【打印虎】RepRap 3D打印机热敏电阻设置图解

【打印虎】RepRap 3D打印机热敏电阻设置图解

玩3D打印机的朋友，可能会希望装配自己的3D打印机，或者改进已有的3D打印机设计（有这方面需求的朋友，可以参考【打印虎】零基础自制RepRap Prusa i3图解全攻略）。在这个过程中，经常会遇到关于热敏电阻方面的问题。热敏电阻看似简单，但其实很有门道，在设置固件的时候，它常常是最复杂的一项设定。固件设置的过程中，我们得提供一组热敏电阻的配置参数，或是更复杂，提供一个温度-阻值的对应表，才能完整整个设置。但是这些参数的意义是什么，从哪里能得到这些参数，却又没有人告诉我们。这可真是难为了3D打印机爱好者。打印虎经过仔细研究，终于摸清了跟热敏电阻有关的方方面面，今天就给大家仔细讲解一下。

在我们正式开始之前，先打个小广告。打印虎日前已经开始销售RepRap Prusa i3 3D打印机套件，如果你自己或周围的朋友对搭建3D打印机感兴趣，不妨选择打印虎。我们提供的元件，经过严格筛选，品质优良。3D打印机的关键部件都做了专门的优化，包括采用了优质步进电机、全铝挤出头、铝基板热床以及改进的梯形丝杆Z轴，让你的3D打印机达到更高的精度，并且经久耐用。不光硬件质量有保障，打印虎还特别提供免费的固件升级服务，从购买之日开始，打印虎承诺每季度一次，至少四次固件升级，给你的3D打印机提供无限助力。另外，打印虎还提供最好的3D打印机技术支持服务，与顾客做朋友，让你没有后顾之忧。如果想了解更多，请访问我们的产品页面

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第一节，热敏电阻基础

3D打印机上常用的热敏电阻，是NTC（Negative Temperature Coefficient，也就是负温度系数）热敏电阻。所谓负温度系数，就是当温度上升时，热敏电阻的阻值减小。在3D 打印机上，最常见的是玻璃封装的热敏电阻。不论是轴向导线的玻封NTC热敏电阻：

还是单端的玻封NTC热敏电阻：

这些都在3D打印机上很常见。

对于一个普通电阻，它的阻值是最关键的一个参数。而对于一个热敏电阻来说，最关键的参数是温度-阻值对应曲线。有些公司生产的热敏电阻，会在对应的数据手册（Datasheet）上，详细列出一个表格，上面的信息就是这个温度-阻值对应曲线。当然，表格肯定只能列出有限的采样点，但如果采样密度足够大，就可以足够精确地表示这条曲线了。

总是使用一个表格的方式表示热敏电阻的特征，还是过于麻烦了。为了简化参数，前人研究出了多种热敏电阻的数学模型。其中最简单，对于3D打印机也足够用的一种模型，是把热敏电阻的关键参数简化为三个：第一个参数是T0表示一个参考温度，通常是25℃；第二个参数是R0表示参考温度下的阻值；第三个参数是beta（也可以写做希腊字母β），它是一个描述热敏电阻阻值变化特征的参数，使用beta值可以计算出热敏电阻一个特定的阻值所对应的温度。这种热敏电阻参数模型，经过长期使用，得到了广泛的认可。有些热敏电阻的厂商，甚至不再给出热敏电阻的温度-阻值对应曲线，而是直接给出这三个参数，就算是完整地提供了热敏电阻的资料。

热敏电阻的特点，是稳定性、一致性都很好。不同的热敏电阻个体，只要他们的参数相同，就会表现出完全一致的电子特性。甚至不同厂商生产的热敏电阻，也会有几乎完全一样的特征曲线。这个特点非常重要，在下面，我们就会看到，很多与热敏电阻相关的数据和设置安排，都表现和利用到了这个特征。

如果我们拿到一个热敏电阻，却不知道它的内部参数，希望通过测量的方式得到，也是可能的。这种情况下，我们需要使用这个公式：

其中，R0和T0我们已经都讲过了。T和R代表一个比较高的测量温度（比如85.5℃）下测量的阻值（比如5000欧姆）。同时假如T0是22℃，R0是115700欧姆，则可以计算beta值等于5237。

这样的方法从理论上完全可行，但实际操作需要一些设备，非常的麻烦。打印虎建议大家，在有可能的情况下，还是尽量从卖家获取热敏电阻的参数信息，就不要自己测量了。

在RepRap Prusa i3 3D打印机上，两个地方用到了热敏电阻。一个用于测量挤出头的温度，另一个用于测量热床的温度。用于测量挤出头温度的热敏电阻可见下图。红圈内的黑色导线头部，3mm金属套内的，就是使用无头螺丝固定的热敏电阻了。

用于测量热床温度的热敏电阻可见下图。这里的热敏电阻，直接使用了玻封形式，用kapton胶带粘贴在热床的底部。尽量与热床紧密贴合。

第二节，热敏电阻在电路板上的连接

在上一节中，我们了解了热敏电阻的基础知识，以及它在RepRap Prusa i3 3D打印机中的使用方法。那么从电路的角度，热敏电阻是如何连接的呢？在Melzi上，电路板最右上角的两个连接口BTEMP和ETEMP，就是为热敏电阻专门准备的：

同时，图中两个小红圈内的，就是R2。关于R2，我们下面会详细解释。

只知道在电路板上如何连接，还不够我们解决问题。实际上，热敏电阻部分的电路图也非常简单，是这样的：

其中R就是热敏电阻，而R1总是不连接。Vref通常是是+12V电压，被R和R2分压得到的Vmeasured的值经过ADC转换，就可以被单片机读取。那么如何计算热敏电阻的分压，R2是一个关键。不幸的是。在不同的电路板设计中，R2有着不同的取值。我见过两种不同的Melzi电路板，他们分别使用了4.7K和10K的阻值。后面我们就会看到，不同的阻值，对应了不同的热敏电阻计算发放和温度-ADC值对应表，不能搞错。

第三节，热敏电阻的设置（Repetier-firmware）

上面讲了很多理论上的东西，那么如果我用Prusa i3 3D打印机，应该如何设置固件呢？这里我们以Repetier-firmware和Marlin两种最常见的固件为例进行说明。

如果你使用的是Repetier-firmware，请首先参考【打印虎原创】Repetier-firmware深度配置图解教程。假如大家对它的在线配置工具已经初步了解，那么可以在“温度设置”一栏，找到这项设置：

这个下拉框看似简单，但如果尝试使用，就会发现其中的玄机。我们先看一下其中的选项都有哪些，如下图所示：

首先，这个下拉列表中，先列出了一系列给定型号的热敏电阻。根据我的调查，虽然这些型号在国内不好找，但应该是美国市场上常见的元件型号。这里面，有些型号非常的具体清晰，比如第一项Epcos的100K热敏电阻，就列出了非常具体的型号。但另一些，比如第二项热敏电阻，就只列出了一个非常模糊的名字。光看到名字，完全无法搞清楚它对应的beta值。即使我使用一个R0=200K的热敏电阻，也无法确定使用这项设置就是正确的。

既然这些预定义选项的热敏电阻在国内不太常见，现在我们又不了解他们的情况，不如先跳过，继续看后面的选项。这些预定义的热敏电阻，我们留到下一节再具体讨论。从

AD8494这一行开始，就不是热敏电阻了，而是一些具有温度感应功能的芯片。我在国内还没有见过配置这种测温芯片的3D打印机，同时我们这篇文章主要讨论热敏电阻，所以这种类型也就略过不谈了。

再接下来，是用户自定义表格（User defined table）。当我们选择到这一个选项的时候，在页面底部会出现下图所示的一段：

在这里，我们可以通过一个表格的形式，定义正在使用的热敏电阻。这里需要指定的数值，包括了R1（通常是0，代表未连接，不是短路哦），R2（根据所使用的电路板具体情况而定），以及一组温度-阻值的对应关系表。第一节已经谈到，这组温度-阻值的对应关系表，有可能由元器件厂商在元器件数据手册中提供。每当加入一行数据之后，ADC一列会展现出自动计算出的ADC数值。虽然我们在这里填写的是温度-阻值对应表，但实际生成的配置文件中，已经转化为温度-ADC值关系表了。而根据图中的分压电路，温度-ADC值关系表中的值，是与R2直接相关的，因此这里的R2的值必须填写正确，否则不能计算出正确的温度。

当然，有些热敏电阻的厂商，并没有在数据手册中直接给出温度-阻值对应关系表，而是按照简化模型，直接给出了一组三个参数，T0, R0和beta。如果是这种情况，我们可以直接使用下面的选项，通用热敏电阻表格（Generic thermistor table）就可以了。选择这个选项之后，页面底部也会相应的变化：

可以看到，在这种情况下，固件设置就不需要用户提供完整的温度-阻值对应关系表，而是改为提供一组简化参数。如果你的热敏电阻厂商直接提供了T0, R0和beta参数，那么直接填入也就可以了。这三个关键参数之后的的温度范围（Min/Max Temperature）不会对计算产生实际影响，只是确定了计算温度的最小和最大值；而最后的R1/R2前面已经介绍过了，虽然不是热敏电阻的内部参数，同样也必须填写正确才能最终得到正确的温度值。

第四节，热敏电阻的设置（Marlin）

用过Marlin固件的朋友们都知道，Marlin是没有类似于Repetier-firmware的在线配置工具的。配置Marlin固件，还必须使用更为原始的直接编辑配置文件的方法，相对要困难一些。如果没有这方面的经验，首先请参考【打印虎原创】RepRap_Prusa_i3_3D打印机固件Marlin firmware配置教程。在对Marlin配置有了初步了解之后，可以在Marlin的配置文件中发现这样一段，是直接与热敏电阻相关的：

可以看出，这段其实与Repetier-firmware配置工具中的下拉框内容类似，也是分为

(1) 负值是温度感应芯片；

(2) 0是未使用

(3) 100以下是常用的热敏电阻，也就是我们这篇文章讨论的内容；

(4) 100以上是Pt100/Pt1000温度传感器，我没实际用过，不太清楚具体情况，需要的朋友请自己查资料吧；

最遗憾的一件事情，是Marlin似乎并不支持用户直接使用T0, R0以及beta值来定义一个热敏电阻。这让事情变得麻烦了很多。下面，我们只有两个选择了，要么在预定义的热敏电阻中选择一个并使用，要么自己列一个热敏电阻的温度-ADC值表格并使用。

先说使用预定义的热敏电阻。预定义的热敏电阻，每个都在Marlin中对应了一个温度-ADC表格。这样的每个表格，实际上都对应了不同的T0, R0, beta这三个热敏电阻参数以及R2这个电路参数。要想找到对应的表格，必须把这四项内容都对应上。如果没有完全对应，测量出的温度，就肯定不是正确的。

仔细看一下configuration.h中提供的注释，再加上定义热敏电阻温度-ADC值对应表格的文件thermistortables.h中提供的注释，就会发现上面提到的这四项参数在注释中给出的很不全面。有些有beta值，有些没有给。有些指明了一种特定型号的热敏电阻，而另一些则含糊其辞。因此，想全面利用这个表格，我感觉是很困难的。想找到表格中的各种热敏电阻，在国内似乎也是困难重重。

好在这个表格的其中一个选项，也就是选项60，对应了最最常见的一种热敏电阻。经过我们的分析和测试，这种热敏电阻T0=25, R0=100k, beta≈3950, R2=4.7k。如果你的配置正好是这个情况，那么恭喜你，你可以直接在

#define TEMP_SENSOR_0

和

#define TEMP_SENSOR_BED

后面，填写60这个数字。否则，打印虎的建议是，不要使用预定义的表格了。这个表格引起的麻烦会比你的实际收获多。

好了，到此为止，如果你要用Marlin作为固件，并且使用了并非最常见的可以对应于选项1的热敏电阻作，那大概只剩下最后一条路可以走了，那就是自定义温度-ADC表格。做这件事需要几个步骤：

第一步，创建温度-ADC表格；

第二步，给这个表格赋予一个编号；

第三步，使用这个编号。

参考thermistortables.h文件中的各个表格，要创建一个温度-ADC表格并不算特别困难。为了满足C语言的规范，我们自己创建的表格，也必须满足一定的要求。首先，表格的位置，要放在这里：

然后，表格要以

这样一行作为开头；要以

这样一行作为结尾。

中间的部分，就是这个表格的数据了。同样参考已有的表格，左侧的数字，是由低到高的ADC值；右侧的数字，是由高到低的温度值。

如果你的数据来源，是数据手册中提供的温度-阻值表，那么需要考虑到R2的分压效果，并把分压比例乘以1024（这是10-bit ADC的精度），得到某一温度下阻值对应的ADC 值。

如果你的数据来源只有数据手册中列出的T0, R0以及beta值，那么反而好办些，可以利用下一节中介绍的工具，从这三个参数计算得到整个表格。

表格已经搞定了之后，我们要给这个表格赋予一个编号。我感觉99是一个合适的数字，因此把表格的第一行改为

这一步就完成了。

最后，要使用这个编号。使用这个编号的方法也很简单，回到configuration.h文件，把热敏电阻的一段，修改为这样：

当然，这里我们假设了你在挤出头和热床上使用了同样型号的热敏电阻，因此这两个地方都使用了我们自定义的热敏电阻编号99。如果你使用了两种不同的热敏电阻，那么你可能还需要启用数字98，再做一次自定义热敏电阻表格的工作。

第五节，热敏电阻表格计算脚本的使用

在上两节我们已经看到，相比于Repetier-firmware固件，Marlin固件没有直接提供通过T0, R0以及beta值设置一个热敏电阻的方法。如果所使用的热敏电阻在预定义表格中不存在，用户就必须通过一个自定义表格，设置一个热敏电阻。这对于只知道热敏电阻三参数的朋友来说，显然是一个麻烦事。好在https://www.360docs.net/doc/281201823.html,提供了一个小工具，可以在一定程

度上帮助我们。这个工具叫做createTemperatureLookup.py（打印虎本地下载，百度云下载）。

一个坏消息是这个工具是Python语言编写的，如果你用的是Windows，则还需要另外安装Python语言的运行环境。而且，这个脚本只兼容Python 2，对于最新版本的Python 3，则还需要一些修改才行。为了简化，我们这里还是用Python 2.7.8吧（打印虎本地下载，百度云下载）。

准备好了环境，我们就可以运行了。在Windows中运行cmd.exe，进入命令行模式。在命令行下，先切换到createTemperatureLookup.py所在的目录（我的是D:\work目录），然后键入命令：

C:\Python27\python.exe createTemperatureLookup.py –t0=25 –r0=100000 –beta=3950 –r1=0 –r2=4700

这一行命令的参数，含义都很明确，包含了热敏电阻内部参数T0, R0和beta，以及电路上的参数R1和R2，完全与上面我们的讨论相同，就不重复解释了。结果如图：

好了，表格已经得到，同样地，左侧的数字，是由低到高的ADC值；右侧的数字，是由高到低的温度值。与我们所需的状态完全匹配。如果用在Marlin中，唯一的不同是在文件thermistortables.h中，左侧的值需要再*OVERSAMPLENR。这里可以理解为一个格式问题，只要大家把格式搞对，最终就可以得到正确的结果了。

第六节，Marlin预置选项设置的对比

上面几节，我们已经介绍并反复使用了在温度-阻值（以及温度-ADC值）数据表。在已知这个数据表，或者已知T0, R0, beta三项关键参数的情况下，我们已经可以正确配置Repetier-firmware和Marlin固件。最后的这一节，我想讨论一下Marlin中预定义的数据表。这纯粹是为了满足和虎哥我一样有好奇心的朋友。如果没有兴趣，就可以不再继续阅读本文了。

如果还有兴趣，那我们继续。话说Marlin固件中，列出了一大堆预定义的热敏电阻的温度-ADC值对应表。根据注释，这些表格，有些我们知道热敏电阻的具体型号，有些知道了

关键的三个参数T0, R0和beta，有些则更模糊，只知道其中部分信息。那么我们如何理解这些预定义的热敏电阻表格呢？

首先，上文已经谈到神奇的选项60。它对应了最常见的一种热敏电阻。经过我们的分析和测试，这种热敏电阻T0=25, R0=100k, beta≈3950, R2=4.7k。我们看一下60对应的注释：

这里只提到了R0=100k以及beta=3950，在thermistortables.h中，还有更多的注释：

所以这个表格，其实就是通过createTemperatureLookup.py生成的！和我们在上一节所举的例子完全一样。看到这里，你就知道我们为什么选择了60这个选项了吧。

事实上，再深入研究，就会发现不仅选项60是最常见的热敏电阻，选项7、选项11都是。简单观察数字，其实还很难得到这个结论，如果你把这个表格绘制出来，情况就不同了：

看到这张图，是不是觉得很有趣？红色的点，是选项7；绿色的点，是选项11；蓝色的点，是选项60。可以看出，这三条由采样点构成的曲线，非常完美的匹配在了一起，简直就是一条线。再看选项7的注释：

和选项11的注释：

可以看出几个特点：

(1) 这三条曲线，数据来源确实不同，60来自脚本计算的数据；7和11，应该是来自于各自公司提供的数据手册；

(2) 它们的R2都是4.7k电阻；

(3) 它们的beta都在约等于3950，其中11和60都等于3950，而6根据数据手册

beta=3974；

有些朋友，在设置热敏电阻的时候，图省事把选项设置为1。那么1和60的差别有多大呢？大家可以从下图得到一些启发：

图中红色点是选项1，绿色点是选项60。可以看出，在低温区，这着两条曲线差别不大。但当加热到了200℃的时候，如果使用选项1，但实际使用的热敏电阻是选项60的话，会因为热敏电阻设置不当，报告为180℃左右，产生了不小的误差。

最后，我们再比较一下当采用完全相同的热敏电阻，但电路板上的R2不同的时候，会产生什么样的效果。下图两条曲线，都是同样的热敏电阻，T0=25℃, R0=100000,

beta=3950，配合不同的R2时，会有这样的结果：

图中红色点R2=10K，而绿色点R2=4.7K。从图中可见，整条曲线都发生了比较大的偏移。这样，使用了不正确的配置，即使在低温区，也会发现明显的温度问题。

第七节，结束语

希望你把整篇文章看完之后，会感觉到对3D打印机热敏电阻设置的理解加深了很多。如果下次再遇到热敏电阻的设置问题，你很有信心能够容易地解决掉，那就说明你已经很好的掌握了这篇教程希望教给大家的东西。

如果读完了之后一头雾水，那很可能是我们的教程讲的还不够清楚，也希望你能跟打印虎联系，告诉我们你的问题。我们希望能持续改进教程，写的越来越清晰易懂。

回顾一下，我们这篇教程中所需的文件都包括：

文件名描述

createTemperatureLookup.py 热敏电阻表格计算脚本

python-2.7.8.msi Python 2.7.8 脚本运行环境

所有的这些软件包，都可以在这里下载到（打印虎本地下载，百度云下载）。

最后，祝大家玩机愉快，想查看本教程的最新版本，或是想看更多的打印虎教程，请访问打印虎原创教程专区。