2025/10/28 04/14/16
1 核心思路：先把流程搞明白
信号采集：温度传感器（比如PT100热电阻或K型热电偶）感受到温度变化，会产生一个微弱的电信号（电阻变化或毫伏级电压）。 信号调理：这个原始信号很微弱，需要放大器（如OP07）把它放大到单片机ADC（模数转换器）能方便处理的水平，比如0-5V的标准电压信号。 A/D转换：单片机的ADC模块把这个连续的模拟电压信号转换成单片机能够识别和处理的数字量。 数据处理：这是程序的核心！单片机对得到的数字量进行一系列处理，比如数字滤波去除干扰、线性化处理（因为传感器信号和温度往往不是完美的直线关系）、冷端补偿（针对热电偶）等。 标度变换：把处理后的数字量，按照预设的温度量程（比如0-200℃），换算成对应的实际温度值。 V/I转换与输出：最后，单片机通过程序控制D/A转换器（如TLC5615）或将计算得到的温度值按比例输出对应的数字量给特定的模拟输出模块，最终产生标准的4-20mA电流信号输出。
2 关键环节的代码逻辑
线性化处理：很多温度传感器的输出和温度不是简单的直线关系。比如PT100热电阻在0℃到100℃之间比较线性，但范围大了就有偏差。程序中常用分段线性插值法来处理：预先存储一个“温度-电阻”对应表（分度表），程序根据当前测量值查找到它所在的区间，然后用这个区间两端的已知点进行线性计算，从而得到更精确的温度值。也有采用如牛顿迭代法等进行非线性拟合，以提高测量精度。 举个例子，假设我们测到一个电阻值，通过查表发现它介于R1和R2之间，分别对应温度T1和T2。那么当前温度T大概可以这样估算： T = T1 + (测量值 - R1) * (T2 - T1) / (R2 - R1)当然，实际的分度表和算法会更复杂，但基本思想类似。 冷端补偿：这是热电偶测温时必须处理的。热电偶测的是热端和冷端（接线端）的温差。程序需要额外测量冷端的实际温度（比如用DS18B20这类数字温度传感器），然后根据热电偶分度表计算出冷端产生的热电势，再补偿到总热电势中，从而得到真实温度对应的热电势。 模拟量转换与输出：以最常见的4-20mA输出对应0-200℃量程为例。在PLC等控制系统中，需要编写程序将模拟量输入模块读取到的数字量（例如在S7-200PLC中，4mA对应6400，20mA对应32000），或者将实际计算出的温度值，转换为对应的模拟量输出值（例如在S7-200PLC中，输出4mA对应数字量6400，输出20mA对应数字量32000）。其转换公式的基础是线性缩放： 实际温度值 = (模拟量输入数字值 - 数字量下限) * (量程上限 - 量程下限) / (数字量上限 - 数字量下限) + 量程下限或者，对于模拟量输出： 输出数字量 = (设定温度值 - 量程下限) * (数字量上限 - 数字量下限) / (量程上限 - 量程下限) + 数字量下限实际编程时，尤其是在使用西门子S7-1200/1500 PLC时，通常可以直接使用系统提供的 NORM_X（标准化）和SCALE_X（缩放）指令来简化这些计算。
3 几个实用的编程技巧
数字滤波是必备的：工业现场干扰多，直接读取一次的ADC值可能不准。常用的有平均值滤波法（连续采样N次取平均）、中值滤波法（取N次采样的中间值）或者一阶滞后滤波法（本次采样值=α本次测量值 + (1-α)上次输出值）。这样可以有效平滑数据，减少随机干扰。 模块化设计：别把所有的代码都堆在主函数里。把ADC读取、滤波处理、线性化计算、输出控制等不同功能写成独立的函数或模块。比如，可以设计一个专门读取MAX31865这类专用RTD转换芯片数据的驱动函数，提高代码的可读性和可移植性。这样程序结构清晰，调试和修改也方便。 别忘了处理和通信：程序通常还需要管理人机交互，比如在LCD屏幕上显示当前温度，或者通过RS-485等通信接口（如MAX485芯片）将数据上传到上位机或PLC。这部分程序主要涉及显示驱动和通信协议（如Modbus）的实现。
4 动手前的一些提醒
硬件是基础：程序的准确性严重依赖硬件电路的稳定性和精度。比如参考电压的精度、放大器的稳定性，都直接影响最终结果。在软件设计时，有时也需要考虑通过算法补偿一些硬件的固有误差或非线性。 耐心调试：写完程序只是第一步，耐心细致的调试才是成功的关键。可以通过仿真器（如Proteus软件）进行软硬件仿真，以检验设计的可行性。在实际应用中，可能需要借助万用表、电流表等工具，一边调整参数，一边观察输出是否准确。 安全与稳定：工业环境恶劣，程序要考虑看门狗防止死机，对输入信号进行有效性判断，甚至加入故障自诊断功能（如利用MAX31865的故障检测功能判断RTD及电缆的开路/短路条件），提升设备的可靠性。
