零知开源——STM32F4驱动MAX31865实现PT100高精度测温

于 2025-05-26 13:31:20 发布
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文章标签： stm32 嵌入式硬件 单片机
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简介

本教程基于零知增强板（主控芯片STM32F407VET6），演示如何通过MAX31865模块读取三线制PT100铂电阻温度，并通过I2C OLED实时显示温度值和电阻值。重点包含硬件接线配置、三线制PT100的特殊跳线修改，以及完整的代码解析。文中还将解析PT100的温度计算原理，并展示实际运行效果。

一、硬件简介

1. MAX31865模块

MAX31865是专用于RTD（电阻温度检测器）的信号调理芯片，支持2/3/4线制PT100/PT1000传感器。其内置ADC可将铂电阻的阻值变化转换为数字信号，并通过SPI接口与主控通信。关键特性：

  • 15位分辨率

  • 支持自动误差补偿

  • 可配置参考电阻（Rref）

2. PT100铂电阻

PT100是一种基于铂材料的温度传感器，0℃时阻值为100Ω，温度系数为0.385Ω/℃。其阻值与温度的关系可通过以下方式计算：

  • 线性近似公式（适用于0~100℃）：
    R_{T}=R_{0}\times (1+\alpha T)

  • 其中 R0=100Ω，α=0.00385，T为温度（℃）。
     

  • 精确计算（使用Callendar-Van Dusen方程）：
    R_{T}=R_{0}\times \left \{ 1+AT+BT^{2}+C(T-100)T^{3} \right \}（适用于-200℃~850℃）

 MAX31865的温度计算
芯片内部通过测量RTD电阻与参考电阻（Rref）的比例，结合查表法或公式计算实际温度值。本代码中调用max.temperature()函数即自动完成此过程。

二、硬件准备

1.所需材料

零知增强板（STM32F407VET6）

MAX31865模块（支持三线制PT100）

三线制PT100传感器

0.96寸I2C OLED显示屏（SSD1306驱动）

杜邦线若干

2.PT100特性曲线

温度(℃) | 0     | 100    | 200   
电阻(Ω) | 100  | 138.5 | 175.8 

3.MAX31865跳线修改

三线制PT100必须修改模块电路板跳线！ 

找到MAX31865模块上的Rref电阻附近的两个跳线（标记为2和4的焊盘）。

切断Rref正上方左侧的跳线（即断开焊盘2的连接，保留焊盘3并短接），模块使用三线制模式。采用三线PT100，其接法如下

 修改后示意图：

 

接线时，请根据线缆颜色进行正确连接：对于两红一蓝的线缆，将蓝线接至RTD-，红线分别接至RTD+和F+。请参照图示，确保将触点（2/3 Wire）焊接牢固。若遇到两蓝一红的线缆，则需反向连接。

重要提示：若未断开24号连接，通电测量时PT100的电阻值将仅为正常值的一半。未通电时测量值约为120Ω，但通电后可能降至60Ω左右。这是由于24号连接之间存在接地，且存在并联电阻，导致整体电阻值降低。

4.接线配置表 

MAX31865与零知标准板连接： 

MAX31865引脚零知增强板引脚功能说明
VCC3V3电源正极
GNDGND电源地
CLK52SPI时钟线
SDO50数据输出
SDI51数据输入
CS53片选信号

OLED与零知标准板连接： 

OLED引脚零知标准板引脚功能说明
VCC3V3电源正极
GNDGND电源地
SDASDA/20I2C数据线
SCLSCL/21I2C时钟线

硬件连接图：

硬件实物图:

三、软件实现

1.核心库说明
#include <Arduino.h>
#include <SPI.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>    //OLED显示驱动库
#include <Adafruit_MAX31865.h>   //MAX31865温度传感器库文件

2.硬件初始化
// SSD1306 OLED 显示屏初始化
#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，如果是软件SPI则使用: (53，51,50,52)

 

3. 主程序逻辑

setup()函数，
初始化串口、OLED和MAX31865，设置三线制模式： 

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()函数，
循环读取温度并显示： 

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、运行效果

1.OLED显示正常状态 

 

  • 第1行：标题 "MAX31865 PT100 Sensor"
  • 第2行：实时温度（如 "Temp: 30.3 C"）
  • 第3行：铂电阻阻值（如 "Resistance: 112.89 Ω"）
  • 第4~5行：状态信息（正常显示 "Status: OK"，异常显示具体错误）

2. 串口输出内容 

 打开零知开源平台的串口监视器（波特率115200），将看到以下格式数据和检测到的故障码：

3. 数据关联说明

  • RTD Raw值：MAX31865直接读取的16位ADC原始数据（范围0~32768）。

  • Resistance：根据公式  R_{RTD}=R_{REF}\times \frac{RTD_{Raw}}{32768}计算得出。

  • Temperature：调用库函数自动转换的温度值，内部使用Callendar-Van Dusen方程计算。

4.演示视频

零知增强板驱动MAX31865读取三线PT100温度传感器

5.完整工程获取：
通过网盘分享的文件：F4_MAX31865_PT100.zip
链接: https://pan.baidu.com/s/1eH20AzfXBWHDDwlJ15GRAw?pwd=x6na 提取码: x6na

注意事项：

  1. 长距离传输时建议使用屏蔽双绞线

  2. 定期使用无水酒精清洁PT100探头

  3. 避免在强电磁干扰环境下安装传感器

五、问题排查指南

 常见异常处理

  1. 显示白屏

    • 检查I2C地址是否为0x3C

    • 确认Wire.begin()是否执行

  2. 温度值-245℃

    • 验证begin()参数是否为MAX31865_3WIRE

    • 测量RTD对地阻抗（正常应>10MΩ）

  3. 持续报错

    • 检查MAX31865的24焊盘跳线是否已切断左侧焊盘、2/3 Wire焊盘和43焊盘焊锡短接。

    • 用万用表测量PT100阻值是否正常（0℃时约100Ω，室温30℃时约120Ω）。

校准建议

  1. 冰点校准：将PT100置于0℃环境，调整RREF使显示0±0.3℃

  2. 满量程校准：100℃沸水环境，微调RTD参数

  3. 线性校准：使用标准温度源进行三点校正

📌通过本教程，您已掌握零知标准板驱动MAX31865读取三线制PT100的全流程。如果有问题欢迎评论区Issue！  

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