RTD热电阻测温的驱动设计与实现
我们已经讨论过多种温度检测方式，但我们尚未关注热电阻温度检测，但热电阻测温在工业环境中是非常常见的。尽管有很多集成的数字式的热电阻接口元器件，但这些器件不但成本较高，灵活性也大打折扣。所以我们有时会使用更简单灵活的电路来驱动rtd。而在这一篇中，我们将讨论如何设计并实现rtd热电阻测温的驱动。
1、功能概述 rtd热电阻是常用的测温元件。rtd的英文全称为“resistance temperature detector”，因此准确来说，它应该翻译为“电阻温度检测器”。rtd是一种特殊的电阻，其阻值会随着温度的升高而变大，随着温度的降低而减小。工业上利用它的这一特性进行温度测量，因此rtd也被俗称为“热电阻”。
并不是所有的金属都适合做成rtd，符合这一特性的材料需要满足如下几个要求：
该金属的电阻值与温度变化能呈线性关系；该金属对温度的变化比较敏感，即单位温度变化引起的阻值变化（温度系数）比较大；该金属能够抵抗温度变化造成的疲劳，具有好的耐久性； 符合该要求的金属并不多，常见的rtd材料有：铂（pt）、镍（ni）和铜（cu）。对应的国家统一生产工业标准化热电阻有三种：wzp型铂电阻、wzc型铜热电阻和wzn型镍热电阻。
1.1、铂热电阻 铂电阻是我们常用的rtd，铂热电阻采用温度系数为3.885x10-3的元件，温度和电阻的关系表达式：
在-200℃~0℃为：
在0℃~850℃为：
其中：rt温度为t℃时的电阻；r0是温度为0℃时的电阻。而各个系数均为常数：
常数a=3.9083×10-3
常数b=-5.775×10-7
常数c=-4.183×10-12
铂热电阻对应的测温范围是：-200℃~850℃。常见的型号pt50、pt100、pt200、pt500和pt1000等。名称中的数值表示热电阻在0℃下的标称电阻值。
1.2、铜热电阻 铜热电阻也是在工业上常用的rtd，铜热电阻采用温度系数为：4.28x10-3的元件。温度和电阻的关系表达式：
其中，rt是温度为t℃时的电阻，r0是温度为0℃时电阻，而各个系数长数的取值为：
常数α=4.28x10-3
常数β=-9.31x10-8
常数γ=1.23x10-9
铜热电阻对应的测温范围是：-50℃~150℃。而常见的分类型号有：cu50、cu100等。名称中的数值表示热电阻在0℃下的标称电阻值。
1.3、镍热电阻 另一种工业标准rtd则是镍热电阻。镍热电阻采用温度系数为6.17x10-3的元件。温度和电阻的关系表达式：
其中，rt是温度为t℃时的电阻，r0是温度为0℃时电阻，而各个系数长数的取值为：
常数a=5.485x10-3
常数b=6.65x10-6
常数c=2.805x10-11
镍电阻对应的测温范围是：-60℃~180℃。而常见的分类型号有：ni100、ni300、ni500等。名称中的数值表示热电阻在0℃下的标称电阻值。
2、驱动设计与实现 我们已经了解了rtd的特性，以及不同材质的rtd温度与点组的关系表达式。接下来我们就实现通过rtd检测温度的驱动。
2.1、对象定义 在实现rtd的驱动之前，我们依然需要抽象并定义rtd对象，并将其声明为对象类型。
2.1.1、对象的抽象 在实现对rtd的操作之前，我们先抽象rtd对象。每一个rtd对象都有几个共同的属性：标称电阻，温度和类型。类型就是前面所描述的三种，我们将其定义为枚举。对象的声明如下：
/* 定义rtd类型枚举 */typedef enum rtdcategory { wzp， wzc， wzn}rtdcategorytype;/* 定义rtd对象 */typedef struct rtdobject{ float nominalr; //rtd标称电阻 float temperature; //所测温度 rtdcategorytype type; //rtd类型}rtdobjecttype;2.1.2、对象的初始化 声明一个rtd对象后，仅仅只是声明了一个对象变量，在赋值之前尚不能使用。所以我们要使用初始化函数将其初始化之后才可使用。rtd对象的初始化函数如下：
/* 初始化rtd对象 */void rtdinitialization(rtdobjecttype *rtd，rtdcategorytype type，float nr){ if(rtd==null) { return; } rtd->type=type; rtd->nominalr=nr;}2.2、对象操作 前面我们已经提到了各类热电阻的电阻与温度的关系表达式。在这些表达式中，二次以上的项的系数其实是非常小的，所以在一般要求不高，温度变化不是很大的场合基本就是线性关系。所以我们将其简化为线性方程：
2.2.1、wzp铂电阻 铂电阻的温度与电阻的关系在0度以上和0度以下略有差别，但如果我们采用线性近似的话则是一样的。所以我们采用线性方程实现如下：
/* 计算铂电阻温度 */static float calcwzptemperature(rtdobjecttype *rtd，float rt){float temp=0.0;float a=0.0039083; temp=((rt/rtd->nominalr)-1.0)/a;rtd->temperature=temp; return temp;}2.2.2、wzc铜电阻 铜电阻的温度与电阻的关系表达式相对复杂，但好在高次项的影响相对较小，我们依然可以使用线性近似来实现它。
/* 计算铜电阻温度 */static float calcwzctemperature(rtdobjecttype *rtd，float rt){float temp=0.0;float alpha=0.00428; temp=((rt/rtd->nominalr)-1.0)/alpha;rtd->temperature=temp; return temp;}2.2.3、wzn镍电阻 镍电阻的电阻温度系数比铂电阻和铜电阻都要好，但其线性度则不如铂电阻，同样的是其高次项的影响也相对较小，在温度并不大范围变化时仍然可以采取线性近似。
/* 计算镍电阻温度 */static float calcwzntemperature(rtdobjecttype *rtd，float rt){float temp=0.0;float a=0.005485; temp=((rt/rtd->nominalr)-1.0)/a;rtd->temperature=temp; return temp;}2.2.4、统一温度获取 面向不同类型的rtd，我们实现了各自的温度转换函数，但作为驱动函数库，我们总是希望能进行无差别调用。所以我们希望设计一个统一的接口函数。所幸每种类型rtd操作函数均有相同的格式，于是我们就很容易想到使用函数指针来处理它。
float (*calctemperature[])(rtdobjecttype *rtd，float rt)={calcwzptemperature，calcwzctemperature，calcwzntemperature};/*计算热电阻测得的温度*/float calcrtdtemperature(rtdobjecttype *rtd，float rt){ float temp=0.0; temp=calctemperature[rtd->type](rtd，rt); return temp;}3、驱动的使用 我们采用rtd测温时可以使用这一驱动。其实用步骤分两步：声明并初始化对象；调用函数计算温度值。接下来我们就来实现之。
3.1、声明并初始化对象 首先使用rtdobjecttype类型定义rtd对象，如果有多个可以使用数组方式定义。rtdobjecttype rtd；或rtdobjecttype rtd[n]；的形式。其中n为数量。
定义对象变量后和以调用初始化函数对齐进行初始化：
rtdinitialization(&rtd，type，nr);
其中type为rtdcategorytype枚举类型，可以是铂热电阻（wzp）、铜热电阻（wzc）和镍热电阻（wzn）。nr为所操作对象在0摄氏度时的标称电阻值。
3.2、调用函数计算温度值 对象初始化后就可以操作对象来获取对象当前时刻的温度值。具体如下：
calcrtdtemperature(&rtd，rt)；
其中rt为当前对象的电阻值。
4、应用总结 我们实现了rtd的检测，对得到的当前温度电阻值，使用根本驱动就可以计算得到当前的温度。
本驱动支持铂热电阻（wzp）、铜热电阻（wzc）和镍热电阻（wzn）。对于不同该类型，不同标称值的对象均可以使用。不过需要注意：铂热电阻对应的测温范围是：-200℃~850℃；铜热电阻对应的测温范围是：-50℃~150℃；镍电阻对应的测温范围是：-60℃~180℃。超过范围的将不被支持。
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1、功能概述 rtd热电阻是常用的测温元件。rtd的英文全称为“resistance temperature detector”，因此准确来说，它应该翻译为“电阻温度检测器”。rtd是一种特殊的电阻，其阻值会随着温度的升高而变大，随着温度的降低而减小。工业上利用它的这一特性进行温度测量，因此rtd也被俗称为“热电阻”。
并不是所有的金属都适合做成rtd，符合这一特性的材料需要满足如下几个要求：
该金属的电阻值与温度变化能呈线性关系；该金属对温度的变化比较敏感，即单位温度变化引起的阻值变化（温度系数）比较大；该金属能够抵抗温度变化造成的疲劳，具有好的耐久性； 符合该要求的金属并不多，常见的rtd材料有：铂（pt）、镍（ni）和铜（cu）。对应的国家统一生产工业标准化热电阻有三种：wzp型铂电阻、wzc型铜热电阻和wzn型镍热电阻。
1.1、铂热电阻 铂电阻是我们常用的rtd，铂热电阻采用温度系数为3.885x10-3的元件，温度和电阻的关系表达式：
在-200℃~0℃为：
在0℃~850℃为：
其中：rt温度为t℃时的电阻；r0是温度为0℃时的电阻。而各个系数均为常数：
常数a=3.9083×10-3
常数b=-5.775×10-7
常数c=-4.183×10-12
铂热电阻对应的测温范围是：-200℃~850℃。常见的型号pt50、pt100、pt200、pt500和pt1000等。名称中的数值表示热电阻在0℃下的标称电阻值。
1.2、铜热电阻 铜热电阻也是在工业上常用的rtd，铜热电阻采用温度系数为：4.28x10-3的元件。温度和电阻的关系表达式：
其中，rt是温度为t℃时的电阻，r0是温度为0℃时电阻，而各个系数长数的取值为：
常数α=4.28x10-3
常数β=-9.31x10-8
常数γ=1.23x10-9
铜热电阻对应的测温范围是：-50℃~150℃。而常见的分类型号有：cu50、cu100等。名称中的数值表示热电阻在0℃下的标称电阻值。
1.3、镍热电阻 另一种工业标准rtd则是镍热电阻。镍热电阻采用温度系数为6.17x10-3的元件。温度和电阻的关系表达式：
其中，rt是温度为t℃时的电阻，r0是温度为0℃时电阻，而各个系数长数的取值为：
常数a=5.485x10-3
常数b=6.65x10-6
常数c=2.805x10-11
镍电阻对应的测温范围是：-60℃~180℃。而常见的分类型号有：ni100、ni300、ni500等。名称中的数值表示热电阻在0℃下的标称电阻值。
2、驱动设计与实现 我们已经了解了rtd的特性，以及不同材质的rtd温度与点组的关系表达式。接下来我们就实现通过rtd检测温度的驱动。
2.1、对象定义 在实现rtd的驱动之前，我们依然需要抽象并定义rtd对象，并将其声明为对象类型。
2.1.1、对象的抽象 在实现对rtd的操作之前，我们先抽象rtd对象。每一个rtd对象都有几个共同的属性：标称电阻，温度和类型。类型就是前面所描述的三种，我们将其定义为枚举。对象的声明如下：
/* 定义rtd类型枚举 */typedef enum rtdcategory { wzp， wzc， wzn}rtdcategorytype;/* 定义rtd对象 */typedef struct rtdobject{ float nominalr; //rtd标称电阻 float temperature; //所测温度 rtdcategorytype type; //rtd类型}rtdobjecttype;2.1.2、对象的初始化 声明一个rtd对象后，仅仅只是声明了一个对象变量，在赋值之前尚不能使用。所以我们要使用初始化函数将其初始化之后才可使用。rtd对象的初始化函数如下：
/* 初始化rtd对象 */void rtdinitialization(rtdobjecttype *rtd，rtdcategorytype type，float nr){ if(rtd==null) { return; } rtd->type=type; rtd->nominalr=nr;}2.2、对象操作 前面我们已经提到了各类热电阻的电阻与温度的关系表达式。在这些表达式中，二次以上的项的系数其实是非常小的，所以在一般要求不高，温度变化不是很大的场合基本就是线性关系。所以我们将其简化为线性方程：
2.2.1、wzp铂电阻 铂电阻的温度与电阻的关系在0度以上和0度以下略有差别，但如果我们采用线性近似的话则是一样的。所以我们采用线性方程实现如下：
/* 计算铂电阻温度 */static float calcwzptemperature(rtdobjecttype *rtd，float rt){float temp=0.0;float a=0.0039083; temp=((rt/rtd->nominalr)-1.0)/a;rtd->temperature=temp; return temp;}2.2.2、wzc铜电阻 铜电阻的温度与电阻的关系表达式相对复杂，但好在高次项的影响相对较小，我们依然可以使用线性近似来实现它。
/* 计算铜电阻温度 */static float calcwzctemperature(rtdobjecttype *rtd，float rt){float temp=0.0;float alpha=0.00428; temp=((rt/rtd->nominalr)-1.0)/alpha;rtd->temperature=temp; return temp;}2.2.3、wzn镍电阻 镍电阻的电阻温度系数比铂电阻和铜电阻都要好，但其线性度则不如铂电阻，同样的是其高次项的影响也相对较小，在温度并不大范围变化时仍然可以采取线性近似。
/* 计算镍电阻温度 */static float calcwzntemperature(rtdobjecttype *rtd，float rt){float temp=0.0;float a=0.005485; temp=((rt/rtd->nominalr)-1.0)/a;rtd->temperature=temp; return temp;}2.2.4、统一温度获取 面向不同类型的rtd，我们实现了各自的温度转换函数，但作为驱动函数库，我们总是希望能进行无差别调用。所以我们希望设计一个统一的接口函数。所幸每种类型rtd操作函数均有相同的格式，于是我们就很容易想到使用函数指针来处理它。
float (*calctemperature[])(rtdobjecttype *rtd，float rt)={calcwzptemperature，calcwzctemperature，calcwzntemperature};/*计算热电阻测得的温度*/float calcrtdtemperature(rtdobjecttype *rtd，float rt){ float temp=0.0; temp=calctemperature[rtd->type](rtd，rt); return temp;}3、驱动的使用 我们采用rtd测温时可以使用这一驱动。其实用步骤分两步：声明并初始化对象；调用函数计算温度值。接下来我们就来实现之。
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rtdinitialization(&rtd，type，nr);
其中type为rtdcategorytype枚举类型，可以是铂热电阻（wzp）、铜热电阻（wzc）和镍热电阻（wzn）。nr为所操作对象在0摄氏度时的标称电阻值。
3.2、调用函数计算温度值 对象初始化后就可以操作对象来获取对象当前时刻的温度值。具体如下：
calcrtdtemperature(&rtd，rt)；
其中rt为当前对象的电阻值。
4、应用总结 我们实现了rtd的检测，对得到的当前温度电阻值，使用根本驱动就可以计算得到当前的温度。
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