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介紹了熱敏電阻溫度傳感器經(jīng)過(guò)溫度頻率變換電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，利用單片機(jī)的計(jì)算和查表功能對(duì)熱敏電阻的溫度非線(xiàn)性特性進(jìn)行線(xiàn)性化處理，提高了熱敏電阻測(cè)溫精度。
1 前言
目前大多利用硬件電路對(duì)熱敏電阻溫度非線(xiàn)性特性進(jìn)行線(xiàn)性化，再經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換送到單片機(jī)進(jìn)行測(cè)量并顯示，這樣不僅線(xiàn)路復(fù)雜，難以消除硬件元器件參數(shù)隨溫度變化而引起溫度測(cè)量誤差，且成本相對(duì)較高，利用單片機(jī)的計(jì)算機(jī)和查表功能對(duì)熱敏電阻溫度非線(xiàn)性特性進(jìn)行線(xiàn)性化處理，可以消除硬件參數(shù)隨溫度變化而引起的測(cè)量誤差，且成本相對(duì)便宜，利于維護(hù)。
2 硬件設(shè)計(jì)
硬件由溫度傳感器、溫度頻率變換電路、單片機(jī)、顯示電路等組成，原理如圖1所示。
圖1 結(jié)構(gòu)原理圖
2.1 溫度/頻率變換電路
溫度/頻率變換電路由集成塊NE555、電阻R0、溫度傳感器Rt（CWF51A）、振蕩電容C0組成無(wú)穩(wěn)態(tài)振蕩電路，由集成塊NE555第3腳輸出頻率信號(hào)，與單片機(jī)輸入腳2相連。振蕩器頻率由表1確定。
表1 NE555第3腳輸出狀態(tài)
| 2腳 |
6腳 |
7腳 |
3腳 |
| ≤1/3VCC |
＜VCC |
開(kāi)路 |
低 |
| >1/3VCC |
<2/3VCC |
保持 |
保持 |
| >1/VCC |
≥2/3VCC |
導(dǎo)通 |
高 |
2.2 單片機(jī)及顯示電路
單片機(jī)選用美國(guó)Microchop公司生產(chǎn)的PIC16C54芯片，該單片機(jī)價(jià)格低廉，驅(qū)動(dòng)能極強(qiáng)，可直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯示（LED），指令簡(jiǎn)潔，運(yùn)行速度快，最快執(zhí)行單周期指令為200ns，自帶看門(mén)狗電路，抗干擾能力極強(qiáng)，可在惡劣環(huán)境工作。該單片機(jī)外圍線(xiàn)路，如圖1所示。
3 計(jì)算分析，建立數(shù)學(xué)模型
熱敏電阻CWF51A的特性：
 (1)
式中 Rto——在溫度25℃時(shí)的熱敏電阻阻值
t——被測(cè)溫度，℃
我們從式（1）中得知溫度傳感器熱敏電阻的電阻隨溫度呈指數(shù)式變化，是一種非線(xiàn)性關(guān)系。
根據(jù)表1求出振蕩器輸出信號(hào)低電平、高電平的脈寬，脈寬用X表示。
X低=（Ro+Rt）Coln2 (2)
X高=RtColn2 (3)
由式（2）,（3）得
X低-X高=R0C0ln2 (4)
再式（3）除式（4）得:
 (5)
 (6)
如選擇R0=Rt0,則得
 (7)
從式（7）中知，測(cè)量溫度跟硬件使用元器件無(wú)關(guān)，只要求精確測(cè)量低電平、高電平脈寬，單片機(jī)非常容易做到，因此可消除硬件電路元器件參數(shù)隨溫度變化而引起的測(cè)量誤差。
把式（7）中左邊進(jìn)行數(shù)字化，取溫度變化增量△t=1組成數(shù)據(jù)表格，如表2示。以便單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字化處理。
表2 數(shù)字化結(jié)果(-10℃～+85℃) t(℃) Rt/Rto t(℃) Rt/Rto t(℃) Rt/Rto
| t(℃) |
Rt/Rto |
t(℃) |
Rt/Rto |
t(℃) |
Rt/Rto |
| -10 |
5.104 |
22 |
1.133 |
54 |
0.337 |
| -9 |
4.843 |
23 |
1.086 |
55 |
0.326 |
| -8 |
4.596 |
24 |
1.042 |
56 |
0.315 |
| -7 |
4.364 |
25 |
1.000 |
57 |
0.305 |
| -6 |
4.146 |
26 |
0.960 |
58 |
0.295 |
| -5 |
3.94 |
27 |
0.922 |
59 |
0.285 |
| -4 |
3.745 |
28 |
0.885 |
60 |
0.276 |
| -3 |
3.562 |
29 |
0.850 |
61 |
0.267 |
| -2 |
3.388 |
30 |
0.817 |
62 |
0.259 |
| -1 |
3.225 |
31 |
0.785 |
63 |
0.25 |
| 0 |
3.07 |
32 |
0.755 |
64 |
0.242 |
| 1 |
2.924 |
33 |
0.726 |
65 |
0.235 |
| 2 |
2.785 |
34 |
0.698 |
66 |
0.227 |
| 3 |
2.655 |
35 |
0.672 |
67 |
0.22 |
| 4 |
2.531 |
36 |
0.647 |
68 |
0.213 |
| 5 |
2.414 |
37 |
0.622 |
69 |
0.207 |
| 6 |
2.303 |
38 |
0.599 |
70 |
0.201 |
| 7 |
2.198 |
39 |
0.577 |
71 |
0.194 |
| 8 |
2.098 |
40 |
0.556 |
72 |
0.189 |
| 9 |
2.004 |
41 |
0.536 |
73 |
0.183 |
| 10 |
1.914 |
42 |
0.516 |
74 |
0.177 |
| 11 |
1.829 |
43 |
0.498 |
75 |
0.172 |
| 12 |
1.748 |
44 |
0.480 |
76 |
0.167 |
| 13 |
1.672 |
45 |
0.463 |
77 |
0.162 |
| 14 |
1.599 |
46 |
0.447 |
78 |
0.157 |
| 15 |
1.53 |
47 |
0.431 |
79 |
0.153 |
| 16 |
1.464 |
48 |
0.416 |
80 |
0.148 |
| 17 |
1.402 |
49 |
0.401 |
81 |
0.144 |
| 18 |
1.343 |
50 |
0.388 |
82 |
0.14 |
| 19 |
1.286 |
51 |
0.374 |
83 |
0.136 |
| 20 |
1.232 |
52 |
0.361 |
84 |
0.132 |
| 21 |
1.181 |
53 |
0.349 |
85 |
0.128 |
把上述表格數(shù)據(jù)存入單片機(jī)ROM中。
式(7)右邊值由單片機(jī)測(cè)量計(jì)算得到，用Yt來(lái)表示在溫度t℃時(shí)的值。根據(jù)Yt在上述數(shù)據(jù)表格中查找，使Yt夾在兩點(diǎn)Rt/Rto之間，這兩點(diǎn)為Yn-1、Yn,則得:
Tt=Yn-1+(Yn-Yn-1)△t
選擇t的增量制作數(shù)據(jù)表格，要根據(jù)測(cè)溫要求和單片機(jī)ROM容量來(lái)確定（△t≤1）。
實(shí)測(cè)對(duì)比結(jié)果，如表3示。
表3 實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比(℃) 點(diǎn)溫計(jì)0.01℃ 測(cè)量結(jié)果 點(diǎn)溫計(jì)0.01℃ 測(cè)量結(jié)果
| 點(diǎn)溫計(jì)0.01℃ |
測(cè)量結(jié)果 |
點(diǎn)溫計(jì)0.01℃ |
測(cè)量結(jié)果 |
| -9.1 |
-9.1 |
50.91 |
50.9 |
| 0.9 |
0.9 |
60.91 |
50.9 |
| 10.9 |
10.9 |
70.95 |
70.9 |
| 20.9 |
20.9 |
80.92 |
80.9 |
| 30.9 |
30.9 |
84.99 |
84.9 |
| 40.89 |
40.9 |
4 軟件框圖
圖2 程序框圖
5 結(jié)論
由NE555和單片機(jī)16C54構(gòu)成測(cè)溫電路，成本極低，精度又高，且能消除其它元器件參數(shù)變化引起測(cè)溫誤差，可廣泛應(yīng)用于家用電器、鍋爐控制。 |
66821730(技術(shù)支持)
