熱敏電阻的高電阻應(yīng)用于單片機(jī)進(jìn)行頻率法的溫度測量

3．測量信號的處理

3．1熱敏電阻的線性化處理

熱敏電阻的電阻值與溫度存在嚴(yán)重的非線性關(guān)系，當(dāng)頻率信號進(jìn)入單片機(jī)CPU后，就可以應(yīng)用軟件的方法，例如最小二乘法，實(shí)現(xiàn)對熱敏電阻的非線性校正。實(shí)踐證明，使用這種方法，在-20～80℃的范圍內(nèi)，其測量誤差可小于0.2℃。

3．2數(shù)據(jù)的濾波處理

在單片機(jī)測量到溫度信號以后，還需要對檢測信號的濾波處理，減少測量過程中的干擾，最簡單的方法是算術(shù)平均法。對N個(gè)采樣值，尋找一個(gè)Y值作為本次檢測的有效值，使Y值與各采樣值之間的偏差的平方和為最小，在具體應(yīng)用中，N值不宜太大，溫度測量取N=5-10為好，既保持一定的靈敏度，又有恰當(dāng)?shù)钠交?。?jì)算方法為：

Y=(X1+X2+….+XN)/N，式中X1、、、、X2、、….XN為N次檢測量

實(shí)踐證明用這種方法能正確測量溫度值。在獲得正確的測量值后，還需要將它轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的實(shí)際溫度值。

4．提高測量精度的幾個(gè)措施

4．1 頻率信號的穩(wěn)定性

在圖1中，R1、C1的熱穩(wěn)定性直接影響555時(shí)基集成電路的輸出頻率，要選擇溫度系數(shù)小的金屬膜精密電阻，C1采用CBB22的電容。R1、C1、555時(shí)基集成電路要經(jīng)過高、低溫老化穩(wěn)定后使用。每一路用精密電阻箱模擬熱敏電阻的溫度變化，測量實(shí)際的電阻-頻率的數(shù)據(jù)輸入單片機(jī)，作為測量、計(jì)算的依據(jù)。

4．2 多路信號的輸入

為了克服由于555時(shí)基集成電路性能的離散性造成輸出頻率的誤差，多路熱敏電阻使用同一個(gè)R1、C1、555時(shí)基集成電路。各個(gè)熱敏電阻通過單片機(jī)控制繼電器來選擇信號的輸入。

4．3熱敏電阻形狀的影響

熱敏電阻的體積非常小，因此可以制造成各種形狀，有柱狀、珠狀、針狀、平面等，以適合不同的測量要求。應(yīng)該選擇合適形狀的熱敏電阻，使測量值能夠準(zhǔn)確地反映被測量的溫度值。對那些需要快速測量的場合，應(yīng)該盡量選擇體積小反應(yīng)快的傳感器，否則也會造成測量上的誤差。

4．4傳感器一致性的影響

傳感器的一致性差，會引起很大的測量誤差。熱敏電阻在作為精密的溫度傳感器使用，應(yīng)該選擇產(chǎn)品的互換性在0.1%以上，它的互換精度能夠達(dá)到0.025℃。

4．5溫度的標(biāo)定

在一定溫度下熱敏電阻的阻值是已知的，因此可以用電阻箱（例如旋轉(zhuǎn)式電阻箱ZX31）來模擬溫度的變化，使555電路的輸出頻率值符合要求。由于單片機(jī)的程序在計(jì)算方法和定時(shí)時(shí)間上會產(chǎn)生一些誤差，用最小二乘法求得的模擬公式也會產(chǎn)生誤差，這些都會直接影響測量的精度。所以在驗(yàn)證測量電路準(zhǔn)確無誤的情況下，再檢查驗(yàn)證單片機(jī)能否計(jì)算出準(zhǔn)確的溫度值，如果有誤差，必須仔細(xì)檢查程序，修改相關(guān)的語句，直到準(zhǔn)確為止。

在完成上述工作的基礎(chǔ)上，用精密恒溫槽，在-20-+80℃的范圍內(nèi)，設(shè)置5、6個(gè)溫度點(diǎn)，檢查熱敏電阻在這些溫度點(diǎn)的電阻值是否符合要求，然后把熱敏電阻的引線接到電路里，把熱敏電阻放在精密恒溫槽內(nèi)，觀察在各個(gè)溫度點(diǎn)上單片機(jī)的顯示值是否符合要求。如果符合要求，標(biāo)定工作結(jié)束。

5．結(jié)束語

在多點(diǎn)溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，充分發(fā)揮了單片機(jī)的計(jì)算與線性化的作用，應(yīng)用555時(shí)基電路的電阻-頻率特性，以十分簡單的電路得到高精度的溫度測量效果。

本文作者的創(chuàng)新點(diǎn)：本測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)巧妙地將熱敏電阻的溫度-電阻變化應(yīng)用于555時(shí)基電路，使單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換采用頻率采樣法，簡化了電路，又提高了測量的精度。由于熱敏電阻的靈敏度高，電阻值大，熱敏電阻可以直接使用普通導(dǎo)線，測量距離達(dá)200米左右，這是其他傳感器難以實(shí)現(xiàn)的；由于只用一個(gè)555時(shí)基電路，使集成電路的離散性影響降到最低，并且大大降低了硬件的成本。