摘要：提出一种应用STM32微控制器及负温度系数热敏电阻，进行多路温度采集系统的设计。基于温度采集系统，分析硬件电路设计、ADC及DMA软件配置。在软件设计上，重点阐述采用中值平均滤波算法以提高采样精度，以及利用线性插值方法和二分查找算法计算温度值。
关键词：集成电路应用；温度测量；线性插值
0引言
温度在许多领域应用广泛。热敏电阻因其体积小、反应灵敏和低成本的特点而被大量应用于温度测量中，另外，温度的分布是多点的，所以对热敏电阻多路温度采集系统进行研究与设计具有实用价值。
1温度采集系统
本设计应用热敏电阻进行感知外部温度物理量变化，将检测到的多路原始温度信号经检测电路处理后转换为对应电压值，多路转换电压值被STM32内部ADC分别进行模数转换，然后经过DMA模块缓存，最后由软件对缓存的ADC数据进行滤波去除干扰，并利用线性插值及二分查找方法根据电压值与温度对应关系，计算出当前环境的温度。
2硬件设计
2.1主控芯片STM32F103RCT6
本设计使用的主控芯片为STM32F103RCT6，是一款32位微控制器，最大系统时钟速度为72MHz，片内集成Flash容量256kB，RAM容量48kB，具有3个12bitADC模块，MCU集成的丰富片上外设资源，使本温度采集系统的设计得以简化。
2.2温度采集电路设计
本设计使用负温度系数热敏电阻（NTC）对温度进行检测，它是以过渡金属氧化物为主要材料采用电子陶瓷工艺制作而成的温感器件，具有电阻值随温度升高而降低的特性。NTC热敏电阻具有价格低、尺寸小，测温灵敏等特点，使其在生产生活中得到大量应用[1]。双路温度采集电路如图1所示，如需更多路温度检测只需将此电路进行拓展即可。仅对其中一路温度采集电路分析如下。使用阻值3kΩ的精密电阻对NTC分压，分压后的NTC两端电压经LMC6482双路运算放大器跟随，并由电容C1、C2滤波后，送入单片机ADC模块进行数据采集，此种电路具有抑制干扰显著和实用性强的特点。
3软件设计
温度采集软件设计首先由STM32ADC模块采集数据，经滤波算法对采集数据进行滤波，最后应用二分查找法及线性插值思想计算出ADC采样值对应的温度，其设计流程图如下图2所示。
3.1ADC工作模式软件配置
为进行多路温度采集，本设计对ADC配置为外部定时器触发与循环扫描模式，并结合使用DMA模块进行采集数据缓存。
3.2ADC采样数据软件滤波
为有效抑制噪声，消除偶然出现的脉冲干扰，提高采样精度，对ADC采样值实行中值平均滤波算法[4]。中值平均滤波算法是指连续采样n个数据，去掉一个最大值和一个最小值，然后对剩余的n-2个数据进行计算平均数，其中n值一般选取为3～14。为提高采样数据精度，本文对中值平均滤波算法进行延伸，n值取为80，即连续进行80次采样，去掉从小到大排序后数据中的最大最小值各10个，对剩余的60个数据求平均数。在本设计中，是对6路温度进行采集，具体软件滤波方法如下。（1）由ADC模块采集6路温度数据，并缓存入DMA模块中。（2）DMA模块缓存满480个数据后，发生中断。（3）在DMA中断发生后，分别对6路采集数据进行中值平均滤波。
3.3温度值软件计算
根据式（2）可知，采集到的ADC数值可反映温度的变化。由NTC厂商给出的R-T（电阻-温度）关系表及式（3），可建立起ADC采样值与温度的对应关系数值表。选用B值为3950K、阻值为10kΩ（25℃）的NTC。对外部温度所采集的ADC数值，如果采集的数值为整温度所对应的ADC值，可根据二分查找算法进行检索采集的ADC值与温度对应关系表，计算出当前温度[5]。但如果采集的数值不为整温度所对应的ADC值，就需要进一步定位温度值，利用线性插值的思想可以解决这一问题[6]。线性插值原理如下图3所示。图中x轴代表温度，y轴代表对应采集到的ADC值，线性插值求实际温度即是用直线F近似代替曲线T，并且x2与x1两点之差越小，直线F越接近曲线T，所求得温度也越接近真实值。比如已知（x1,y1）和（x2,y2）为相邻两点坐标（x2－x1＝1），在获得yi点ADC值情况下，求所对应的温度值xi，由两点坐标可得直线F方程为式（4）。
4结语
本文选用高性价比的热敏电阻传感器设计的温度采集系统，测温电路简单可靠，软件滤波算法可有效抑制外部干扰，温度查找及线性插值算法的运用可准确计算温度值，具有测温精度高、抗干扰、容易扩展和低成本的优点。
参考文献
[1]肖学华.NTC热敏电阻温度传感器——高精度负温度系数[J].世界电子元器件,1997(12):53-55.
[2]华成英,童诗白.模拟电子技术基础(第4版)[M].北京:高等教育出版社,2006.
[3]STM32F103xC芯片数据手册[M].意法半导体公司,2015.
[4]文常保,高丽红,方吉善,巨永锋,李演明.基于改进型限幅平均滤波法的高精度称重系统研究[J].传感技术学报,2014,27(05):649-653.
[5]罗南超,蹇旭,崔丽.一种改进的新二分查找算法的研究与实现[J].计算机时代,2009(07):56-57.
[6]严仍友,汪仁煌.最佳非等距线性插值算法在热敏电阻测温中的应用[J].自动化仪表,2005(06):35-37.
作者:陈金龙 单位:南京先进激光技术研究院