Измерване на температурата с помощта на NTC термистор микроконтролер AVR

Кликнете тук, за да прочетете тази статия на английски език.

Единият вариант е да се използва за измерване на температурата термистора. Сред предимствата на термистора да подчертае значението на коефициента на температура, т.е. значителна промяна на устойчивост в зависимост от температурата (от порядъка на 2-10% по Келвин). Thermistors могат да бъдат два вида: положителен температурен коефициент (PTC, Положителното температурен коефициент), т.е. увеличаване на съпротивлението с повишаване на температурата и с отрицателен (NTC, отрицателен температурен коефициент) - намаляване на съпротивлението с повишаване на температурата. От само себе си в тази статия за втория, и за използването им за измерване на температурата в комбинация с микроконтролери AVR

Характеристики на NTC термистор

Thermistors се характеризират с редица параметри, като например максимално допустима ток, точността на съпротивлението при определена температура (обикновено при 25 ° С). Един от параметрите, характеризиращи степента на промените устойчивост в зависимост от температурата е температурен коефициент на чувствителност. Обозначена Б. Това съотношение се изчислява въз основа на стойности на съпротивление в два специфични температури. В много случаи, тези избрани температури 25 ° С и 100 ° С Обикновено температури, използвани при изчислението на коефициента след писмото, като B25 / 100. Коефициент В се измерва в Келвин, и се изчислява по следната формула:

където R1 и R2 - стойности на съпротивлението при температури съответно Т1 и Т2. изразена в Келвин.

От тази формула следва обратното:

Изчисляването на температурата

Thermistors имат висока степен на параметри нелинейност и термистори различни модели, дори и с еднакви стойности на B25 / 100 може различно променя съпротивлението срещу температура. Следователно формула [3], може само да бъде приблизително оценява температура. В допълнение, тази формула включва сложни изчисления, които изискват много CPU време, което често е неприемливо. По-прост и ефективен подход е да се съхранява таблица, в която са записани предварително изчислени стойности върнати от ADC, или други температури. За да спестите памет може да съхранява стойности само за някои точки, за да ги търсим в таблицата на двоично търсене и получаване на междинни стойности чрез линейна интерполация. За измерване на температурата на околната среда в рамките на 0.3 ° С, достатъчно за съхранение стойности на стъпки от 5 ° С Ако стойностите са в рамките на 16 бита (и заемат 2 байта), за съхраняване на такава таблица за измерената температура границите от -30 до 70 градуса изисква само 40 байта. точност на измерване може да се подобри чрез намаляване на височината на масата. Така, в етап 2 ° С може да се постигне точност на 0.1 ° С на широка гама от измервания.

Производители термистори по правило водят до таблици, които показват промяната на съпротива, като функция на температурата. Стойностите в тези таблици са свързани и температурата на решетка с определена стъпка (например, 5 ° С). Използване на формули [1] и [2] може да се интерполира с достатъчна точност таблични стойности.

електрически схеми

РТС връзка

Най-простият вариант е връзка диаграма на наименование А. При избора резистор RA приблизително равна на съпротивлението на термистора в областта за измерване на температурата, ще варира стойността U е по-близо до линейна, която ще осигури по-голяма точност в стойностите на интерполация маса.

Изборът вероизповедания и РТС RA, трябва да се отбележи, че токът, протичащ през термистора причинява неговото отопление и, като следствие, индикацията за изкривяване. Желателно е термистор мощността на по-малко от 1 MW. Това означава, че при напрежение U0 = 5V, RA трябва да бъде най-малко 10 килоома. съпротивление на термистора в измервания диапазон трябва да бъде приблизително същия ред.

Схема B е предназначена за ограничаване на мощността, разсейвана от термистора.

Схеми С и D са обратна на А и В. Тяхната употреба има смисъл, ако искате да се измери ниска температура, когато ADC референтна стойност (Uref) под U0.

Свързване с ADC на микроконтролера ATmega

Свържете ADC микроконтролера ATmega

В Atmega контролери за намаляване на шума, като се използва отделна захранваща линия за ADC. Базите препоръчва да се свърже тези входове през филтър: индуктивност L = 10mkGn и кондензатор С2 = 0,1mkF.

Микроконтролерът да използвате референтната напрежение за външен ADC, или вътрешен (2,56V или 1.1V), или като такива, да се използват ADC напрежение: AVCC. Когато използвате външен стрес, той трябва да бъде приложен към входния Ареф. При използване AVCC, или вътрешен 2,56V напрежение между тази на входа и на земята трябва да се постави кондензатор (С1 на диаграмата). Инструкция не дава ясна индикация за избор на капацитет на кондензатор, аз препоръчвам да използвате керамичен кондензатор 0,1mkF и др.

За да се намали шумът на измерване, препоръчваме термистор и свързване към филтрува напрежение успоредна на AVCC и да е конфигуриран да използва това напрежение като справка.

Освен това, за потискане на шума, произтичащ в линиите може да се настрои в кондензатор С3 1-100nF диапазон.

Имайте предвид, че в допълнение към модула за ADC, AVCC вход храни като някои от входно / изходни портове (обикновено, същите констатации, че на ADC). С помощта на тези пристанища с резултатите и да се свърже с товар може да създаде допълнителен шум в ADC.

За да се неутрализира шума, генериран в ADC, бих препоръчал да провеждат измервания на няколко пъти и да се сумират стойностите, получени. Микроконтролери ATmega ADC - 10-битов. Обобщавайки 64 удължаване ред на измервания, резултатът остава в рамките на 16-битово неозначено цяло число, което не изисква допълнителна памет за съхраняване на таблица на стойностите. За голям брой измервания могат също да остане в рамките на 16 бита, подходящо изместване или разделяне резултат.

Изчисляване на масата на ценности

Обръщаме ви покани да сценария за онлайн изчисляване на стойностите на ADC на масата.

Изчисляване на стойностите се извършва или върху двете стойности на температура и устойчивост, или въведен списък или се използва един от предварително заредени изпълнение на R / T. Понастоящем зареден R / T Особености Siemens / EPCOS фирмата термистори. Изберете подходящата списъка.

Заредени характеристики, дадени в инкременти от 5 ° С, изборът на по-малък размер на окото, стойностите, получени чрез интерполация от формули [1] и [2] два близки стойности в таблицата.

При изграждането на таблицата съответно се актуализира автоматично пример на изходния код в съответствие с него.

Внимание! Тъй като параметрите на термисторите голяма степен нелинеен, изчисляването на двете стойности на съпротивления или със стойността и на коефициента е много приблизителни. изчислена стойност температура в измерване на високи или ниски температури, може след това значително (десет градуса) различни от действителното.

За да намерите най-подходящия тип R / T характеристики за РТС, изтегляне на документацията, дадена от производителя.

Обобщена таблица за някои модели термистори Siemens / Епкос изброени по-долу. Кликнете върху характеристиките на R / T на кода, за да се зареди параметрите във формата по-долу:

Устойчивост при 25 ° С, ома

маса на данни

* Поради нелинейност на термистора параметри температура изчисление въз основа на масата е изработена от две точки ще бъде груб и получената стойност може да варира от десетки градуса на действителните високи и ниски температури в измерването. За точни измервания в широк диапазон, за да изберете един от предварително заредени R / T характеристики, съответстващи си термистор или списък на списък R / R1 стойности ръчно.

R1, импеданс на Т1

R2, устойчивост на Т2

Данните за масата: R / R1
тъй като Т2, избрания размер на окото.
Separator ценности - запетая.

RA стойност резистор

Стойност на РБ на резистор

Модификатор резултат ADC

U0. входното напрежение

Uref. позоваването напрежение на ADC

Забележки към таблица:

Bold стойности R / R1 и R, извлечени от масата. Редовна шрифт означават стойностите, получени чрез интерполация или екстраполация формули.

ADC - закръглената стойност на изхода на ADC, като се вземат предвид множителя. Стойности над лимита от измерванията на ADC не се показват.

I, иА - ток във веригата.

P, MW - разсейвана мощност в термисторите.

Е - евристичен оценка на възможно грешка изчислява температура, причинени от използване на линейна интерполация на стойностите на масата и ограниченото точността на ADC. Тя позволява да изберете параметри и да даде възможност верига, така че грешката е с минимална стойност на измерената площ. Тази оценка не се вземат под внимание като шумът се дължи на ADC, както и грешката причинена от отопление на термистора поради изтичане течения. Грешката може да се намали с по-малък стъпка маса използване ADC голям капацитет или чрез осредняване на по-голям брой измервания, и изборът на номиналните стойности на съпротивление във веригата.

Код, съответстващ на маса

Пример за използване

Следващият пример се използва за индикатор изход semisigmentny.

Как се работи с индикатора, обърнете се към другата ми статия.