热敏电阻的高电阻应用于单片机进行频率法的温度测量

3．测量信号的处理

3．1热敏电阻的线性化处理

热敏电阻的电阻值与温度存在严重的非线性关系，当频率信号进入单片机CPU后，就可以应用软件的方法，例如最小二乘法，实现对热敏电阻的非线性校正。实践证明，使用这种方法，在-20～80℃的范围内，其测量误差可小于0.2℃。

3．2数据的滤波处理

在单片机测量到温度信号以后，还需要对检测信号的滤波处理，减少测量过程中的干扰，最简单的方法是算术平均法。对N个采样值，寻找一个Y值作为本次检测的有效值，使Y值与各采样值之间的偏差的平方和为最小，在具体应用中，N值不宜太大，温度测量取N=5-10为好，既保持一定的灵敏度，又有恰当的平滑度。计算方法为：

Y=(X1+X2+….+XN)/N，式中X1、、、、X2、、….XN为N次检测量

实践证明用这种方法能正确测量温度值。在获得正确的测量值后，还需要将它转换成相应的实际温度值。

4．提高测量精度的几个措施

4．1 频率信号的稳定性

在图1中，R1、C1的热稳定性直接影响555时基集成电路的输出频率，要选择温度系数小的金属膜精密电阻，C1采用CBB22的电容。R1、C1、555时基集成电路要经过高、低温老化稳定后使用。每一路用精密电阻箱模拟热敏电阻的温度变化，测量实际的电阻-频率的数据输入单片机，作为测量、计算的依据。

4．2 多路信号的输入

为了克服由于555时基集成电路性能的离散性造成输出频率的误差，多路热敏电阻使用同一个R1、C1、555时基集成电路。各个热敏电阻通过单片机控制继电器来选择信号的输入。

4．3热敏电阻形状的影响

热敏电阻的体积非常小，因此可以制造成各种形状，有柱状、珠状、针状、平面等，以适合不同的测量要求。应该选择合适形状的热敏电阻，使测量值能够准确地反映被测量的温度值。对那些需要快速测量的场合，应该尽量选择体积小反应快的传感器，否则也会造成测量上的误差。

4．4传感器一致性的影响

传感器的一致性差，会引起很大的测量误差。热敏电阻在作为精密的温度传感器使用，应该选择产品的互换性在0.1%以上，它的互换精度能够达到0.025℃。

4．5温度的标定

在一定温度下热敏电阻的阻值是已知的，因此可以用电阻箱（例如旋转式电阻箱ZX31）来模拟温度的变化，使555电路的输出频率值符合要求。由于单片机的程序在计算方法和定时时间上会产生一些误差，用最小二乘法求得的模拟公式也会产生误差，这些都会直接影响测量的精度。所以在验证测量电路准确无误的情况下，再检查验证单片机能否计算出准确的温度值，如果有误差，必须仔细检查程序，修改相关的语句，直到准确为止。

在完成上述工作的基础上，用精密恒温槽，在-20-+80℃的范围内，设置5、6个温度点，检查热敏电阻在这些温度点的电阻值是否符合要求，然后把热敏电阻的引线接到电路里，把热敏电阻放在精密恒温槽内，观察在各个温度点上单片机的显示值是否符合要求。如果符合要求，标定工作结束。

5．结束语

在多点温度测量系统的设计中，充分发挥了单片机的计算与线性化的作用，应用555时基电路的电阻-频率特性，以十分简单的电路得到高精度的温度测量效果。

本文作者的创新点：本测量系统的设计巧妙地将热敏电阻的温度-电阻变化应用于555时基电路，使单片机的A/D转换采用频率采样法，简化了电路，又提高了测量的精度。由于热敏电阻的灵敏度高，电阻值大，热敏电阻可以直接使用普通导线，测量距离达200米左右，这是其他传感器难以实现的；由于只用一个555时基电路，使集成电路的离散性影响降到最低，并且大大降低了硬件的成本。