嵌入式工业温湿度采集编程：实现多测点的温度误差控制在±0.1℃以内

±0.1℃不是“读个传感器取平均”能到的。DS18B20、SHT30类数字传感器分辨率够但系统精度通常落在±0.3℃级；要做到±0.1℃，工业做法一般是PT100/PT1000 + 恒流源激励 + Σ-Δ ADC + 多点校准。 湿度走电容式湿敏元件，温度做补偿就行，别指望湿度也到0.1级。

一、信号链：恒流源+差分ADC

PT100在0℃是100Ω，每1℃约变0.385Ω。MCU内置12位ADC有效位只有10位上下，温度分辨率约0.2℃，不够用。 正经配置：

激励电流 0.5~1mA（1mA自热约0.1℃，严控场合取500μA）

三线制消去引线电阻，四线制最准

仪表放大器或ADC内置PGA做差分放大

24位Σ-Δ ADC（ADS1220/ADS1248），20SPS+50Hz陷波

参考电阻用0.01%低温漂，比例法测量

/* ADS1220读PT100原始码值 */

int32_t rtd_read_raw(uint8_t ch){

   ads_set_mux(ch, ch+1);

   ads_start();

   while(!ads_drdy());

   return ads_read_24();

}

/* 比例法：R = CODE * R_REF / 0x7FFFFF */

float rtd_resistance(int32_t code, float r_ref){

   return ((float)code / 8388607.0f) * r_ref;

}

二、PT100分度转温度

IEC 60751标准分度用Callendar-Van Dusen，工程上常用简化查表+线性插值，避免浮点多项式：

typedef struct { float r; float t; } rt_t;

const rt_t LUT[] = {

{100.00f,0},{119.40f,50},{138.51f,100},

{157.33f,150},{175.86f,200}

};

float rtd_to_temp(float r){

   for(int i=0;i<4;i++){

       if(r>=LUT[i].r && r<=LUT[i+1].r){

           float k=(r-LUT[i].r)/(LUT[i+1].r-LUT[i].r);

           return LUT[i].t + k*(LUT[i+1].t-LUT[i].t);

       }

   }

   return r<100?0:200;

}

范围更宽就补-50/0/25/75/100/150点，插值误差远小于0.1℃。

三、多测点轮询+滤波

多路靠模拟开关切换，每路采样时间拉满，别用最短采样周期：

#define N_CH 8

float temp[N_CH];

void temp_scan(void){

   static int ch;

   int32_t raw = rtd_read_raw(ch);

   float r = rtd_resistance(raw, R_REF);

   float t = rtd_to_temp(r);

   /* 中值+滑动平均双滤波 */

   temp[ch] = iir_filter(ch, t);

   ch = (ch+1)%N_CH;

}

IIR一阶足够：

float iir_filter(int ch, float v){

   static float f[8];

   f[ch] = f[ch]*0.8f + v*0.2f;

   return f[ch];

}

强干扰工位加一级中值滤波剔毛刺，别只用算术平均——偶发尖峰平均不掉。

四、多点校准：两点起步，五点更好

出厂只做单点偏移，全温区会偏。标准做法放恒温槽，跟标准铂电阻比对：

0℃冰水混合物

25℃室温点

50/75/100℃工作区主段

高温点按工艺补

每通道存斜率a和截距b：

float calib[N_CH][2];   // a,b

float temp_cal(int ch, float t){

   return calib[ch][0]*t + calib[ch][1];

}

非线性明显就分段存表，按当前温度选区间插值。

校准值存EEPROM/FRAM，带校准日期；现场每6个月复校一次，换探头必须重校。

五、湿度采集与温度补偿

湿度用HDC3021/SHT30类数字模块走I2C，读数本身带厂内校准：

i2c_read(SHT30_ADDR, 0xE000, buf, 6);

float rh = -6+125*((buf[0]<<8)|buf[1])/65535.0f;

float t  = -45+175*((buf[3]<<8)|buf[4])/65535.0f;

湿度精度受温度影响，露点计算用温度值：

float dewpoint(float t, float rh){

   float a=17.27,b=237.7;

   float g=a*t/(b+t)+logf(rh/100);

   return b*g/(a-g);

}

温度测点准了，湿度才好算；别拿未校准温度去补湿度。

六、硬件避坑清单

两线制PT100长线→引线电阻直接漂0.25℃/0.1Ω

激励电流走滤波电阻→引入压降误差

模拟数字地混接→工频干扰跳码

参考电压用MCU内部→温漂吃掉0.1℃

采样时间过短→放大器未建立，读数抖

传感器贴功率器件旁→自热+热延迟

屏蔽层两端接地→地环路串进50Hz

校准只做25℃单点→高低温偏

换PT100不重校→分度曲线变了

滤波只平均不剔野值→尖峰留尾巴

七、落地顺序

PT100三线制+500μA恒流源

ADS1220类Σ-Δ ADC，PGA+20SPS

每通道独立滤波RC，模拟区单点接地

轮询读码→比例法算电阻→分度表插值

IIR+中值滤波，1~2SPS足够温度场

恒温槽多点校准，存a/b或分段表

湿度走I2C数字传感器，温度补偿露点

校准系数存FRAM，定期复校

多测点±0.1℃的本质是信号链别拖后腿：恒流源稳、引线误差消掉、ADC有效位够、参考低温漂；软件只负责滤波和校准修正。数字传感器方便但精度天花板就在那，真要工业级温度闭环，PT100+Σ-Δ ADC这套虽然麻烦，却是能把误差压进0.1℃的唯一靠谱路径；湿度别硬凑同精度，温度准了湿度自然稳。