NTC 测温应用电路汇总及温度读取软件设计
- 使用可变电阻的NTC高精度测温电路
NTC热敏电阻温度传感器温度控制电路
(1)灵敏度调节：max约0.01°C
(2)电压调整温度设定用
金属膜电阻
BZ061(6V1W)稳压二极管SSR为固态继电器也可用12V电磁继电器
图1 可变电阻NTC测温电路
2.消费电子应用的测温电路
在手机，平板以及一些电子消费类产品中，都会有用到NTC进行温度检测。
此图是最简单的，也是最常用的NTC温度检测的电路图。
其中
R1为精度1%，阻值为390K的电阻。
RT1即为我们的NTC热敏电阻。
C1为1nF的电容，可加可不加。加的话可以滤除来自电源的或者电路板感应而来的高频干扰信号。在一些实际项目中，大都为了省成本，会选择不加。
要想知道温度，我们必须要知道NTC的阻值。但是我们并没有办法直接获取，但是我们却可以利用NTC获得的分压，测出电压值，从而进一步的可以了解其电阻值。
其中根据欧姆定律，RT1所在的支路，电流值为I=Vcc/(R1+RT1),RT1的电压值为U=IR=VCCRT1/(RT1+R1)。
同时假设MCU采用的是12位的ADC进行采样
则输入ADC的AD值为：
AD=4096U/UADC= 4096VCCRT1/[(RT1+R1) UADC]。
如果VCC与MCU的供电电压相同的话，则较为方便即
AD=4096*RT1/RT1+R1。
根据AD值进而可以了解RT1的分压，了解其阻值，进而了解其温度。
3. 采用电桥实现NTC温度采集
上图中我们通过一个电桥来采集NTC电阻的变化，因为电阻的变化会引起C17两端电压的变化。温度越高NTC电阻越小，C17两端电压差就越大，反之越小。我们采用了25摄氏度时，阻值为10K的NTC。不难推断出输出电压与NTC电阻值得关系。当输出电压为0V时，电阻约25K，查表可知唯独为5摄氏度左右。当输出电压为5V时，电阻值接近0，查表可知在100摄氏度以上。
4.简单的NTC测温电路
(1) AD620采用+5V供电。
(2)依据测量的最高温度值查表得热敏电阻的零功率电
阻，选择尺。=查表得热敏电阻的零功率电阻。
(3)选择Rwi =2R。，并向上圆整到电位器的系列值。
(4)计算在测量范围最低温端热敏电阻桥路的输出灵敏度
( mV/℃)，如果输出灵敏度>lmV/℃，则需要提高Rs阻值或
在R。上并联一只电阻。
(5)如果测量范围最低温端热敏电阻桥路的输出灵敏度<lmV/℃，则可计算仪器放大器AD620所
需放大倍数的理论最小值。
( 6)通过查表可以得到热敏电阻器在0℃的阻值并计算测量臂的理论输出电压值，从而可以调整
电位器的输出分压值等于该理论值。有条件可以将热敏电阻放入冰水混合物中（注意传感器及其引线
的绝缘），调整使得万用表的示值为0（可以将万用表调整到最高灵敏度挡，如20mV或2mV挡）。
(7)町能的情况下，用高精度的温度计来校准电路，在整个测温范围内反复调整，便得在测量范
围内满足精度要求。必要时可以在Rt上并联一只电阻以改善线性。
(8)选择C的合适值，如O.OILt,F。
5. 增加偏置的NTC测温电路
上面温度传感电路图使用与负温度系数(NTC热敏电阻)串联的电阻器热敏电阻形成分压器，产生线性输出电压。该电路使用一个非反向运算放大器，该放大器具有对偏移的反向参考并获得信号。这有助于充分利用ADC分辨率并提高测量精度。
设计说明:
1. 线性工作区采用运算放大器。线性输出波动通常在aol测试中指定。
2. Vin被连接到输出电压的正温度系数。 纠正NTC输出电压，切换R1和NTC热敏电阻的位置。
3. R1根据温度范围和NTC值选择。
4. 可以使用DAC或分压器创建Vref。如果使用分压器，等效电阻分压器的电压将影响电路的增益。
5. 高值电阻降低放大器和电容电路的相位裕度引入额外的噪声。建议使用约10kΩ或更小的电阻值。
6. 放置在与所述电容器并联，以限制带宽，提高稳定性并提供反馈电阻有助于降低噪音。
设计模拟DC转换数据
AC输出数据
NTC温度软件设计
NTC 是热敏电阻，其电阻值对温度变化敏感，在不同的温度下，可以呈现不同的电阻值。热敏电阻有两类，一类是负温度系数电阻（NTC），温度增加时，电阻值降低，另一类是正温度系数电阻（PTC），温度增加时，电阻值增加。
热敏电阻的电阻值计算
NTC 的电阻值 R 与温度的关系可以近似表示为：
公式1
公式 1，电阻与温度函数关系式。其中 T 是绝对温度，数值为摄氏温度+273.15，单位为 K（开尔文）。R0 一般取温度 25℃即 298.15K 时的电阻值，对应的 T0 取 25℃，即 298.15K。B 为材料常数．不同的村料或者生产工艺都能导致 B 的数值发生变化，甚至在热敏电阻的工作范围内，B 的数值都可能发生变化，而不是严格的常数；因为 NTC 的电阻与温度呈非线性的关系，而且存着温度的增加，温度随着温度变化的变化率越小。所以随着温度的增加，NTC 测温的精度变化；所以比较适合于温度变化范围小的使用场景，比如环境温度（约为 -20℃-50℃）或者是水温的检测（0℃-100℃）。
按照温度为 25℃的电阻取值，可有 5KΩ，10 KΩ等不同的规格，而材料系数 B 值固定为 3950。我选择 10K 的规格，根据公式 1，可以得到这款 NTC 的电阻与温度的关系为：
公式2
公式 2，电阻与温度的函数关系式。通过 excel 表格的公式，在 excel 工作薄的第一列输入温度，第二列输入公式可以得到不同温度下的电阻值，比如 0℃为 33.6 KΩ
采用 excel 计算 AD 值，
公式法：
程序设计中如将公式 1 取对数，通过复杂的对数运算和倒数运算得到温度值，这是不合适的，主要是：普通的单片机不一定提供这样的数学函数库。普通的单片机没有浮点数运算，浮点数都是转成整弄运算的，不可避免会有舍入误差。单片机做对数，倒数的运算，只能是近似算法，而且会耗费大量的运算时间，可能会到几百 ms 级，影响了对其它功能处理的实时性。公式 1 只是一个近似公式，B 值也并不是一个常数，用这样具体的解析公式计算，没有办法根据实际测量值对计算值进行标定，从而提高测量精度。
查表直线拟合法：把曲线通过数据拟合成直线。查表法顾名思义就是通过电阻分度表来获取温度区间，再做拟合。首先我们需要建立相应的表我们定义为数组。有了分度表实现也就简单了，但需要注意两端极限位置的处理。具体实现如下：
1 /*查表法计算NTC温度值*/
2 static float LookupNTCTemperature(float resistance)
3 {
4 float temp;
5 uint16_t index=NTC_TABLE_LENGTH+10;
6
7 index=FindTargetLocation(resistance);
8
9 if(index<=0)
10 {
11 temp=ntcValueTable[0][0];
12 }
13 else if(index>=NTC_TABLE_LENGTH)
14 {
15 temp=ntcValueTable[0][NTC_TABLE_LENGTH-1];
16 }
17 else
18 {
19 float lowT=ntcValueTable[0][index-1];
20 float lowR=ntcValueTable[1][index-1];
21 float highR=ntcValueTable[1][index];
22
23 temp=((resistance-lowR)*0.5)/(highR-lowR)+lowT;
24 }
25
26 return temp;
27 }
28
29 /*查找目标位置*/
30 static uint16_t FindTargetLocation(float resistance)
31 {
32 uint16_t position=0;
33 while(ntcValueTable[1][position]>resistance)
34 {
35 if(position<NTC_TABLE_LENGTH-1)
36 {
37 position++;
38 }
39 else
40 {
41 position++;
42 break;
43 }
44 }
45
46 return position;
47 }
其中，B是NTC的常数，每种为固定值。Rt是NTC的电阻，R为标称25摄氏度时的电阻。T1是Rt对应的开氏温度，T2是标称的开氏温度。于是我们就可以推导出有电阻计算温度的公式。
1 /*公式法计算NTC温度值*/
2 static float FormulaNTCTemperature(float resistance)
3 {
4 float temp;
5 float result=0.0;
6
7 result=resistance/NTC_NOMINAL_RESISTANCE;
8 result=(log(result)/NTC_NOMINAL_CONSTANT)+(1/(NTC_NOMINAL_TEMPERATURE+KELVIN_CONSTANT));
9 temp=1/result-KELVIN_CONSTANT;
10
11 return temp;
12 }
分段线性法：
步骤如下：
采用 excel 表格自动生成 C 语言中包含 AD 与温度的二维数组
将测温范围分若干个区间，比如在 0-100 度的范围内，分 100 个区间，每个区间范围为 1℃计算或者实测每一个区间下限和区间上限的温度值； 比如区间 30℃-31℃，根据公式 1 计算或者实际测试出 30℃以及 31℃的 AD 值。将这些区间表示为 2 维数组（这个 2 维数组也可以通过实际测试形成）；取出将 AD 转换并多次平均之后数值，编历分段的区间，与这些区间的 AD 上、下限进行比较，判断落在哪一个区间，根据一次函数的公式进行区间内的插值修正：测试温度值=区间温度下限+（区间温度上限 - 区间温度下限）/（区间 AD 上限 - 区间 AD 下限）*（AD 测量值 - 区间 AD 下限）。
全段查表法
根据需要实现的温度精度，用EXCEL表格计算对应的NTC对应的电阻值最大值和最小值，采用查表法。原理如下：利用两个存储区同时存储最大值和最小值，根据AD采样得到的对应的电阻值进行查表，从而得到温度值。
VHDL语言
p1:process(clk,rst_n)
variable p1_vrb_state4: std_logic_vector(3 downto 0);
variable p1_vrn_delay_cnt:integer range 0 to 31;
begin
if(rst_n='0')then
p1_vrb_state4:=(others=>'0');
p1_vrn_delay_cnt:=0;
p1_sgb_ntc_temp_addr_buf<=(others=>'0');
p1_sgb_ntc_temp_acq_res1<=(others=>'0');
p1_sgb_ntc_temp_acq_res2<=(others=>'0');
out_ntc_temp1<=(others=>'0');
out_ntc_temp2<=(others=>'0');
elsif(clk'event and clk='1')then
if(p1_vrb_state4=x"0") then ----初始化状态机
p1_sgb_ntc_temp_acq_res1<=in_ntc_res1; ---获取第一路对应的电阻值
p1_sgb_ntc_temp_acq_res2<=in_ntc_res2; ---获取第二路对应的电阻值
p1_vrb_state4:=x"1"; ----
elsif (p1_vrb_state4=x"1") then
p1_sgb_ntc_temp_addr<=p0_sgb_ntc_temp_addr_buf;
p1_vrb_state4:=x"2"; ----
elsif (p1_vrb_state4=x"2") then
if (p1_vrn_delay_cnt=2) then
p1_vrb_state4:=x"3"; -----延时3个时钟周期，转移到下一个状态
p1_vrn_delay_cnt:=0;
else
p1_vrn_delay_cnt:=p1_vrn_delay_cnt+1;
end if;
elsif (p1_vrb_state4=x"3") then
if(p1_sgb_ntc_max_res>=p1_sgb_ntc_temp_acq_res1) and (p1_sgb_ntc_temp_acq_res1>=p1_sgb_ntc_min_res) then
out_ntc_temp1<=p1_sgb_ntc_temp_addr_buf;
end if;
if(p1_sgb_ntc_max_res>=p1_sgb_ntc_temp_acq_res2) and (p1_sgb_ntc_temp_acq_res2>=p1_sgb_ntc_min_res) then
out_ntc_temp2<=p1_sgb_ntc_temp_addr_buf;
end if;
p1_vrb_state4:=x"4";
elsif (p1_vrb_state4=x"4") then
if (p1_sgb_ntc_temp_addr_buf=x"a0") then ---x"a0"=160 ----对应实际温度160-40=120℃
p1_vrb_state4:=x"0"; -----开始下一个电阻温度查找
p1_sgb_ntc_temp_addr_buf<=(others=>'0');
else
p1_sgb_ntc_temp_addr_buf<=p0_sgb_ntc_temp_addr_buf+x"01";
p1_vrb_state4:=x"1"; -------继续当前温度查找
end if;
else
p1_vrb_state4:=(others=>'0');
p1_vrn_delay_cnt:=0;
p1_sgb_ntc_temp_addr_buf<=(others=>'0');
p1_sgb_ntc_temp_acq_res1<=(others=>'0');
p1_sgb_ntc_temp_acq_res2<=(others=>'0');
end if;
end if;
end process p1;
