基于NTC热敏电阻的温度测量与控制系统设计(论文)
ntc温控系统的控制原理
ntc温控系统的控制原理NTC温控系统是一种常用的温度控制系统，其控制原理基于负温度系数(NTC)热敏电阻的特性。
本文将详细介绍NTC温控系统的控制原理及其应用。
一、NTC热敏电阻的特性NTC热敏电阻是一种温度敏感的电阻器，其电阻值随温度的变化而变化。
一般情况下，NTC热敏电阻的电阻值随温度的升高而逐渐减小，呈现负温度系数特性。
这种特性使得NTC热敏电阻能够被应用在温度测量和控制领域。
二、NTC温控系统的基本原理NTC温控系统的基本原理是通过测量和控制NTC热敏电阻的电阻值来实现对温度的控制。
具体来说，NTC温控系统通过将NTC热敏电阻接入一个电路中，测量电路中电压或电流的变化，从而得到NTC热敏电阻的电阻值。
根据NTC热敏电阻的负温度系数特性，可以通过测量电阻值的变化来推算温度的变化。
三、NTC温控系统的工作原理NTC温控系统的工作原理可以分为两个主要步骤：测量和控制。
1.测量：NTC温控系统通过测量NTC热敏电阻的电阻值来得到当前的温度。
测量电路一般采用电桥或电压分压器等方式，将NTC热敏电阻和其他元件连接在一起。
当温度发生变化时，NTC热敏电阻的电阻值会发生变化，从而导致电路中电压或电流的变化。
测量电路通过对电压或电流的测量，可以得到NTC热敏电阻的电阻值，进而推算出当前的温度。
2.控制：NTC温控系统根据测量得到的温度值与设定的目标温度值进行比较，并根据比较结果控制外部设备的工作状态。
一般情况下，NTC温控系统会通过比较器或微控制器等元件来实现控制功能。
当测量得到的温度值与目标温度值相差较大时，NTC温控系统会发出控制信号，使外部设备进行相应的调节，以达到温度控制的目的。
四、NTC温控系统的应用NTC温控系统广泛应用于各种温度控制场景中，例如家用电器、医疗设备、工业生产等。
以下是一些常见的应用案例：1.恒温控制：NTC温控系统可以被用于恒温控制，例如冰箱、空调等家用电器中的温度控制。
系统会根据用户设定的目标温度值，通过测量和控制NTC热敏电阻的电阻值，控制冷却或加热设备的运行状态，从而实现恒温控制。
基于NTC热敏电阻简易快速智能体温计的设计
第39卷第3期曲靖师范学院学报Vol.39No.3 2020年5月JOURNAL OF QUJING NORMAL UNIVERSITY May.2020基于NTC热敏电阻简易快速智能体温计的设计杨清志1,张运芝2（1.亳州职业技术学院智能工程系，安徽亳州236800；2.亳州市青云小学分校，安徽亳州236800）摘要：随着《关于汞的水俣公约》的生效，目前最常用的水银体温计因含汞有毒将退出市场，电子体温计又因价格高寿命有限而不便推广使用.针对这种情况设计了一种利用NTC热敏电阻采集温度，MSP430单片机进行功能处理的简易、快速智能体温计，能快速测温并实现异常温度智能报警,具有较高的实用价值.关键词:NTC；体温；MSP430；报警中图分类号:TP212.3；R318.6文献标识码:A文章编号：1009-8879（2020）03-0058-050引言体温是人体重要的生理参数,体温检测是判断病人健康状况最简单而有效的方法之一.目前用于体温检测的温度计有水银体温计和电子体温计等.传统的水银体温计因价格低读数可靠而被普遍使用,但水银体温计含汞有毒存在安全隐患.2013年10月我国加入《关于汞的水俣公约》，该公约于2017年8月16日起生效.条约规定：2020年起，淘汰未申请豁免的添汞产品生产、进口和出口⑴.这就意味着水银体温计将逐步退出市场，被电子体温计取而代之•按国家标准GB/T21416-2008（医用电子体温计》第4条规定,医用电子体温计除了精度要求之外,还应有温度异常提示报警以及数据存储记忆等功能⑵.调查发现，目前市场上很多廉价的电子温度计并不符合标准,而正规厂家生产的符合标准的电子体温计价格都较高,且寿命有限,其推广和使用受到了极大的限制.目前电子温度计主要有热电阻温度计、红外温度计、遥测温度装置及智能温度计等•热电阻温度计采用热电阻（钳电阻或热敏电阻等）采集温度,通过电路转化为电压，放大后进行A/D转化•这类温度计功耗小成本最低，但不能实现GB/T21416-2008（医用电子体温计》所要求的报警和数据存储记忆功能，一般用于宠物温度计.红外温度计有红外耳温计、红外额温计和红外成像仪等•红外温度计采用红外传感器收集温度信息（人体体温37弋左右对应波长10|jim的远红外线），再经转化电路转化为电压信息进行处理MT.红外温度计测量迅速，且无需与病人接触清洁卫生•但容易受到环境干扰,精度难保证.且转化电路复杂，成本较高•遥测温度装置采用温度传感器采集温度,通过无线传输模块将温度信息输送至较远终端处理•遥测温度装置除了测温探头微型化外终端可以不受体积限制，功能齐全•但成本高，不能实现便携式•智能温度计采用微型单片机作为处理芯片,把温度传感器采集的温度信息根据需要进行选择性处理一叫目前这种智能温度计随着微型单片机的发展而迅速占领市场.本设计要求满足GB/T21416-2008《医用电子体温计》的标准,精度要求并不特别高，但应降低成本,且要微型化便于携带、使用.通过对各种电子温度计的比较研究，我们查阅了相关资收稿日期：2019-11-08基金项目：安徽堵教育厅质量工程项目“机电一体化专业建设创新团队”（2019cxtd050）；亳州职业技术学院重点教学研究项目“物理学在医药专业应用的研究，，（2017bzjyxm38）；亳州职业技术学院重点科研项目“中药饮片生产过程监控系统设计”（BKY1717）.作者简介:杨清志，亳州职业技术学院智能工程系副教授，主要从事传感器及自动化研究.・58・杨清志，张运芝:基于NTC 热敏电阻简易快速智能体温计的设计料,通过仿真,设计了一种简易、快速的智能体温 计•本设计用NTC 热敏电阻进行温度采集，经转化电路转化为电压后送入MSP430单片机处理, 再由LCD 液晶进行温度显示，蜂鸣器进行温度 异常报警•相比于同类产品价格低廉寿命较长, 且使用方便,能很好地满足测量需要,具有较高的实用价值.1 系统设计本设计由NTC 热敏电阻探头、电桥电路、放大电路、MSP430单片机、LCD 液晶显示器及报警器等组成，其结构框图如图1所示.「测温探头；-转化电路［［控制部分:> 输出部分［:MSP430f4250 :一 ［ LCD 显刁攝上）单片机『葫^懿邛< t ' ! ；］|电源11詁盘11 ；电桥_____期电路图1系统结构图实现步骤:首先由NTC 热敏电阻测温探头探测温度，将温度变化转化为电阻阻值的变化, 然后通过电桥电路将电阻阻值变化转化为电压 输出，再经放大后输入MSP430f4250单片机进行数据处理，通过LCD 液晶显示器显示温度，并对 异常温度（发烧）进行报警提示.MSP430f4250单 片机自带A/D 转换和液晶驱动,所以外围电路非常简洁,便于设计小型化,方便使用.2硬件选择与设计2. 1 NTC 热敏电阻NTC （ Negative Temperature Coe 伍cient ）热敏电阻是负温度系数型半导体电阻,其阻值随着温度的升高而减小，如（1）式所示⑼•R 严R°e 姑咼（1）式中叨一材料系数,一般在2000 ~ 6000 K之间；仏一参考温度，一般取25弋，即298. 15K （也有的取0弋，）；7」工作时实际温度（均以K为单位,T = t +273. 15）；他一冷电阻，即温度T°时的电阻;乩一温度卩时的实际电阻.由于0、仏、 他均为已知量，故乩是卩的单值函数，只要知道热敏电阻阻值代就可以算出对应温度T.由于NTC 热敏电阻热惯性小测温快，因此特别适合制作快速体温计•但是乩与卩是指数函数,并非线 性关系，还需要进一步进行数据处理.本设计我们选用日本石塚（SEMITEC ）的503ET 热敏电阻.该电阻R25弋=5OkQ±3%,0值：4055K ± 1%，额定功率3. 5mW,时间常数3.4s,测温范围:-40-100^，最大直径1.5mm,功耗低体积小响应快，非常适合作为体温探头［⑹•2.2转换电路转换电路由电桥电路和放大电路组成,如图2所示.J R9图2转换电路IN- VCC-图中&、尽、堆、人4和乩组成电桥，将NTC 进行分析可得：热敏电阻Rt 的阻值变化转化为电压输出.但输T/V ref|/ 二------------------x 出电压较小，还要经过OP07放大器放大.对电路0UT+ R1 +&//（& +尼）・59・第3期曲靖师范学院学报第39卷人2 •人7〃（人6 +尼） （2）R] +人2〃（人6 +尼）（丿£空V R 3 R 5x （R 6 +尼）°ut +V 0UT _ = 3 J ； 6 ]7 丿——（3）--+-- +------恳他血+乩V （）UT =（才 + ] ） R + R “OUT + _ 才 V （）UT 一（ 4 ）由（2）、（3）、（4）式可以算出输出电压％ut ,然后送入单片机进行处理.2.3单片机及其外围电路考虑到低功耗、小型化兼顾智能化设计要 求,综合比较各种微控器，本设计我们选用TI 公司（美国德州仪器）的MSP430F4250单片机作为 微控器•该单片机是一款超低功耗单片机，外围尺寸 15. 75mm X 10. 03mm x 2. 79mm,运行电压1.8 ~ 3.6V ,待机模式下工作电流1. gA ,睡眠模式下仅O.ljjiA.自带D/A 转换器和LCD 驱动器等,外围电路简单，运行速度快，唤醒时间小于6阴，非常适合本设计[⑴.单片机及其外围电路图见图3.如图3所示，由转换电路输出的电压送至单 片机,单片机根据设定的电压值进行比较，把对应的温度信息送至LCD 进行显示.为了降低功 耗，本设计采用4位8段数码管,测量完成后如 无其他操作会自动延时关闭.如果检测到发烧， 则发出报警信号触发报警器进行声音报警•为了方便使用和延长使用寿命，设计采用可更换的3.0V 纽扣电池供电.247d歸$8'10Cl f图3单片机及其外围电路険沁 i iiiiirF54/COM3i 養1潇縫—ii 誇iilllliiiiliili 讼;lliiiliiiP5.2/COM1势曲 i lliiiiili COMOlllllllll 绝iMBiF 1fillFFFFFFFFFFFFFF 1liiiiiiiiilil#...................................爰 i Mililiii ：..............AVSSF15/$gF 1fill FFFFFFFFFFFFFF 1iiiiiiiiii 璇 l iii .............痙ii 蠢i絆鲨gr 心严切S5F5.5/S3P63/M-P5..5/S21 敕P5.1./S0llllliiitliOil 1 喩 i illllllllll 「iliOlliiil]]PLO/TAGFL.6/A2-P1J/W/MCLK 內③T ACLKMCXKMg+m 広TA L 泓恥3 程序设计本设计的基本原理是:温度变化-电阻变化-电压输出,所以单片机获取电压信息后可以根 据（1）、（2）、（3）、（4）式计算出温度.但测试发 现，理论计算和仿真所得数值与实际测试值有一定的偏差，这主要是由于电阻阻值不标准以及电路板中存在漏电阻和等效电容等的影响,为提高测量精度，本系统设计不采用函数计算,而是用 修正后的温度与电压对应值进行标定.人体体温测量值与测量部位有关,正常情况 下腋窝平均温度36.代,口腔平均温度37. 0弋， 直肠平均温度37. 3弋.同时不同人群体温也略・60・杨清志，张运芝:基于NTC 热敏电阻简易快速智能体温计的设计有不同，儿童体温比成人约低0.2弋.体温测量 基本上都选择腋窝测量，一般认为超过37. 3弋 就是发烧，其中37. 4 ~ 38弋为低烧,38. 1 ~ 39弋为中度发烧,39.1 ~41弋为高烧,41弋以上为超 高烧.按GB/T 21416 -2008（医用电子体温计》第4. 3条规定，医用电子体温计的测温范围不小于35弋~41弋，测量精度应该满足表1要求.根据表1要求,我们对规定的测温范围作非均匀划分，实验测试所得温度、热敏电阻阻值和 输出电压的对应值（部分）如表2所示.表1医用电子体温计精度要求温度（咒）范围低于35. 335.3 〜36. 937.0 〜39.039. 1 〜41.0高于41.0允许误差±0.3±0.2±0. 1±0.2±0.3表2测量温度与热敏电阻和输出电压对应关系测量温度（咒）353637 37.338 3940 4142NTC 电阻（Q ）32. 6731.3530. 09 29. 7428. 88 27. 7326. 63 25. 5724. 57输出电压（V ）0. 620.91 1.201.31 1.501.792. 07 2. 37 2. 65工作时，首先通过启动按键唤醒单片机，单 片机开始读取由转换电路输入的电压，与机内的 设定值进行比较，输出温度值•如果温度异常则触发报警器报警.由于热敏电阻变化快，为避免 取出温度计时读数变化,本设计设定测量时间150s,从按启动键开始计时,150s 时输出并保留测量信息，此时会通过蜂鸣器发出“嘀——” 一 声提示音,提示测量结束•如果继续测量只需按 一下复位键即可•如果检测到低烧（即温度37.3弋以上），单片机会发出连续脉冲信号（“嘀——嘀——”）报警;如果是中高烧（即温度39弋以上，问题相对严重），单片机会输出一个连续电压信号触发报警，可以按键取消•如无其他操作系统会延时60s 自动关机，并保存最近一次测量数据（保存数据条数可根据需要设定）•系 统程序设计如图4所示.4 测试结果为检验本设计的可靠性，我们在亳州市青云小学分校随机抽取了 50名学生进行实际体温测 试,测量结果与相同条件下测量精度较高的水银体温计测量结果作比较•学生体温测量结果均正常，为了扩大检测范围，我们用温水来模拟“发 热”和“低温”的温度检测与报警测试，测试结果表明，温度误差±0. 1弋，报警器工作正常，误报 率为0.图4体温测量程序5 总结本设计基于NCT 热敏电阻的体温计，测量 迅速准确•采用M430F4250超低功耗单片机作 为微控器,体积小寿命长使用方便,能很好地满 足GB/T 21416 -2008（医用电子体温计》第4条的测量精度和提示报警、数据记忆、自动关机等 功能要求•随着水银体温计因《关于汞的水俣公 约》的生效而退出市场，这种简易快速的智能体• 61•第3期曲靖师范学院学报第39卷温计具有极大的推广价值.同时,本设计采用单片机作为处理核心，可以通过编程进行功能拓展，便于进一步开发研究.参考文献：[1]全国人大.关于汞的水俣公约[EB/OL].http：///wxzl/gongbao/2016-07/11/content _1994472.htm.[2]GB/T21416-2008(医用电子体温计》[S].北京：中国标准出版社,2008.[3]丁岩.红外体温测量管理系统的设计[D].呼和浩特：内蒙古大学,2017.[4]葛泽勋.医用红外测温仪及其关键技术研究[D].长春：长春理工大学,2019.[5]黄鑫.穿戴式动态体温监测系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学,2018.[6]胡良文.基于温度传感器阵列和深度学习的体温实时监测系统[D].成都：西南交通大学,2018.[7]郑英，李香菊，王迷迷，等.基于NTC和ZigBee技术的病房病人体温监测系统设计[J].现代电子技术，2016(4):26-28.[8]杨清志，王杰.基于S17053的智能数字体温计的设计[J].黑河学院学报,2016(3):123-125.[9]陈安宇.医用传感器(第二版)[M].北京：科学出版社,2015:107-111.[10]SEMITEC503ET参数[Z].http：///cntpqe_brand_special,asp?xid=5&brid=30&cpid=721&kcid=2763.[11]msp430£4250技术参数[Z].http：///cn/lit/gpn/msp430£4250.Design of a Simple and Fast IntelligentThermometer Based on NTC ThermistorYang Qingzhi1,Zhang Yunzhi2(1.Bozhou Vocational and Technical College,Bozhou Anhui236800,China；2.Branch Campus of Bozhou Qingyun Primary School,Bozhou Anhui236800,China) Abstract:With the entry into force of The Minamata Convention on Mercury,the most commonly used mercury thermometers will be withdrawn from the market due to mercury toxicity,and electronic thermometers are inconvenient to be popularized and used due to their high price and limited life.In view of this situation, a simple and fast intelligent thermometer is designed,which uses NTC thermistor to collect temperature and MSP430single一chip microcomputer to process function,can measure temperature quickly and realize intelligent alarm of abnormal temperature,it has high practical value.Key words:NTC；Body temperature；MSP430；Alarm［责任编辑:崔萍］・62・。
基于单片机的热敏电阻温度计的设计
基于单片机的热敏电阻温度计的设计引言：热敏电阻是一种根据温度变化而产生变阻的元件，其电阻值与温度成反比变化。
热敏电阻广泛应用于温度测量领域，其中基于单片机的热敏电阻温度计具有精度高、控制方便等特点，因此被广泛应用于各个领域。
本文将介绍基于单片机的热敏电阻温度计的设计，并通过实验验证其测量精度和稳定性。
一、系统设计本系统设计使用STC89C52单片机作为控制核心，热敏电阻作为测量元件，LCD1602液晶显示屏作为温度显示设备。
1.系统原理图2.功能模块设计(1)温度采集模块：温度采集模块主要由热敏电阻和AD转换模块组成。
热敏电阻是根据温度变化而改变阻值的元件，它与AD转换模块相连，将电阻变化转换为与温度成正比的电压信号。
(2)AD转换模块：AD转换模块将热敏电阻的电压信号转换为数字信号，并通过串口将转换结果传输给单片机。
在该设计中，使用了MCP3204型号的AD转换芯片。
(3)驱动显示模块：驱动显示模块使用单片机的IO口来操作LCD1602液晶显示屏，将温度数值显示在屏幕上。
(4)温度计算模块：温度计算模块是通过单片机的计算功能将AD转换模块传输过来的数字信号转换为对应的温度值。
根据热敏电阻的特性曲线，可以通过查表或采用数学公式计算获得温度值。
二、系统实现1.硬件设计(1)单片机电路设计单片机电路包括单片机STC89C52、晶振、电源电路等。
根据需要，选用合适的外部晶振进行时钟信号的驱动。
(2)AD转换电路设计AD转换电路采用了MCP3204芯片进行温度信号的转换。
根据芯片的datasheet，进行正确的连接和电路设计。
(3)LCD显示电路设计LCD显示电路主要由单片机的IO口控制，根据液晶显示模块的引脚定义，进行正确的连接和电路设计。
(4)温度采集电路设计温度采集电路由热敏电阻和合适的电阻组成，根据不同的热敏电阻特性曲线，选择合适的电阻和连接方式。
2.软件设计(1)初始化设置：单片机开机之后，需要进行一系列的初始化设置，包括对IO口、串口和LCD液晶显示屏的初始化设置。
NTC热敏电阻在精确测温系统中的应用分析
NTC热敏电阻在精确测温系统中的应用分析作者：邓雷来源：《数字技术与应用》2013年第10期摘要：本文主要分析了NTC热敏电阻的非线性特性，研究将NTC热敏电阻使用在精确测温系统中。
本文采用恒电压式不平衡电桥削减了传统电桥电阻带来的“温漂”，通过集成器件的软件校正，进一步完成热敏电阻的非线性补偿，最终的测温精度达到系统的要求。
关键词：NTC热敏电阻不平衡电桥测温中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）10-0100-021 引言目前，热敏电阻在许多测温系统中广泛的应用，因其体积小，灵敏度高、工作范围宽、性能稳定，经济等诸多优点被应用于高精度测温的环境中。
负温度系数（NTC）热敏电阻绝大多数是由金属氧化物烧结的半导体材料制成，由于属于半导体材料，NTC热敏电阻不能应用于被测温度较高的系统中。
应用NTC热敏电阻测温就必须要解决其非线性的问题，只有很好的解决非线性问题，才能将NTC热敏电阻很好的应用在工业生产和精确测温中。
2 热敏电阻特性分析热敏电阻是一种半导体，典型的测温经验公式是（1）其中，温度时阻值为；温度时阻值为；B为热敏电阻常数。
由经验公式可以看出，温度与阻值为指数关系，即呈非线性，阻值随着温度的上升急剧下降，即温度越高，阻值越低，其呈现出极高的灵敏度和非线性的特性（如图1）。
3 热敏电阻精确测温系统3.1 恒压不平衡电桥基本测温原理为：热敏电阻随温度变化的阻值引起的电压变化经不平衡测温电桥值输出，经由放大器将微小的电压变化放大，再由A/D转换器转换成数字量D，方便运用计算机进行计算，由单片机计算出热敏电阻的阻值，然后根据（1）式完成软件的非线性补偿。
如图2传统测温电桥由于普通电阻与热敏电阻处于同一温度下，普通电阻存在“温漂”，即由温度引起的电阻阻值的变化，会对电压输出端带来影响。
如图3。
传统测温电桥输出端电压为：= （2）当发生变化时，输出电压为：= （3）输出端误差为：=-= （4）若==R，则= （5）当=3%时，经计算误差=0.739%V，由此可见，较小的“温漂”就能带来很大的误差，难以应用到精确的测温系统中。
电子设计大赛论文-热敏电阻测温电路设计
电子设计大赛论文（B组）热敏电阻测温电路设计第三十组K3队组队成员：顾代辉黄龑罗程2010年5月23日摘要：科技发展，很多工业化的生产都需要温度测量，这使得温度测量仪器变成一个很重要的东西。
下面我们将题目所给的温度测量电路进行分析和改动设计。
题目所给图是一个在工业场合的温度测量系统，采用RTD 电阻温度检测器。
通过分析可知，ref R 两端分到的电压即为ref V ,Vo3输出的电压即为NTC 两段分到的电压。
而要求我们设计的电路所用的是NTC 负温度系数热敏电阻器。
题目要求我们将电流产生电路的电流控制在0.1m A 。
这里我们简单的将r ef R 改成25k 。
对于滤波电路，我们设计各个参数使得其截至频率在100Hz 左右，就能滤掉1000HZ 的干扰信号；对于基准源，我们都用基本的连接方法，输出电压为2.5V ；对于稳压管，输出电压为恒定的5V ；对于串口连接，我们用到MAX232芯片其中一个接口，与单片机的RXD/TXD 连接传输数据。
关键词：温度传感器 A VR 串口显示I ．电路分析（1）电流产生电路分析：首先对于运放A1，由虚短和虚断，可知111211120V V II === 有：11212210O V V V R R --= 可解得：1121122=O V V V =即第一个运放功能为将信号放大两倍。
对于运放A2,同理，有212221220V V I I ===有:221O V V =可见，运放A2是一个电压跟随器。
又：24211234()2REF O REF O O V V R V V V V R R -⨯+=+=+ 11122O REF O V V V V ==+故：REF R 两端分到的电压为122R O REF REF O O REF V V V V V V V =-=+-=由此可见：REF R 两端分压恒为基准电压REF V ，只要基准电压和REF R 的值不变，则通过REF R 的电流REF REF V I R = 2.512.5mA k==为恒定值，该电路的作用为产生恒定电流。
NTC热敏电阻及温度传感器的用途及应用设计
NTC热敏电阻及温度传感器的用途及应用设计NTC热敏电阻（Negative Temperature Coefficient Thermistor）是一种温度敏感性较强的电阻器件，其电阻值随温度的变化而产生变化。
温度传感器则是利用NTC热敏电阻的温度特性进行温度测量和控制的装置。
NTC热敏电阻及温度传感器在各个领域都有着广泛的应用，下面将介绍其主要的用途和应用设计。
首先，NTC热敏电阻及温度传感器在工业领域中的应用非常广泛。
例如，它可以用于电机的温度保护，通过监测电机的温度来避免电机因过热而损坏。
此外，它还可用于机器设备的温度监控和控制，以确保设备的正常运行和安全性。
在加热系统中，NTC热敏电阻及温度传感器常用于加热器的温度控制，可以通过控制加热器的电源来实现温度的精确调节。
此外，它还可应用于冷却系统中，用于检测冷却介质的温度，以保证冷却系统的效果。
其次，在电子产品中，NTC热敏电阻及温度传感器也有着广泛的应用。
比如，在计算机硬件中，它可以用于CPU和显卡的温度监测和控制，以避免硬件过热导致性能下降或损坏。
此外，它还可以应用于电源模块的温度控制，以确保电源模块的稳定工作和延长寿命。
在家电产品中，NTC热敏电阻及温度传感器可以用于电热水器、空调、洗衣机等的温度控制，实现设备的智能化控制和高效运行。
此外，NTC热敏电阻及温度传感器还可以应用于医疗领域。
例如，在医疗仪器中，它可以用于体温测量，通过测量人体的温度来判断健康状况，并用于感应人体温暖和冷却的治疗设备中。
此外，它还可以应用于药品的储存和运输过程中，通过监测药品的温度来确保药品的质量和有效性。
在设计NTC热敏电阻及温度传感器应用时，需要考虑到以下几个方面。
首先，需要选择适合的NTC热敏电阻，包括电阻值、温度系数、响应时间等参数的选择。
其次，需要设计合适的接口电路，以确保NTC热敏电阻输出的信号能够被准确地读取和处理。
此外，还需要考虑到温度的精度要求、环境条件以及安全性等因素，以设计出可靠且适用的温度传感器系统。
基于NTC热敏电阻的温度测量与控制系统设计(毕业论文)
题目名称：基于NTC热敏电阻的温度测量与控制系统设计摘要：本系统由TL431精密基准电压，NTC热敏电阻(MF-55)的温度采集，A/D和D/A转换，单片机STC89C51为核心的最小控制系统，LCD1602的显示电路等构成。
温度值的线性转换通过软件的插值方法实现。
该系统能够测量范围为0~100℃，测量精度±1℃,并且能够记录24小时内每间隔30分钟温度值，并能够回调选定时刻的温度值，能计算并实时显示24小时内的平均温度、温度最大值、最小值、最大温差，且有越限报警功能。
由于采用两个水泥电阻作为控温元件，更有效的增加了温度控制功能。
关键词： NTC TL431 温度线性转换Abstract: The system is composed of TL431 as precise voltage,the temperature acauisition circuit with NTC thermistors (MF-55), the transform circuit of A/D andD/A, the core of the minimum control system with STC89C51, 1the display circuit usingLCD1602, etc. Get the temperature of the linear transformation by the software method. The range of the measure system is 0 ~ 100 ℃, measurement accuracy +1 ℃.It can record 24 hours of each interval temperature by per 30 minutes selected of temperature.The time can be calculated and real-time display within 24 hours of the average temperature, maximum temperature and minimum temperature, maximum value, and each temperature sensor has more all the way limit alarm function. Due to the two cement resistance as temperature control components, the more effective increase the temperature control function.Keyword: NTC TL431 temperature linear conversion毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
基于Multisim的NTC热敏电阻温度测量电路的设计与仿真
1引言温度作为表示物体冷热程度的一个物理量，其在我国工农业生产的过程和现代科学研究过程中，都是一个非常重要的物理参数。
而随着科学技术水平的不断提高,温度测量技术也得到了不断发展。
温度测量技术的核心器件为温度传感器。
NTC热敏电阻作为温度传感器家族的一员，具备体积小、响应速度快、工作范围宽、稳定性好、价格低廉等一系列优点，在测温电路当中得到了广泛的应用，但由于NTC热敏电阻本身是一个非线性元件，存在严重的热电非线性问题，使得对应的温度测量电路的设计相对复杂。
而在设计过程中引入Multisim这一专门用于电子线路仿真与设计的EDA 工具软件，通过引入计算机辅助仿真技术，在计算机上来完成整个硬件电路的电路设计，从而减轻硬件电路验证阶段的工作量，同时，其界面友好、功能强大、易学易用的特点，使得其成为电类设计开发人员青睐的硬件开发仿真工具之一，也为电子类专业教学创建了一个良好的平台[1]。
2Multisim软件简介Multisim软件原名EWB，本身来源于加拿大图像交互技术公司（Interactive Image technologies简称IIT公司），后被美国国家仪器有限公司(National Instruments,简称NI)收购后，更名为NI Multisim。
它是一款以Windows为基础的用于电子电路仿真和设计的EDA仿真工具软件。
其主要功能是用软件的方法来虚拟常用电工、电子元器件以及常用的电工、电子中用到的仪器和仪表，借助Multisim软件，我们可以很轻松地在个人计算机上设计、测试和演示各种电子电路，也可对电路中的各元器件人为设置各种故障，来检测电路在对应情况下的工作状态。
Multisim软件的主要特点有：①元件库十分丰富；②虚拟仪器、仪表种类齐全；③有很强的电路分析功能；④有丰富的Help功能等[2]。
3热敏电阻器103AT-2表1103AT-2型热敏电阻器的温度阻值对应表温度℃10202530405060708090100阻值Ω27.28K17.96K12.09K10K8.313K5.828K4.161K3.021K2.229K1.669K1.266K973.5R热敏电阻传感器简称热敏电阻器，顾名思义，是一种对温度十分敏感的电阻器。
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题目名称：基于NTC热敏电阻的温度测量与控制系统设计摘要：本系统由TL431精密基准电压，NTC热敏电阻(MF-55)的温度采集，A/D和D/A转换，单片机STC89C51为核心的最小控制系统，LCD1602的显示电路等构成。
温度值的线性转换通过软件的插值方法实现。
该系统能够测量范围为0~100℃，测量精度±1℃,并且能够记录24小时内每间隔30分钟温度值，并能够回调选定时刻的温度值，能计算并实时显示24小时内的平均温度、温度最大值、最小值、最大温差，且有越限报警功能。
由于采用两个水泥电阻作为控温元件，更有效的增加了温度控制功能。
关键词： NTC TL431 温度线性转换Abstract: The system is composed of TL431 as precise voltage,the temperature acauisition circuit with NTC thermistors (MF-55), the transform circuit of A/D andD/A, the core of the minimum control system with STC89C51, 1the display circuit usingLCD1602, etc. Get the temperature of the linear transformation by the software method. The range of the measure system is 0 ~ 100 ℃, measurement accuracy +1 ℃.It can record 24 hours of each interval temperature by per 30 minutes selected of temperature.The time can be calculated and real-time display within 24 hours of the average temperature, maximum temperature and minimum temperature, maximum value, and each temperature sensor has more all the way limit alarm function. Due to the two cement resistance as temperature control components, the more effective increase the temperature control function.Keyword: NTC TL431 temperature linear conversion目录1方案设计与论证 (3)1.1 整体设计方案比较和选择 (3)2 系统设计 (5)2.1 总体设计 (5)2.2各单元模块功能介绍及电路设计 (5)2.2.1 学习板电路 (5)2.2.2测温通道电路 (7)2.2.3 模数转换电路 (8)2.3 特殊器件的介绍 (8)3 软件设计 (9)3.1 软件流程图 (9)3.2 线性转换处理--线性插值 (10)4 系统测试 (11)4.1 测试方法 (11)4.2 测试结果 (12)4.3结果分析 (14)5 结论 (14)参考文献 (14)附录： (15)附1：元器件明细表 (15)附2：仪器设备清单 (15)附3：电路图图纸 (16)附4：程序清单 (17)1方案设计与论证1.1 整体设计方案比较和选择温度测量和控制系统，基于NTC热敏电阻的特性进行设计。
当外界温度变化时，可以将温度值转换为电压值。
电压值经过模数转换后送入单片机进行处理。
当某路传感器温度超越设定的温度上下阀值时，即产生相应的声光报警信号并显示该传感器的温度值，直至温度回到门限内（要求具有1℃的回差）或通过控制键解除警报。
后向通道通过水泥电阻作为控温元件，增加温度控制功能。
最后将输出的数字信号经过D/A转换，变换为温度，最终经过LCD1602进行显示。
NTC热敏电阻特点是在工作温度范围内电阻阻值随温度的上升而降低，可满足0℃～100℃测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，不适用于检测小于1℃的信号；而且线性度很差，不能直接用于A/D转换，应该用硬件或软件对其进行线性化补偿。
该温度测控系统，需要前向通道（温度采集器和AD转换器），单片机控制系统和后向通道（温度控制系统）三部分组成。
其中温度采集器部分有以下三种方案：方案1：采用NTC热敏电阻，恒流源（采用LM317L，内部提供1.2V的基准电压）和相电压跟随器运放构成（如图1所示）。
方案优点：该方案硬件电路简单，电路电流值较小，焦耳热损耗很小，温度测量误差可以控制在很小的范围内。
方案缺点：因为恒流源要提供毫安数量级的电流，但受电源变化的影响较大，故要求电源十分稳定，同时其输出精度不高。
图1 方案1系统设计框图方案2：采用恒压源、滑动变阻器和同相电压跟随器的运放电路构成（如图2所示）。
方案优点：原理简单，电路简单；方案缺点：恒压源不能保证绝对的恒压，从而使温度测得不稳定。
图2 方案2系统设计框图方案3：基于紧密稳压电源TL431作为恒压源，后接电桥电阻电路和三运放电路（如图3所示）。
三运放的放大增益计算公式：1011576)1(R R R R R A V ++= 由于：6R =7R =30K;5R =20K;11R =10R =1K所以：V A 最大可以放大约60倍。
电桥中1R 和2R 的取值决定了输出电压的精确度，经过多次测量，所以该处取值都为20K 。
图3 方案3系统设计框图方案选定：方案3方案论证：综上所述前面采用电桥方法可以减小由于恒压源输出电压的波动感的影响。
后面采用差分放大，从而输出很稳定，能够满足系统设计的要求，所以选择方案3。
其中运放选OP07（零点漂移很小，类似于精密放大，虽然带宽不是很宽，但是在此处已经足够了），方案3中，R5用滑动变阻器，可以很方便的改变增益。
同时又不影响电路的对称性。
2 系统设计2.1 总体设计经过TL431精密稳压源输出2.5V电压给一个桥式电阻电路，由于NTC热敏电阻的特性，所以随着温度的变化，电阻值减少了，后面在接一个三运放电路将电压放大到所需要的电压值。
输出的电压值经过8位A/D转换器ADC0804转换后，将数字信号经由单片机STC89C51进行处理，然后将这些值送由LCD1602进行显示（如图4所示）。
图4 系统总体方案2.2各单元模块功能介绍及电路设计2.2.1 学习板电路学习板系统总体设计电路图（如图5所示）。
图5 学习板系统总体设计图学习板上独立按键和矩阵按键的电路图（如图6所示）。
STC89C51单片机电路图（如图7所示）。
图7 单片机电路2.2.2测温通道电路下图为前向通道的电源部分。
中间有D1和D2两个发光二极管，用来指示电源是否正常供电，此外还加了两个大小电容的并联电路，起滤波作用（如图8所示）。
图8 前向通道电源电路控温电路，采用两个水泥电阻，更有效的对NTC热敏电阻进行控温操作（如图9所示）。
图9 控温电路2.2.3 报警电路蜂鸣器电路，当温度超过限度是起报警作用（图10 报警电路）。
图10 报警电路2.2.3 模数转换电路前向通道中，当温度值转换为电压后，还需要将电压值进行A/D转换，转换后的值才能送到单片机进行处理。
后向通道中进行温度显示前应该先经过D/A转换（如图11 模数转换电路）。
图11 AD以及DA转换原理图2.3 特殊器件的介绍热敏电阻器是一种随（感应）温度的变化其电阻值呈显著变化的热敏感半导体元件。
温度升高时阻值下降的热敏电阻器，称为负温度系数热敏电阻器（NTC）。
NTC负温度系数热敏电阻R-T特性如下图12所示：图12 B 值相同，阻值不同的 R-T 特性曲线示意图电阻值和温度变化的关系式为：其中，RT为在温度T(K)时的NTC热敏电阻阻值，RN为在额定温度TN(K)时的NTC热敏电阻阻值。
(TN取25℃，RN=1．20 kΩ)，T为规定温度(K)，B为NTC热敏电阻的材料常数，又叫热敏指数。
而且，通过公式(1)、(2)以及表1，可求得B=3 900 K，从而可以得出电阻值和温度变化的关系式为：3 软件设计3.1 软件流程图该程序基于小系统板,小系统板上有显示、ADC转换、键盘等电路。
学习系统板上主控单片机为STC89C51，所以采用c51编程方便简单，软件流程图如下：图8 主程序流程图3.2 线性转换处理--线性插值在ADC进行数据采集的过程中不可能每一个数值都在整温度所对应的ADC数值上，所以如果在两个数据的中间一段就要对其进行进一步的精确定位。
这样就必须知道采集到的数据在表1－2中的具体位置，因此要对数据表进行搜索、查找。
线性表的查找（也称检索），可以有比较常见的顺序查找、折半查找及分块查找等方法，分析线性表1－2可以得到折半查找的算法是比较高效的。
这样的插值计算实际上是分段的，用直线段来拟和温度曲线，因此在处理的过程中分段越细致拟和的曲线就越接近实际温度曲线。
表1 插值表温度传感器在0℃到100℃输出0V—2.5V，温度起点为0℃，满量程为100℃。
学习系统板子上有8位的A/D转换器对应输出的数字量为00000000B—11111111B（0-2.5V），应用以下变换公式进行变换：AX=A0+(AM-A0)(NX-N0)/(NM-N0)式中，A0为一次测量仪表的下限。
AM为一次测量仪表的上限。
AX实际测量值。
N0仪表下限对应的数字量。
仪表上限对应的数字量。
NM测量值对应的数字量。
NX温度非线性转换程序模块采用折线拟合法进行线性化处理4 系统测试4.1 测试方法步骤1：先安上元件后，测试电路是否正确连通，待没有任何问题后将集成芯片安上。
以此可以防止集成芯片由于电压过大而烧坏。
步骤2：将NTC热敏电阻放入冰水混合物中（0℃，进行调零操作。
此时电压输出为0V。
步骤3：将NTC热敏电阻放入沸水杯子中，进行调满操作。
此时的电压输出为最大，即为2.5V。
步骤4：记录不同温度时刻对应的温度转换值和实际温度值，进行NTC温度特性曲线的绘制。
4.2 测试结果对于电桥温度的取值会影响后面测试温度的精度，所以在电桥平衡电阻(R1,R2)分别在200K和6.8K和20K时，对温度进行了测量。
具体情况如下图表格和图所示：、表2 第一次温度曲线实际测量数据表3 第二次温度曲线实际测量数据表3 最终温度测量数据4.3结果分析又图上特性曲线可以看出，温度变化从0度开始到100°时，变化规律为先慢接着较快后很慢；5 结论由于系统架构设计合理，功能电路实现较好，系统性能优良、稳定，较好地达到了题目要求的各项指标。