熱敏電阻的高電阻應用于單片機進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重的非線性關系，當頻率信號進入單片機CPU后，就可以應用軟件的方法，例如最小二乘法，實現對熱敏電阻的非線性校正。實踐證明，使用這種方法，在-20～80℃的范圍內，其測量誤差可小于0.2℃。

3．2數據的濾波處理

在單片機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平均法。對N個采樣值，尋找一個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，又有恰當的平滑度。計算方法為：

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

實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，還需要將它轉換成相應的實際溫度值。

4．提高測量精度的幾個措施

4．1 頻率信號的穩定性

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

4．2 多路信號的輸入

為了克服由于555時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R1、C1、555時基集成電路。各個熱敏電阻通過單片機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。應該選擇合適形狀的熱敏電阻，使測量值能夠準確地反映被測量的溫度值。對那些需要快速測量的場合，應該盡量選擇體積小反應快的傳感器，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，應該選擇產品的互換性在0.1%以上，它的互換精度能夠達到0.025℃。

4．5溫度的標定

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。由于單片機的程序在計算方法和定時時間上會產生一些誤差，用最小二乘法求得的模擬公式也會產生誤差，這些都會直接影響測量的精度。所以在驗證測量電路準確無誤的情況下，再檢查驗證單片機能否計算出準確的溫度值，如果有誤差，必須仔細檢查程序，修改相關的語句，直到準確為止。

在完成上述工作的基礎上，用精密恒溫槽，在-20-+80℃的范圍內，設置5、6個溫度點，檢查熱敏電阻在這些溫度點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，觀察在各個溫度點上單片機的顯示值是否符合要求。如果符合要求，標定工作結束。

5．結束語

在多點溫度測量系統的設計中，充分發揮了單片機的計算與線性化的作用，應用555時基電路的電阻-頻率特性，以十分簡單的電路得到高精度的溫度測量效果。

本文作者的創新點：本測量系統的設計巧妙地將熱敏電阻的溫度-電阻變化應用于555時基電路，使單片機的A/D轉換采用頻率采樣法，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線，測量距離達200米左右，這是其他傳感器難以實現的；由于只用一個555時基電路，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。