MAX31865 modul

A PT100 és PT1000 ellenállás változáson alapuló érzékelő, azaz hőmérséklet változás hatására megváltozik az érzékelő ellenállása. Ahhoz, hogy ezt az ellenállást pontosan mérni tudjuk, szükségünk van egy speciális áramkörre, melyet a MAX31865 modul lát el. A modul tartalmaz egy 15 bites analóg-digitális átalakítót, zajszűrőt és SPI interfészt, így mikrokontrollerrel vagy kártyaszámítógéppel könnyen megvalósíthatóvá válik a hőmérséklet mérése.

MAX31865 modul 3.3V

Kattintson a képre nagyobb mérethez

MAX31865 module 5V

Nagyobb mérethez kattintson a képre

Az 5V változat szintillesztőkkel rendelezik, hogy 5V-os áramkörökhöz tudjuk csatlakoztatni. A szintillesztő az egyetlen különbség a 3.3V és 5V változat között.

Tulajdonságok

• 3.3V változat:
• Tápfeszültség: 3.0 - 3.6V / 3.3V ajánlott
• I/O vonal feszültségszintek: 3.0 - 3.6V / 3.3V ajánlott
• 5V változat
• MAX31865 chip tápfeszültsége (3V3 tüske): 3.0 - 3.6V / 3.3V ajánlott
• szintillesztő tápfeszültsége (5V tüske): 4.5 to 5.5V / 5.0V ajánlott
• I/O vonal feszültségszintek: 4.5 to 5.5V / 5.0V ajánlott
• MAX31865 chip 15 bites ADC konverterrel
• SPI interfész
• 2, 3, 4 vezetékes PT100(0) érzékelő bekötési lehetőség
• PT100/1000 érzékelő NEM tartozék

PT100 / PT1000 csatlakozás

A penelon az alábbi feliratok találhatók. Ezek jelentései:
F+ = FORCE+
R+ = RTDIN+
R- = RTDIN-
F- = FORCE-

2 vezetékes bekötés

3 vezetékes bekötés

4 vezetékes bekötés

A PT100-hoz ill. PT1000-hez való MAX31865 modulok közti különbség

A panel (nyák) teljes mértékben megegyezik, a beültetés során 2 alkatrész értéke változik attól függően, hogy PT100 vagy PT1000 érzékelőhöz való modul készül. Rref és C1 különbözik

	Rref	C1
PT100-hoz való modul	400Ω	100nF
PT1000-hez való modul	4000Ω	10nF

Megjegyzés: 4000 jelentése 400Ω (400✕10⁰)

4001 jelentése 4000Ω (400✕10¹)

Ezek 0.1% tűrésű precíziós ellenállások.

Bekötés konfiguráció

A nyákon van 3 "pad", melyek összeforrasztásával adjuk meg, hány vezetékes konfigurációt választunk.

2 vagy 4 vezetékes bekötéshez a középső és az alsó "padet" forrasszuk össze! (mint a felső képen)
3 vezetékes bekötéshez a középső és a felső "padet" forrasszuk össze!

Arduino Due összekötettés ábrája

Arduino Due csatlakozás (3.3V)

Nagyobb mérethez kattintson a képre

Fordítson figyelmet arra, hogy a MAX31865 3.3V-on működik! Ne csatlakoztassa a modult közvetlenül Arduino Unoval, Megával vagy más 5V-os áramkörrel! Az Arduino Due 3.3V-on üzemel.

5V-os Arduinoval összekötés

Arduino UNO-val csatlakoztatás

Nagyobb mérethez kattintson a képre

Az 5V kompatibilis modul 3.3V <=> 5V szintillesztőt tartalmaz, így ezzel megoldható az 5V-os Arduino Unoval, Megával, Nanoval és más 5V-os áramkörökkel való összekötése.

Arduino Nanoval csatlakoztatás

Nagyobb mérethez kattintson a képre

Arduino SPI lábkiosztás

Mindegyik Arduino panelen van egy 6 pólusú ICSP csatlakozó, melyen keresztül csatlakoztathatjuk a MAX31865 modult. Az Arduino Due-n az SPI interfész csak ezeken az ICSP tüskéken keresztül érhető el.

A többi Arduinon az ICSP a digitális I/O-n keresztül is elérhető.

Arduino panel	MOSI	MISO	SCK
Uno	11	12	13
Mega	51	50	52
Nano	D11	D12	D13

Teensy 3.1/3.2-vel csatlakozás

Hogy működik a hőmérséklet mérés

A PT100 és PT1000 ellenállás változáson alapuló hőmérséklet érzékelők. Angolul ezt RTD-nek nevezik, Resistance Temperature Detectors (RTD). 0°C-on 100Ω az ellenállás PT100-on, 1000Ω PT1000-en.

A fenti ábra mutatja a hőmérséklet és ellenállás közötti összefüggést.

A MAX31865-ben két 8 bites regiszter tárolja a mért ellenállást, RTD MSB és RTD LSB
RTDdata = RTD MSB:RTD LSB

RTDdata 16 bit széles, tartalmazza a 15 bites ADC code-ot + 1 bit hibajelző (fault flag), mely a nulladik bit.
ADCcode = RTDdata>>1

A következő lépésben kiszámítjuk az aktuális RTD ellenállást
R = (ADCcode * Rref) / 32768

ahol Rref 400, ha PT100-t használunk vagy 4000, ha PT1000-t használunk. (Ez az egyenlet megtalálható az adatlap 18-ik oldalán)

Már ismerjük a PT100(0) (RTD) ellenállását. Többféle módon határozhatjuk meg a hőmérsékletet az ellenállásból.

Lineáris interpoláció

Hőmérséklet (°C) = (ADCcode/32)-256 formula egy egész elfogadható eredményt ad -100..100 intervallumban. További információért olvassa el a "Linearizing temperature data" fejezetet az adatlapban a 10-ik oldalon.

Előny: ez a legegyszerűbb módszer
Hátrány: mivel a függvény nem lineáris, a fenti határon kívüli tartományban jelentősen nő a pontatlanság.

Táblázat használata

Léteznek letölthető hőmérséklet/ellenállás táblázatok PT100(0) érzékelőkhöz. Ebben ki kell keresnünk a mért ellenálláshoz legközelebbi értéket és a hozzá tartozó hőmérsékletet.
Pl. ha R=112.00Ω, a táblázatban 112.06 a legközelebb eső érték. A táblázatban láthatjuk, hogy ehhez az ellenállás értékhez 31°C tartozik.

Előny: könnyen használható és pontos
Hátrány: kis 8 bites mikrokontrolleren nehezen implementálható, sok helyet foglal a táblázat a programmemóriából. Vegyük figyelembe, hogy a táblázat lebegőpontos számokat tartalmaz.

Callendar-Van Dusen egyenlet I.

A Callendar-Van Dusen egyenlet leírja a platina érzékelők ellenállása (R) és a hőmérséklet (t) összefüggését. (Platina érzékelő = RTD = PT100, PT1000, stb.)

R = PT100-on vagy PT1000-en aktuálisan mérhető ellenállás
R₀ = 0°C-on mérhető ellenállás (PT100 esetén 100, PT1000 esetén 1000)
a = 3.90830 x 10^-3
b = -5.77500 x 10^-7
t = hőmérséklet (°C)

Az egyenletet átrendezve megkapjuk t-t

A fenti egyenlet C kódja:
t = (-R0*a+sqrt(R0*R0*a*a-4*R0*b*(R0-R)))/(2*R0*b);

Az Arduinohoz írt mintaprogramban a Callandar-Van Dusen módszert alkalmaztam.

Zajos környezet

A MAX31865 egy nagy felbontású ADC-t tartalmaz, mely elektromos zajra érzékeny. A modul tartalmaz zajszűrő elemeket, azonban a modul használata során néhány dologra érdemes figyelni. Stabil tápegységről, elemről vagy akkumlátorról tápláljuk a modult! Egyes számítógépek USB portja zajos tápot ad ki, különösen, ha nincs megfelelően leföldelve a számítógép tápegysége. Amennyiben gyakran kapunk "PT100 sensor connection fault" hibaüzenetet, javaslom, hogy inkább akkumlátorról üzemelő gépen próbáljuk a modult beüzemelni, pl. laptopról.

A 2 vezetékes bekötés csak akkor elfogadható, ha rövid vezetéket használunk (<1 méter)
Ennél nagyobb távolság esetén 3 vagy 4 vezetékes bekötés javasolt.

Letöltések

• MAX31865 IC adatlapja
• Arduino Due forráskód(Arduino IDE 1.8.13-vel tesztelve)
• Teensy 3.1/3.2 forráskód