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实用温度监测系统方案
温度测量一般采用各色各样的温度传感器,常用的温度传感器有热电偶、热电阻、半导体热敏电阻等。对常温区的温度测量,常用负温度系数热敏电阻,简称NTC。NTC货源充足,封装型式多样,能够很方便的应用到各种场合,且价格低廉。托普物联网研发的这个使用温度监测系统以NTC为基础,以RC振荡器为关键,介绍一种新的测温方法。
1　常规系统测温
温度的测量,根据模数转换方法不同,可分为二大类:一类是以AD芯片进行模数转换,测温结构框图如图1。它由检测电路、放大电路、A/D转换电路及单片机等组成。通过NTC和检测电路,输出与温度相对应的模拟弱电压,经放大器放大,由A/D转换为数字信号,输给单片机,经过单片机数据处理而测得温度值。另一类是以V/F芯片代替A/D芯片,其余类同。它们的共同缺点是结构复杂、硬件多、成本高。
图1　测温结构框图
2　本系统的硬件组成和工作原理
　系统结构
图2　温度监测系统结构框图
温度监测系统结构框图如图2,它由单片机、RC环形振荡电路、显示与报警、执行机构、小键盘和看门狗等组成。通过
RC振荡产生矩形脉冲,直接输给单片机的计数引脚,经单片机计算得出温度值并显示。根据监测系统的需要,通过执行机构实现控制。通过小键盘实现人机对话,进行人性化设置。为提高系统的可靠性,采用X25045实现硬件看门狗功能,它还提供512B的EEPROM来保存重要的系统参数,当系统掉电、上电后,通过串行时钟输出端将重要的系统参数读到特定的RAM区,使系统恢复正常运行。
　测温原理
利用负温度系数热敏电阻,当温度发生变化时,NTC的阻值会明显发生变化,NTC的阻值直接反映出温度的大小。RC环形振荡电路如图3所示,其中Rt为热敏电阻,Rs为限流电阻。其输出电压波形如图4为矩形脉冲,周期T=。当温度发生变化时,Rt值变化,使得RC振荡电路输出脉冲的周期变化。通过检测脉冲的周期,就可以测出热敏电阻所处的环境温度,即实现测温。与常规系统测温电路相比,硬件大大减少,成本减低;输给单片机的是脉冲信号,增强了抗干扰能力,可靠性大大提高。
图3　RC环形振荡电路原理图
图4　RC环形振荡电路输出电压波形
3　软件设计


热敏电阻NTC的阻值—温度特性曲线是一条指数曲线,非线性度较大,根据测温范围,对其进行线性化处理,一般应用中,完全可以满足测量精度要求。对于精度要求较高的场合,可以在软件设计中解决。温度计算公式如下:t=t0-KRt式中
:t—被测温度;t0—与热敏电阻特性有关的温度参数;K—与热敏电阻特性有关的系数;Rt—热敏电阻的阻值。
根据这一公式,如能测得热敏电阻的阻值Rt,知道参数t0和系数K,则可以计算出被测温度。而RC环形振荡电路输出脉冲的周期T=;C是已知的,只要测得T,就可算出Rt值。
　矩形脉冲周期T的测量
为了能实时跟踪测温,又少占用CPU