什么是NTC

NTC是熱敏電阻，其電阻值對溫度變化敏感，在不同的溫度下，可以呈現(xiàn)不同的電阻值。

熱敏電阻有兩類，一類是負(fù)溫度系數(shù)電阻（NTC），溫度增加時，電阻值降低，另一類是正溫度系數(shù)電阻（PTC），溫度增加時，電阻值增加。

熱敏電阻的電阻值計算

NTC的電阻值R與溫度的關(guān)系可以近似表示為：

公式1，電阻與溫度函數(shù)關(guān)系式

其中T是絕對溫度，數(shù)值為攝氏溫度+273.15，單位為K（開爾文）。

R0一般取溫度25℃即298.15K時的電阻值，對應(yīng)的T0取25℃，即298.15K。

B為材料常數(shù)．不同的村料或者生產(chǎn)工藝都能導(dǎo)致B的數(shù)值發(fā)生變化，甚至在熱敏電阻的工作范圍內(nèi)，B的數(shù)值都可能發(fā)生變化，而不是嚴(yán)格的常數(shù)；

因為NTC的電阻與溫度呈非線性的關(guān)系，而且存著溫度的增加，溫度隨著溫度變化的變化率越小。

所以隨著溫度的增加，NTC測溫的精度變化；

所以比較適合于溫度變化范圍小的使用場景，比如環(huán)境溫度（約為-20℃-50℃）或者是水溫的檢測（0℃-100℃）。

搜索到的一款NTC，按照溫度為25℃的電阻取值，可有5KΩ，10 KΩ等不同的規(guī)格，而材料系數(shù)B值固定為3950。

我們選擇10K的規(guī)格，根據(jù)公式1，可以得到這款NTC的電阻與溫度的關(guān)系為：

公式2，電阻與溫度的函數(shù)關(guān)系式

通過excel表格的公式，在excel工作薄的第一列輸入溫度，第二列輸入公式可以得到不同溫度下的電阻值，比如0℃為33.6 KΩ

采用excel計算AD值

NTC測溫電路的設(shè)計

NTC測溫核心在于具有ADC功能的MCU，電路比較簡單，只需要將固定的電壓經(jīng)過另一個高精度的電阻分壓接到NTC電阻，然后將分壓值連接到MCU的ADC輸入口。

如下圖：

NTC測溫電路

R1為1%精度的電阻，R2為NTC，

0.1uF的電容C1除了可以濾除從電源引入或者從電路板感應(yīng)來的高頻干擾信號，另外當(dāng)ADC有多路AD輸入在轉(zhuǎn)換時，MCU的AD模塊需要通過模擬開關(guān)切換不同的通道，再進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換，電容C1可以在ADC切換通道之后，迅速向采樣電容充電，從而可以提到轉(zhuǎn)換速度，避免因采樣時間太短而導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確。

R1上拉的電源應(yīng)該和MCU的ADC的參考電源共用一個電源（在一般的設(shè)計中，MCU的供電電源和ADC的參考電源共用一個電源）。

這是因為：

輸入ADC的AD值為（假設(shè)為12位的ADC）：

AD值計算公式

如果上拉的電源ADC的參考電源共用一個電源，可以得到和上位電源無關(guān)的一個公式：

AD值計算公式

所以可以消除電源精度對測試的影響，同時減少了計算的復(fù)雜性；

NTC測溫軟件的設(shè)計

我看到在一個網(wǎng)友的程序設(shè)計中，他直接將公式1取對數(shù)，通過復(fù)雜的對數(shù)運(yùn)算和倒數(shù)運(yùn)算得到溫度值，這是不合適的，

主要是：

普通的單片機(jī)不一定提供這樣的數(shù)學(xué)函數(shù)庫。

普通的單片機(jī)沒有浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，浮點(diǎn)數(shù)都是轉(zhuǎn)成整弄運(yùn)算的，不可避免會有舍入誤差。

單片機(jī)做對數(shù)，倒數(shù)的運(yùn)算，只能是近似算法，而且會耗費(fèi)大量的運(yùn)算時間，可能會到幾百ms級，影響了對其它功能處理的實(shí)時性。

公式1只是一個近似公式，B值也并不是一個常數(shù)，用這樣具體的解析公式計算，沒有辦法根據(jù)實(shí)際測量值對計算值進(jìn)行標(biāo)定，從而提高測量精度。

我在實(shí)際的項目中，采用的是分段線性化的方法，步驟如下：

采用excel表格自動生成C語言中包含AD與溫度的二維數(shù)組

將測溫范圍分若干個區(qū)間，比如在0-100度的范圍內(nèi)，分100個區(qū)間，每個區(qū)間范圍為1℃

計算或者實(shí)測每一個區(qū)間下限和區(qū)間上限的溫度值； 比如區(qū)間30℃-31℃，根據(jù)公式1計算或者實(shí)際測試出30℃以及31℃的AD值。

將這些區(qū)間表示為2維數(shù)組（這個2維數(shù)組也可以通過實(shí)際測試形成）；

取出將AD轉(zhuǎn)換并多次平均之后數(shù)值，編歷分段的區(qū)間，與這些區(qū)間的AD上、下限進(jìn)行比較，判斷落在哪一個區(qū)間，

根據(jù)一次函數(shù)的公式進(jìn)行區(qū)間內(nèi)的插值修正：

測試溫度值=區(qū)間溫度下限+（區(qū)間溫度上限-區(qū)間溫度下限）/（區(qū)間AD上限-區(qū)間AD下限）*（AD測量值-區(qū)間AD下限）

最后奉上本人使用的分段線性化的程序：