基于热敏电阻的数字体温计.pdf
2013.15微处理器与可编程控制器基于热敏电阻的数字体温计涂艳华,张小满湖北师范学院电工电子实验教学中心,湖北黄石,435002)摘要:利用MSP430系列单片机集成的段式液晶驱动模块和16位模数转换器,结合高温度系数的NTC热敏电阻,设计了一种高精度低功耗便携式数字体温计。详细介绍了该系统原理框架,NIC热敏电阻特性,AD温度采样原理,16位A模数转换器和软件的实现。在实际应用中以高精度、低功耗、测量时间短、方便携带等优点替代传统的水银体温计。关键词:高精度;低功耗;便携式;热敏电阻;数字体温计中图分类号:TH811.1文献标识码:Based on the thermistor of digital thermometeru Yanhua, Zhang XiaomanFlectriccian and Electronies Experiment Center, Hubei Normal University, Hubei Huangshi, 35002Abstract: Using the MSP430 series SCM integration sections of LCD driver module and 16 2-A ADconverter, comb ining high mperature coefficient of NTC thermistor, wc des ign a high-prec is ion low-powelportab Ic digital thormomelcr Framework ar introduccd in detail the syst cm principle, the NTC thermistorsfeature, AD sampling principle of temperature, 16 A adc and the realization of the software. In thepractical application with high precision, low power consumption, short mcasurement time, the advantages ofconvenient, al ternal ives Lo tradit ional mercury thermometerKeywords: lligh prec ision; Low power consult ion; Porlabe; Thermisior; Digital thermometer0引目前,测体温广泛采用的是水银体温计。水银体温计具有测R1AD量精度高,测量温度保持的优点。然而,水银体温计有携带不方便单片机容易损坏、水银漏出处理不当造成环境污染,在使用时需要效设温CIN OUTH?数据处理温度显示度、测量时间长、冬天使用冰冷、读数困难等缺点。为了克服水银体RN)16温计的缺点,本文介绍了一种基于NTC热敏电阻的数字体温计。该数字体温计充分利用了NTC热敏电阻的高温度系数和MSP430系列单片机片上资源丰富及低功耗的特点,使得数字体温计具有和图1系统框图水银体温计同样的测量精度、温度保持的优点,同时测量时间短、成本低、使用和携帯方便并且具有测环境温度的特点2NTC热敏电阻NIC热敏电阻器大多是由Mn(锰)、Ni(镍)、Co(储)、1系统原理框图Fe(铁)、C(铜)等金属的氧化物经过烧结而成的半导体材料系统框图如图1所示,单片机输出一个基准电压源,NTC热制成。由于热敏电阻器所使用的材料是半导体,因此不能在太高敏电阻接入桥式电路,然后单片机进行D采样,计算出NTC热敏的温度下使川。NTC热敏电阻其电阻随温度的变化关系如图2所电阻的阻值,最后通过NIC热敏电阻的阻值随温度的温度特性出示,当电阻取对数坐标时,温度随电阻的变化关系如图3所示,阻线计算出被测温度。在D采样利数据处理及温度显示采用的是值&,(?)温度T(K)特性近似式(1)表示。NSP430系列中MSIP4304250单片机,该单片机自带有一个16位8R, =R,个通道的A模数转换器利具有56段段式液晶的驱动能力,可直接驱动段式液晶片,在提高系统的可靠性的同时降低了系统的式中R,、R2分別为温度T、时的电阻值,B为材料常数。陶瓷成本。晶粒木身由于温度变化而使电阻率发生变化,这是由半导体特性决定的。本系统采用的是B值为4100,在温度为常温(-25甲测i63微处理器与可编程控制器2013,75时R。10000的NTC热敏电阻。所示,包括主程序流程,AIXC采样程序和数据处理程序。270void SD16 inito240实际符性灾下待性数据公式210a10P6DR&=(B1O1Bl1BIT2B13);/定义输入模式aS迴P6SFI.BTTO+BTI-BT12-BT3;/定义第二功能(ADC功能端0900SDI6CTL SDI6XDV24SD16LP+SDI6DV0+SDI6SSEL 2+SD16VM?888?88导8IDON I SD16RFON;/SD16A选择16分频,低功耗模式,时钟选择为度()温度()ACIK,打开缓冲器和内部基准电压图2NTC热敏电阻一阻值曲线图3NTC热敏电阻取对数SD16Al=SD16 AEOI SD16AE1;:/模拟通道0和模拟通道1使能SDI6TNCTI 0 SDI6TNTDI Y 0+SDI6GATN I+SD I6TNCTT 0: / V阻值曲线通道0输入信号无增益,3MSP430单片机AD采样原理SD16CcT.0SD16BUF_1+SD160SR_1024+SD16D;/打开转换通桥式电路如图4所示,四臂串联接固定电阻,降低由于电阻淀道缓冲,过采样率选择102漂对系统测量精度的影响。桥式电路基准电压由单片机提供,输出的基准电压为2.5V。AO+接单片机的P6.0引脚,AO-接单片机的ADC采样程序:I6.1脚SD16C0TLO=SDI6SC;/开始ADC转换初始化while(SD16C0TRSD6TFG)0);/等待转换结東RISDl6CYLO&=!SDl6IHG;/清除转换标志位10KR3环温度模式本品模式nun SD16 MEMO;/存取转换结果数据处理程序long double Cal culate Temperture(ong double numR4R2long double Temperture温度是示num=(long double)R1)/(long double)R3)1(long图4桥式采样电路图5AD采样流程图doubleR4)-(nul-adjus1)/655 6SI6A程序初始化程序nm=(1 ong double)R2)/(mum)RR2;
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2013.15
微处理器与可编程控制器
基于热敏电阻的数字体温计
涂艳华,张小满
湖北师范学院电工电子实验教学中心,湖北黄石,435002)
摘要:利用MSP430系列单片机集成的段式液晶驱动模块和16位Σー△模数转换器,结合高温度系数的NTC热敏电阻,设计
了一种高精度低功耗便携式数字体温计。详细介绍了该系统原理框架,NIC热敏电阻特性,AD温度采样原理,16位A
模数转换器和软件的实现。在实际应用中以高精度、低功耗、测量时间短、方便携带等优点替代传统的水银体温计。
关键词:高精度;低功耗;便携式;热敏电阻;数字体温计
中图分类号:TH811.1文献标识码:B
ased on the thermistor of digital thermometer
u Yanhua, Zhang Xiaoman
Flectriccian and Electronies Experiment Center, Hubei Normal University, Hubei Huangshi, 35002
Abstract: Using the MSP430 series SCM integration sections of LCD driver module and 16 2-A AD
converter, comb ining high mperature coefficient of NTC thermistor, wc des ign a high-prec is ion low-powel
portab Ic digital thormomelcr' Framework ar introduccd in detail the syst cm principle, the NTC thermistors
feature, AD sampling principle of temperature, 16> A adc and the realization of the software. In the
practical application with high precision, low power consumption, short mcasurement time, the advantages of
convenient, al ternal ives Lo tradit ional mercury thermometer
Keywords: lligh prec ision; Low power consult ion; Porlabe; Thermisior; Digital thermometer
0引
目前,测体温广泛采用的是水银体温计。水银体温计具有测R1
AD
量精度高,测量温度保持的优点。然而,水银体温计有携带不方便
单片机
容易损坏、水银漏出处理不当造成环境污染,在使用时需要效设温C
IN OUTH?数据处理温度显示
度、测量时间长、冬天使用冰冷、读数困难等缺点。为了克服水银体R
N)16
温计的缺点,本文介绍了一种基于NTC热敏电阻的数字体温计。该
数字体温计充分利用了NTC热敏电阻的高温度系数和MSP430系
列单片机片上资源丰富及低功耗的特点,使得数字体温计具有和
图1系统框图
水银体温计同样的测量精度、温度保持的优点,同时测量时间短、
成本低、使用和携帯方便并且具有测环境温度的特点
2NTC热敏电阻
NIC热敏电阻器大多是由Mn(锰)、Ni(镍)、Co(储)、
1系统原理框图
Fe(铁)、C(铜)等金属的氧化物经过烧结而成的半导体材料
系统框图如图1所示,单片机输出一个基准电压源,NTC热制成。由于热敏电阻器所使用的材料是半导体,因此不能在太高
敏电阻接入桥式电路,然后单片机进行D采样,计算出NTC热敏的温度下使川。NTC热敏电阻其电阻随温度的变化关系如图2所
电阻的阻值,最后通过NIC热敏电阻的阻值随温度的温度特性出示,当电阻取对数坐标时,温度随电阻的变化关系如图3所示,阻
线计算出被测温度。在D采样利数据处理及温度显示采用的是值&,(?)温度T(K)特性近似式(1)表示。
NSP430系列中MSIP4304250单片机,该单片机自带有一个16位8
R, =R,
个通道的ΣーA模数转换器利具有56段段式液晶的驱动能力,可
直接驱动段式液晶片,在提高系统的可靠性的同时降低了系统的式中R,、R2分別为温度T、时的电阻值,B为材料常数。陶瓷
成本。
晶粒木身由于温度变化而使电阻率发生变化,这是由半导体特性
决定的。本系统采用的是B值为4100,在温度为常温(て-25℃
甲测i
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微处理器与可编程控制器
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时R。10000的NTC热敏电阻。
所示,包括主程序流程,AIXC采样程序和数据处理程序。
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void SD16 inito
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实际符性
灾下待性
数据公式
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a10
P6D⊥R&=(B1O1Bl1BIT2B13);//定义输入模式
aS迴
P6SFI.BTTO+BTI-BT12-BT3;/定义第二功能(ADC功能端
0900
SDI6CTL SDI6XDV24SD16LP+SDI6DV0+SDI6SSEL 2+SD16VM
??8
88?°?88导8
IDON I SD16RFON;//SD16A选择16分频,低功耗模式,时钟选择为
度(℃)
温度(℃)
ACIK,打开缓冲器和内部基准电压
图2NTC热敏电阻一阻值曲线图3NTC热敏电阻取对数
SD16Alに=SD16 AEOI SD16AE1;:/模拟通道0和模拟通道1使能
SDI6TNCTI 0 SDI6TNTDI Y 0+SDI6GATN I+SD I6TNCTT 0: / V
阻值曲线
通道0输入信号无增益,
3MSP430单片机AD采样原理
SD16CcT.0SD16BUF_1+SD160SR_1024+SD16D;//打开转换通
桥式电路如图4所示,四臂串联接固定电阻,降低由于电阻淀道缓冲,过采样率
选择102
漂对系统测量精度的影响。桥式电路基准电压由单片机提供,输出
的基准电压为2.5V。AO+接单片机的P6.0引脚,AO-接单片机的
ADC采样程序:
I6.1脚
SD16C0TLO=SDI6SC;/开始ADC转换
初始化
while(SD16C0TRSD6TFG)0);//等待转换结東
RI
SDl6CYLO&=!SDl6IHG;//清除转换标志位
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环温度模式
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数据处理程序
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num=((long double)R1)/(((long double)R3)1((long
图4桥式采样电路
图5AD采样流程图
doubleR4))-(nul-adjus1)/655 6
SI6A程序初始化程序
nm=(1 ong double)R2)/(mum)R⊥R2;
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