟输出的大致对应关系：

电气特性温度查询表(LUT)

  也可以通过查询电气特性温度查询表来得到温度值

  以室温为30℃为例，在温度为30℃时，单片机的ADC采样出来的最小值为942.547，采样最大值为943.902，典型值也就是一般情况下的采样值为943.227。知道了这个表，通过这个表和ADC采样出来的值就可以对应具体的温度值了。

3、功能说明

3.1 温度模拟输出(TAO)

  TAO推挽输出提供吸收和拉出电流的能力。 例如当在模数转换器上驱动动态负载(例如输入级)时，这将非常有用。 在应用中，需要电源电流以快速为ADC的输入电容器充电。

3.2 LMT70输出传递函数

  LMT70输出电压传递函数似乎是线性的，但仔细检查后发现它不是线性的，可以用二阶或三阶传递函数方程更好地描述。

  可以使用一阶传递函数来计算LMT70所感测的温度，但是在较宽的温度范围内，它是最不准确的方法。因此我们的程序中至少也需要采用二阶函数。使用在电气特性温度查找表（LUT）中找到的LUT（查找表）信息可以轻松生成方程式。

  在狭窄的10°C温度范围内，线性方程将得出非常准确的结果。 实际上，建议在10°C的温度范围内使用线性差值来计算设备所感测的温度。 使用此方法时，最小和最大精度指标将满足图3中给出的值。例如，可以使用电气特性温度查找表(LUT)中给出的典型输出电压电平来生成20°C至30°C之间的一阶方程式，例如假设待测物体的温度为20°C至50°C：

3.2.1 二阶传递函数

  二阶传递函数可以在更宽的有限温度范围内提供良好的结果。 在-55°C至+ 150°C的整个温度范围内，单个二阶传递函数在极端温度下的误差会增加。 使用最小二乘和方法，使用电气特性温度查找表(LUT)中的值生成了最合适的二阶传递函数：

其中a,b,c的参数如下表:

3.2.3 三阶传递函数

  在较宽的温度范围内，最精确的单个方程式是三阶传递函数。 使用最小二乘和方法，使用图3中的值生成了最合适的三阶传递函数：

其中a,b,c,d的参数如下表:

  注意V_TAO的单位是mV，TM的单位是℃。

在电赛中建议使用三阶方程，使用三阶方程的精度肯定比二阶方程的精度要高，同时在这个方程中V_TAO是单片机采样得到的电压(单位为mV)，a、b、c、d四个参数在表中是已知的。我们只需要把采样得到的电压值放进这个公式就可以得到被测物体的温度。

4、电路图

  TAO引脚上的负载电容器可以帮助滤除噪声，建议至少在LMT70的VDD和GND引脚之间放置至少100nF的电源去耦电容。

  TAO可以很好地处理电容性负载。 在嘈杂的环境中，或者在ADC上驱动开关采样输入时，可能需要添加一些滤波以最大程度地降低噪声耦合。 在没有任何预防措施的情况下，VTAO可以驱动小于或等于1 nF的电容性负载。对于大于1nF的电容性负载，输出端需要一个串联电阻，以保持条件稳定。

小于或等于1nF的电容性负载

大于1nF的电容性负载

5、程序

如果单单是得到LMT70的温度，只需要一个ADC采样即可。这种采样程序在正点原子和野火的例程中都有，再加上一个三阶线性函数即可，程序的大体框架如下(仅供参考):

ADC.c文件

/**************************************************************************
* 文 件 名： adc.c
* 使用芯片： STM32F103C8T6
* 硬件连接： ADC--PB0
* 描述功能： ADC检测电池电压，使用一个分压电阻
* 日    期： 2018/12/22
* 作    者： 刘尧
* B     站： 果果小师弟
* 版    本： V1.0
* 修改记录： 无
**************************************************************************/
#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通道时钟
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);   //设置ADC分频因子6   72M/6=12,ADC最大时间不能超过14M
	
	//PA0作为模拟通道输入引脚                         
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;		//模拟输入引脚
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);	
	
	//PA1作为模拟通道输入引脚                         
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;		//模拟输入引脚
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);	
	
	//PA2作为模拟通道输入引脚                         
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;		//模拟输入引脚
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);	
	
	ADC_DeInit(ADC1);  //复位ADC1,将外设 ADC1 的全部寄存器重设为缺省值
	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;	//ADC工作模式:ADC1和ADC2工作在独立模式
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;	//模数转换工作在单通道模式
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;	//模数转换工作在单次转换模式
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;	//转换由软件而不是外部触发启动
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;	//ADC数据右对齐
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;	//顺序进行规则转换的ADC通道的数目
	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);	//根据ADC_InitStruct中指定的参数初始化外设ADCx的寄存器   
	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);	//使能指定的ADC1
	ADC_ResetCalibration(ADC1);	//使能复位校准  	 
	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));	//等待复位校准结束	
	ADC_StartCalibration(ADC1);	 //开启AD校准
	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));	 //等待校准结束
}		

/**************************************************************************
函数功能：AD采样
入口参数：ADC1 的通道
返回  值：AD转换结果
**************************************************************************/
u16 Get_Adc(u8 ch)   
{
     
	//设置指定ADC的规则组通道，一个序列，采样时间
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 );	//ADC1,ADC通道,采样时间为239.5周期		
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);		//使能指定的ADC1的软件转换启动功能		 
	while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));//等待转换结束
	return ADC_GetConversionValue(ADC1);	//返回最近一次ADC1规则组的转换结果
}
/**************************************************************************
函数功能：读取ADC的具体值
入口参数：无
返回  值：电池电压 单位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;
}	

/**************************************************************************
函数功能：读取ADC1的电压
入口参数：无
返回  值：电池电压 单位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文件

#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;

//温度的单位 ℃
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();	//延时函数初始化	  
	uart_init(9600);//串口初始化为9600
	OLED_Init()	;
	OLED_Clear() ;
 	LED_Init();	//LED端口初始化
	Adc_Init();
	display();
	while(1)
	{
     	
		//温度单位显示(℃)
		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); //浮点型转换成字符串
	    sprintf(value_Tm,"%0.1f", T_m);  //浮点型转换成字符串	
		OLED_ShowString(0,2,"ADC_mV:",16);//在OLED上显示字符串Temperature
		OLED_ShowString(0,4,"Tempte:",16);//在OLED上显示字符串Temperature
		OLED_ShowString(60,2,(uint8_t *)value_A0,16);//oled显示电压
		OLED_ShowString(60,4,(uint8_t *)value_Tm,16);//oled显示温度
		printf("现在温度%.2f度,电压%.2f\r\n",T_m,V_TAO);
		OLED_ShowString(10,6,"liuyao-blog.cn",16);//在OLED上显示字符串Temperature
		delay_ms(1000);		
	}
}

完整程序请后台回复：LMT70，即可免费获取测温代码。程序所使用的单片机是STM32F103C8T6，显示屏为0.96寸OLED。代码测温准确，仅供参考。