测量热敏电阻温度特性曲线硬件电路的设计

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇测量热敏电阻温度特性曲线硬件电路的设计范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘 要：开发了测量热敏电阻温度特性曲线的硬件电路。使用DS18B20作为温度传感器,编写单片机与PC机间的通信程序,该温度值经串口发送到计算机中。电压信号利用声卡采集到计算机中,由LabVIEW软件编写的虚拟锁相放大器测量,实现了测量负温度系数的热敏电阻阻值随温度的变化曲线。利用电桥来提取阻值变化引起的电压变化信号,并且将测量值采集到计算机中,可以实现基于计算机的数据采集和分析。

关键词：热敏电阻；温度传感器；负温度系数；串口；锁相放大器

中图分类号：TN710 文献标识码：B 文章编号：1004373X(2008)1600803

Hardware Circuit Design for Testing the Property Curve of Thermistor

XIANG Ying

(Guangdong Polytechnic Normal University,Guangzhou,510665,China)

Abstract：In this paper,a hardware circuit is designed to test the property curve of thermistor.Taking DS18B20 as temperature sensors,its communication program is written between single chip computer and PC and the temperature value is sent to PC by the serial port.By sound card,the voltage value is picked PC and tested via virtual lockinamplifier by LabVIEW.By the way,it may realize the change curve of negative temperature coefficient for the thermal resistor.its innovation lies in that it collects voltage variation values caused by resistance value changes by bridge and reads them into PC,thus realizing the computerbased data colletion and analysis.

Keywords：thermal resistor;temperature sensor;negative temperature coefficient;serial port;lockinamplifier

热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件。热敏电阻由半导体陶瓷材料组成,利用的原理是温度引起电阻变化。热敏电阻包括正温度系数（PTC）和负温度系数（NTC）热敏电阻,以及临界温度热敏电阻（CTR）。NTC（Negative Temperature Coeff1Cient）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,它在电子线路、自动控制以及传感技术中都有广泛的应用。

本系统是要检测热敏电阻的特性曲线,所以除了要有阻值的变化外,也要有温度的同步变化数值。集成温度传感器DS18B20可检测到-55~100 ℃温度范围内的温度变化,精度可达到0.01 ℃。利用DS18B20对热敏电阻温度的监控,通过单片机对继电器的控制,完成对热敏电阻的温度控制。测量值采集到了计算机中,可以实现基于计算机的数据采集和分析。

1 温度特性测量原理

当温度变化不是很大时,热敏电阻的阻值随温度的变化不明显,一般的测量方法（如伏安法）测量不精确。本测量方法采用电桥提取阻值变化引起的电压变化信号,这一电压信号一般在几μV,环境噪声对它的测量结果影响较大,而采用锁相放大器来测量则可以提高测量的精度。测量电路如图1所示。

信号发生器作为交流信号源,产生1 000 Hz标准的正弦波信号和同步触发的参考信号,一路作为参考信号直接送锁相放大器;另一路接入电桥测量电路的AB两端。R1和R3均为1 kΩ左右的电阻,R2为10 Ω左右的电阻,RT为待测的热敏电阻,阻值为几~十几欧姆。

由于电桥A，B两端的信号电压VAB值为固定,当热敏电阻RT所测的温度改变时,将引起电桥C，D两点的电压的变化,而C，D两点的电压VCD就是锁相放大器被测信号的输入电压。根据锁相放大器的工作原理,在参考信号不变的情况下,锁相放大器的输出电压VO与VCD有线性关系。根据测量回路的电压与电流的关系,可以求出电压VCD与电阻RT的关系如下：VCD=VAB［RT/（RT+ R3）・R2・（R1+ R2）］由于R3远大于RT,所以上式可以近似写为：VCD=aRT+b因此，VO正比于aRT+b（a,b为常数）。

这样,通过测得锁相放大器的输出电压VO随温度变化的特性,就可以求出热敏电阻的阻值RT随温度变化的特性。

3 温度特性测量硬件电路

3.1 系统结构的整体设计

硬件电路的系统结构整体设计如图2所示。

实验硬件系统由真实信号发生器提供信号源。信号发生器上方输出端为同步TTL方波,串接分压电阻衰减后,输出为1 V方波。其输出直接连接至音频输入电缆的右声道,通过声卡模/数转换后输入到计算机中。

信号发生器的输出设置为正弦波,频率为500 Hz,幅度调节为1 V。信号发生器输出的正弦信号作为桥式电路的输入信号,C，D两端之间的电压差输出连接至一差分放大器,放大器输出的C，D间的电压差由音频输入电缆的左声道采集,通过声卡模数转换后输入到计算机中。

热敏电阻RT紧靠着一个水泥电阻,由一个继电器控制水泥电阻电路的通、断状态,计算机通过串口向单片机发送指令,控制继电器的状态,共同构成了加热控制电路。数字式温度传感器DS18B20紧靠在水泥电阻旁,在水泥电阻给热敏电阻加热的同时测得热敏电阻的温度,该温度值读入到单片机中,经串口发送到计算机中。

3.2 电压采集电路

电压采集电路由桥式电路和放大器AD620组成,电路如图3所示。

在电压采集电路中,因为C,D两点电压差在毫伏级变化,所以采集到的信号必须经过放大才能输入到PC机。在本系统中放大器选用AD620,放大倍数G=130,RG=130 Ω。AD620是一个高放大倍数的放大器,通过对可调电阻R4的调节可以控制放大器的放大倍数从1~1 000倍之间变化。 AD620运放增益计算公式：

G=(49.4 kΩ/RG)+1；RG=49.4 kΩ/(G-1)

采集到的输出电压经声卡的左声道送入到计算机中,由LabVIEW软件编写的虚拟锁相放大器测量。

3.3 温度测量电路

温度测量电路由温度控制电路和温度读取电路组成,如图4所示。电路中采用负温度系数（NTC Negative Temperature Coeff1Cient）的热敏电阻。所谓负温度系数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。

要检测热敏电阻的特性曲线,除了要有阻值的变化外,也要有温度的同步变化数值。集成温度传感器DS18B20是美国DALLAS公司最新推出的一种可组网数字式温度传感器,它体积小,电压适用范围宽（3~5 V）,用户还可以通过编程实现9~12位的温度读数,即具有可调的温度分辨率,因此它的实用性和可靠性比同类产品更高。它可检测到-55~100 ℃温度范围内的温度变化,精度可达到0.01 ℃。

DS18B20与单片机的接口极其简单,只需将DS18B20的信号线与单片机的一位双向端口相连即可。在实验电路中温度传送设置为10进制BCD码,一共传送5个字节,第一个字节发送十进制数09,为开启标志。接下来送温度的十位、个位、十分位、百分位,从测得的热敏电阻当前的温度开始,连续采样读取温度值。

继电器K1控制着水泥电阻R3电路的接通与否。当继电器闭合,电路导通,水泥电阻开始加热；反之,停止加热。继电器的状态通过单片机控制,单片机发送ASCII码“30H”,控制继电器闭合；发送“31H” ,则控制继电器断开。串口通信采用常见的通信转换芯片MAX232。从MAX232的9，10脚输入单片机信号,经转换后再从7，8脚输出到PC机。

3.4 电源部分

本系统设计了电源部分,其中+5 V电源给单片机供电,±12 V电源给水泥电阻供电,±5 V给放大器AD620供电。

3.5 C语言编写的单片机程序

单片机和PC机之间的通信协议为：波特率4 800 b/s,校验位无,数据位为8,停止位为1。单片机给PC机传每帧数据为5个字节的BCD码,第一个节字为开始标志,第二、三、四、五个字节为温度数据。

4 结 语

本文研制了热敏电阻温度特性测量实验的硬件电路。实验电路输出的待测电压由音频信号线采集,经声卡模数转换后输入到计算机中,由LabVIEW软件编写的虚拟锁相放大器测量。用C语言编写单片机程序,完成了计算机通过单片机控制继电器的状态,以及由串口将热敏电阻的温度值读入到计算机中,量值由计算机软件编程显示。实现了测量负温度系数的热敏电阻阻值随温度的变化曲线。

参 考 文 献

［1］黄贤武,郑摅筱.传感器原理与应用［M］.北京:高等教育出版社,2004．

［2］戴逸松.微弱信号检测方法与仪器［M］.北京:国防工业出版社,2004．

［3］赖发春,翟燕.用锁相放大器测量热敏电阻的温度特性［J］.福建师范大学学报,2002,18(2):4547.

［4］杨乐平,李海涛,杨磊.LabVIEW程序设计与应用\.2版.北京:电子工业出版社.2004.

［5］潭浩强.C程序设计［M］.北京:清华大学出版社,2004．

［6］阎石.数字电子技术基础［M］.北京:高等教育出版社,2005．

［7］ 华成英.模拟电子技术基本教程［M］.北京:清华大学出版社,2005．

［8］孙余凯,吴鸣山.数字电路基础与技能实训教程［M］.北京:电子工业出版社,2006．

［9］江力.单片机原理与应用技术［M］.北京:清华大学出版社,2006.

［10］谢云祥.欧阳森.电力电子单片机控制技术［M］.北京:机械工业出版社,2007．

［11］朱鸣华.C语言程序设计教程［M］.北京:机械工业出版社,2007.

作者简介 向 英 女，1973年出生,硕士,讲师,陕西临潼人。研究方向为虚拟仪器技术、电工电子教学和计算机应用技术。