一种基于单片机的NTC温度传感器线长自适应方法及装置与流程

一种基于单片机的ntc温度传感器线长自适应方法及装置
技术领域
1.本发明属于传感器设备技术领域，特别涉及一种基于单片机的ntc温度传感器线长自适应方法及装置。


背景技术：

2.ntc(negative temperature coefficient)是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热敏电阻现象和材料。该材料是利用锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上的金属氧化物进行充分混合、成型、烧结等工艺而成的半导体陶瓷，可制成具有负温度系数(ntc)的热敏电阻。其电阻率和材料常数随材料成分比例、烧结气氛、烧结温度和结构状态不同而变化。ntc热敏半导瓷大多是尖晶石结构或其他结构的氧化物陶瓷，具有负的温度系数，电阻值可近似表示为：rt＝rt*exp(bn*(1/t-1/t0))，式中rt、rt0分别为温度t、t0时的电阻值，bn为材料常数。从式中也可以看出，电阻值随着温度上升而迅速下降，利用这一特性，可将ntc热敏电阻通过测量其电阻值来确定相应的温度，从而达到检测和控制温度的目的。
3.具体的工作原理：当温度低时，这些氧化物材料的载流子(电子和孔穴)数目少，所以其电阻值较高；随着温度的升高，载流子数目增加，所以电阻值降低。ntc热敏电阻器在室温下的变化范围在100～1000000欧姆，温度系数-2％～-6.5％。
4.其中已最常用的b25/5型号最为常用，该型号的ntc在环境温度为25℃下电阻为5kω，其中单片机或ad采样芯片通过adc采集ntc接入的电压值，通过计算对应的电压和电阻，再对照ntc厂家提供的温度和阻值对照表中去查找与之对应电阻下的温度值，从而来识别当下被测的环境或物体的温度。
5.从工作原理中可以得知ntc测量的温度是通过对照阻值表来测量温度的，所以电阻的变化对温度的变化是息息相关的。在实际应用场景中，当使用在工业环境下时，就需要通过加长引线来使探测头充分接触被测温的物体或环境，而当引线长度在10米以内时，引线的电阻值仅为1～10ω，而当引线长达百米时，线阻就增大，其阻值在几十～几百ω不等，而我们知道当温度越高时，电阻会越小，当小到只有几百ω时，这时引线的电阻就会对读数造成影响，使原本的温度和阻值对照表造成偏差。加上ntc本身的温度精度在
±
0.5℃，这样就会使读出的温度产生高达个位数的温度漂移。
6.那么对于上述的阻值偏差的问题，现有的做法是在线和热敏电阻还未封装之前，会对线长先进行阻值的测量，厂家通过测量得到的值更新与之对应线长的温度与阻值对照表，这之中就存在两点缺点：
①
、由于ntc生产中的数量都是巨大的，所以人为的测量线长阻值增加了人工成本；
②
、由于更新了温度与阻值的对照表是针对定长的ntc探头，这样就造成了后期的维护和应用区分的成本。


技术实现要素：

7.针对上述问题，本发明提供了一种基于单片机的ntc温度传感器线长自适应方法，
所述方法包括：
8.预先在单片机的闪存中存储好标准阻值与温度对照表；
9.通过单片机软件多次测量电阻ntc任意温度下的阻值；
10.将所述阻值与所述标准阻值与温度对照表的阻值进行对比，得到当前线长的阻值测出的温度；
11.计算所述当前线长的阻值测出的温度与所述标准阻值与温度对照表中的温度偏差值；
12.之后在每次测量时扣除所述偏差值，得到所述标准阻值与温度对照表对应的温度值。
13.进一步地，所述通过单片机软件多次测量电阻ntc任意温度下的阻值，具体为：
14.通过在电流测量电路中增加电流测量芯片u1来测量电阻ntc两侧的电流；
15.根据所述电阻ntc两侧的电流计算得到电阻ntc的阻值。
16.进一步地，所述电流测量电路包括电流测量芯片u1，所述电流测量芯片u1的同相输入端与反相输入端之间设置有电阻ntc，所述电阻ntc的一端与电流测量芯片u1的同相输入端连接，所述电阻ntc的另一端与电流测量芯片u1的反相输入端连接，并且所述电阻ntc的一端和电流测量芯片u1的同相输入端均接入vcm。
17.进一步地，所述电流测量芯片u1的电源负极接地，所述电流测量芯片u1的电源正极接入vcc，所述电流测量芯片u1的电源正极还连接电容c1的一端，所述电容c1的另一端接地。
18.进一步地，所述电流测量芯片u1的输出端接入cs，所述电流测量芯片u1的输出端还连接单片机端口adc。
19.进一步地，所述电流测量芯片u1的输出端还设置有电阻rout，所述电阻rout的一端分别连接电流测量芯片u1的输出端和单片机端口adc，所述电阻rout的另一端接地。
20.进一步地，所述电流测量芯片u1的输出端还设置有电容c2，所述电容c2的一端分别连接电流测量芯片u1的输出端和单片机端口adc，所述电容c2的另一端接地。
21.进一步地，所述方法还包括：
22.增加测量次数来提高测量的准确度；
23.通过软件滤波算法进一步提高测量结果的准确度。
24.进一步地，所述通过软件滤波算法进一步提高测量结果的准确度，包括：
25.采用算术平均滤波法来处理单片机采集到的ad值；
26.使用中位值滤波法来处理采样到的温度值。
27.本发明还提供了一种基于单片机的ntc温度传感器线长自适应装置，所述装置包括：
28.闪存，用于预先存储好标准阻值与温度对照表；
29.测量单元，用于通过单片机软件多次测量电阻ntc任意温度下的阻值；
30.对比单元，用于将所述阻值与所述标准阻值与温度对照表的阻值进行对比，得到当前线长的阻值测出的温度；
31.计算单元，用于计算所述当前线长的阻值测出的温度与所述标准阻值与温度对照表中的温度偏差值；
32.处理单元，用于之后在每次测量时扣除所述偏差值，得到所述标准阻值与温度对照表对应的温度值。
33.本发明主要是通过单片机软件多次测量来免除人为测量的成本，以及在后续使用上不用通过繁琐的区分线长来对应温度阻值表，从而降低生产成本，提高ntc电阻的精度。
34.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1示出了本发明实施例的基于单片机的ntc温度传感器线长自适应方法流程图；
37.图2示出了本发明实施例的电流测量电路示意图。
具体实施方式
38.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.本发明提供了一种基于单片机的ntc温度传感器线长自适应方法，示例性的，图1示出了本发明实施例的基于单片机的ntc温度传感器线长自适应方法流程图，如图1所示，所述方法包括如下步骤：
40.预先在单片机的闪存中存储好标准阻值与温度对照表。
41.通过单片机软件多次测量电阻ntc任意温度下的阻值。
42.具体的，通过在电流测量电路中增加电流测量芯片u1来测量电阻ntc两侧的电流；
43.根据所述电阻ntc两侧的电流计算得到电阻ntc的阻值。
44.进一步地，如图2所示，所述电流测量电路包括电流测量芯片u1，所述电流测量芯片u1的同相输入端与反相输入端之间设置有电阻ntc，所述电阻ntc的一端与电流测量芯片u1的同相输入端连接，所述电阻ntc的另一端与电流测量芯片u1的反相输入端连接，并且所述电阻ntc的一端和电流测量芯片u1的同相输入端均接入vcm。
45.所述电流测量芯片u1的电源负极接地，所述电流测量芯片u1的电源正极接入vcc，所述电流测量芯片u1的电源正极还连接电容c1的一端，所述电容c1的另一端接地。
46.所述电流测量芯片u1的输出端接入cs，所述电流测量芯片u1的输出端还连接单片机端口adc。所述电流测量芯片u1的输出端还设置有电阻rout，所述电阻rout的一端分别连接电流测量芯片u1的输出端和单片机端口adc，所述电阻rout的另一端接地。所述电流测量芯片u1的输出端还设置有电容c2，所述电容c2的一端分别连接电流测量芯片u1的输出端和单片机端口adc，所述电容c2的另一端接地。
47.将所述阻值与所述标准阻值与温度对照表的阻值进行对比，得到当前线长的阻值测出的温度。
48.计算所述当前线长的阻值测出的温度与所述标准阻值与温度对照表中的温度偏差值。
49.之后在每次测量时扣除所述偏差值，得到所述标准阻值与温度对照表对应的温度值。
50.所述方法还包括：
51.增加测量次数来提高测量的准确度；
52.通过软件滤波算法进一步提高测量结果的准确度。
53.其中，常用的软件滤波算法有限幅滤波法、中位值滤波法、算术平均滤波法、滑动平均滤波法、中位值平均滤波法等，不限于此。本发明实施例中，分别采用了算术平均滤波法来处理单片机采集到的ad值，使用中位值滤波法来处理采样到的温度值，从而来滤除采样到的意外干扰数据，提高数据准确度。
54.本发明还提供了一种基于单片机的ntc温度传感器线长自适应装置，所述装置包括：
55.闪存，用于预先存储好标准阻值与温度对照表；
56.测量单元，用于通过单片机软件多次测量电阻ntc任意温度下的阻值；
57.对比单元，用于将所述阻值与所述标准阻值与温度对照表的阻值进行对比，得到当前线长的阻值测出的温度；
58.计算单元，用于计算所述当前线长的阻值测出的温度与所述标准阻值与温度对照表中的温度偏差值；
59.处理单元，用于之后在每次测量时扣除所述偏差值，得到所述标准阻值与温度对照表对应的温度值。
60.本发明实施例主要是通过单片机软件多次测量来免除人为测量的成本，以及在后续使用上不用通过繁琐的区分线长来对应温度阻值表，从而降低生产成本，提高ntc电阻的精度。
61.需要说明的是，在实际ntc测量电路中提高ntc电阻的精度，通常是通过上拉10k电阻来起到分压的目的，所以可以提高上拉阻值的精度，如选用温度波动较小的
±
1％精度的电阻。
62.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。