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零知開源——STM32F4驅動MAX31865實現PT100高精度測溫

PCB56242069 ? 來源:PCB56242069 ? 作者:PCB56242069 ? 2025-06-06 09:27 ? 次閱讀

? 簡介

教程基于主控芯片為STM32F407VET6的零知增強板,演示如何通過MAX31865模塊讀取三線制PT100鉑電阻溫度,并通過I2C OLED實時顯示溫度值和電阻值。重點包含硬件接線配置、三線制PT100的特殊跳線修改,以及完整的代碼解析。文中還將解析PT100的溫度計算原理,并展示實際運行效果。

一、硬件簡介

1.MAX31865模塊

MAX31865是專用于RTD(電阻溫度檢測器)的信號調理芯片,支持2/3/4線制PT100/PT1000傳感器。其內置ADC可將鉑電阻的阻值變化轉換為數字信號,并通過SPI接口與主控通信。關鍵特性:

15位分辨率

支持自動誤差補償

可配置參考電阻(Rref)

2.PT100鉑電阻

PT100是一種基于鉑材料的溫度傳感器,0℃時阻值為100Ω,溫度系數為0.385Ω/℃。其阻值與溫度的關系可通過以下方式計算:

線性近似公式(適用于0~100℃):

wKgZO2hCQxKAKjlXAAAOpK_F-k4043.png

其中R0=100Ω,α=0.00385,T為溫度(℃)。

精確計算(使用Callendar-Van Dusen方程):

wKgZO2hCQyKASeHLAAAgGjuQ6C4235.png

(適用于-200℃~850℃)

MAX31865的溫度計算
芯片內部通過測量RTD電阻與參考電阻(Rref)的比例,結合查表法或公式計算實際溫度值。本代碼中調用max.temperature()函數即自動完成此過程。

二、硬件準備

1.所需材料

零知增強板(STM32F407VET6)

MAX31865模塊(支持三線制PT100)

三線制PT100傳感器

0.96寸I2C OLED顯示屏(SSD1306驅動)

杜邦線若干

2.PT100特性曲線

溫度(℃) | 0 | 100 | 200
電阻(Ω) | 100 | 138.5 | 175.8

3.MAX31865跳線修改

三線制PT100必須修改模塊電路板跳線!

找到MAX31865模塊上的Rref電阻附近的兩個跳線(標記為2和4的焊盤)。

切斷Rref正上方左側的跳線(即斷開焊盤2的連接,保留焊盤3并短接),模塊使用三線制模式。采用三線PT100,其接法如下

修改后示意圖:

wKgZPGgwQR6ASmv-ABF6nB3olgM059.png

接線時,請根據線纜顏色進行正確連接:對于兩紅一藍的線纜,將藍線接至RTD-,紅線分別接至RTD+和F+。請參照圖示,確保將觸點(2/3 Wire)焊接牢固。若遇到兩藍一紅的線纜,則需反向連接。

重要提示:若未斷開24號連接,通電測量時PT100的電阻值將僅為正常值的一半。未通電時測量值約為120Ω,但通電后可能降至60Ω左右。這是由于24號連接之間存在接地,且存在并聯電阻,導致整體電阻值降低。

4.接線配置表

MAX31865與零知標準板連接:

MAX31865引腳 零知增強板引腳 功能說明
VCC 3V3 電源正極
GND GND 電源地
CLK 52 SPI時鐘
SDO 50 數據輸出
SDI 51 數據輸入
CS 53 片選信號

OLED與零知標準板連接:

OLED引腳 零知標準板引腳 功能說明
VCC 3V3 電源正極
GND GND 電源地
SDA SDA/20 I2C數據線
SCL SCL/21 I2C時鐘線

硬件連接圖:

wKgZO2g0QOCAHlLGAAZhBCs62Rc413.png

硬件實物圖:

wKgZO2g0QLuACnw-ABUDGuCIEB0207.png

三、軟件實現

1.核心庫說明

#include 
#include 
#include 
#include 
#include     //OLED顯示驅動庫
#include    //MAX31865溫度傳感器庫文件

2.硬件初始化

// SSD1306 OLED 顯示屏初始化
#define SCREEN_HEIGHT 64
#define OLED_RESET -1
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);

// MAX31865 初始化
#define RREF 430.0
#define RTD 100.0
Adafruit_MAX31865 max1 = Adafruit_MAX31865(53);//使用硬件SPI,如果是軟件SPI則使用: (53,51,50,52)

3. 主程序邏輯

setup()函數,
初始化串口、OLED和MAX31865,設置三線制模式:

void setup() {
  Serial.begin(115200);

  // Initialize SSD1306 display
  if(!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) {
    Serial.println(F("SSD1306 allocation failed"));
    for(;;); // Don't proceed, loop forever
  }
  display.clearDisplay();
  display.setTextSize(1);
  display.setTextColor(WHITE);
  display.setCursor(0,0);
  display.display();

  // Initialize MAX31865
  max1.begin(MAX31865_3WIRE);
}

loop()函數,
循環讀取溫度并顯示:

void loop() {
  uint16_t rtd = max1.readRTD();
  float ratio = rtd;
  ratio /= 32768;
  float temp = max1.temperature(RTD, RREF);

  // Prepare display buffer
  display.clearDisplay();
  
  // Display temperature and resistance
  display.setCursor(0, 0);
  display.print(F("MAX31865 PT100 Sensor"));
  
  display.setCursor(0, 15);
  display.print(F("Temp: "));
  display.print(temp);
  display.print(F(" C"));
  
  display.setCursor(0, 30);
  display.print(F("Resistance: "));
  display.print(RREF * ratio);
  display.print(F(" "));
  display.print("Om"); // Omega symbol

  // Check error status
  uint8_t fault = max1.readFault();
  if(fault) {
    display.setCursor(0, 45);
    display.print(F("FAULT DETECTED:"));
    
    if(fault & MAX31865_FAULT_HIGHTHRESH) {
      display.setCursor(0, 55);
      display.print(F("RTD_high"));
    }
    if(fault & MAX31865_FAULT_LOWTHRESH) {
      display.setCursor(0, 55);
      display.print(F("RTD_low"));
    }
    
    max1.clearFault();
  } else {
    display.setCursor(0, 45);
    display.print(F("Status: OK"));
  }

  // Serial output for debugging
  Serial.print(F("RTD value: ")); Serial.println(rtd);
  Serial.print(F("Temperature: ")); Serial.print(temp);
  Serial.println(F(" C"));
  
  // Check and print any faults
  if (fault) {
    Serial.print(F("Fault 0x")); Serial.println(fault, HEX);
    if (fault & MAX31865_FAULT_HIGHTHRESH) {
      Serial.println(F("RTD high threshold"));
    }
    if (fault & MAX31865_FAULT_LOWTHRESH) {
      Serial.println(F("RTD low threshold"));
    }
    max1.clearFault();
  }

  display.display();
  delay(1000);
}

四、運行效果

1.OLED顯示正常狀態

wKgZO2g0Q1GAazqbABO8gRH6fV458.jpegwKgZO2g0QM2AeFDAABO8gRH6fV4325.png

第1行:標題 "MAX31865 PT100 Sensor"

第2行:實時溫度(如 "Temp: 30.3 C")

第3行:鉑電阻阻值(如 "Resistance: 112.89Ω")

第4~5行:狀態信息(正常顯示 "Status: OK",異常顯示具體錯誤)

2.串口輸出內容

打開零知開源平臺的串口監視器(波特率115200),將看到以下格式數據和檢測到的故障碼:

wKgZPGg0Q1GALtR8AARttKAeIKI047.pngwKgZO2g0QVuAZHfrAARttKAeIKI864.png

3.數據關聯說明

RTD Raw值:MAX31865直接讀取的16位ADC原始數據(范圍0~32768)。

Resistance:根據公式

wKgZPGhCQ1WAJQyBAAAXKKFnTUg086.png

計算得出。

Temperature:調用庫函數自動轉換的溫度值,內部使用Callendar-Van Dusen方程計算。

4.演示視頻

https://live.csdn.net/v/478784?spm=1001.2014.3001.5501

零知增強板驅動MAX31865讀取三線PT100溫度傳感器

5.完整工程獲取:

通過網盤分享的文件:F4_MAX31865_PT100.zip
鏈接: https://pan.baidu.com/s/1eH20AzfXBWHDDwlJ15GRAw?pwd=x6na 提取碼: x6na

注意事項:

長距離傳輸時建議使用屏蔽雙絞線

定期使用無水酒精清潔PT100探頭

避免在強電磁干擾環境下安裝傳感器

五、問題排查指南

常見異常處理

顯示白屏

檢查I2C地址是否為0x3C

確認Wire.begin()是否執行

溫度值-245℃

驗證begin()參數是否為MAX31865_3WIRE

測量RTD對地阻抗(正常應>10MΩ)

持續報錯

檢查MAX31865的24焊盤跳線是否已切斷左側焊盤、2/3 Wire焊盤和43焊盤焊錫短接。

萬用表測量PT100阻值是否正常(0℃時約100Ω,室溫30℃時約120Ω)。

校準建議

冰點校準:將PT100置于0℃環境,調整RREF使顯示0±0.3℃

滿量程校準:100℃沸水環境,微調RTD參數

線性校準:使用標準溫度源進行三點校正

審核編輯 黃宇

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