基于热敏电阻的数字体温计

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目前，测体温广泛采用的是水银体温计。水银体温计具有测量精度高，测量温度保持的优点。然而，水银体温计有携带不方便、容易损坏、水银漏出处理不当造成环境污染，在使用时需要预设温度、测量时间长、冬天使用冰冷、读数困难等缺点。为了克服水银体温计的缺点，本文介绍了-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、使用和携带方便并且具有测环境温度的特点。

1 系统原理框图系统框图如图1所示，单片机输出-个基准电压源，NTC热敏电阻接入桥式电路，然后单片机进行AD采样，计算出NTC热敏电阻的阻值，最后通过 NTC热敏电阻的阻值随温度的温度特性曲线计算出被测温度。在AD采样和数据处理及温度显示采用的是MSP430系列中MSP430f4250单片机，该单片机自带有-个 16位 8个通道的 ∑-△模数转换器和具有 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成本。

RlNTc/D-JIYLtN 0Ur 数据处理 温度礁示sI)16V f图 1 系统框图2 NTC热敏电阻NTC 热敏 电阻器大 多是 由Mn(锰 )、Ni(镍 )、co(钴 )、Fe(铁 )、Cu(铜 )等金属的氧化物经过烧结而成的半导体材料制成。由于热敏电阻器所使用的材料是半导体 ，因此不能在太高的温度下使用。NTC热敏电阻其电阻随温度的变化关系如图2所示，当电阻取对数坐标时，温度随电阻的变化关系如图3所示，阻值毋(Q)温度T(K)特性近似式 (1)表示。 。

如 心exp ( -砉](1)式中辟、 分别为温度T、 时的电阻值，B为材料常数。陶瓷晶粒本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℃)20l3.15时R。i0000Q的NTc热敏电阻。

图2 NTC热敏电阻 -阻值曲线 图3 NTC热敏电阻取对数 -阻值曲线3 MSP430单片机 AD采样原理桥式电路如图4所示，四臂串联接固定电阻，降低由于电阻温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P6.1引脚。

图4 桥式采样电路 图 5 AD采样流程图SD16-A程序初始化程序 ：AO电压为 ：，t (2)A0-电压为 ：l， 瓮 。 (3)则输出的电压差 Vout为 ：( -面音 百 4)由(1)式和(4)式可得到温度T(K)随输出电压 (V)的函数 ：l 詹豫 ㈤上式中 、B、心、R.、 、R 、也、 都为已知，因此，只需要知道p 就能计算出温度 T的大校4 1 6位 -A模数转换器SD16 A是-个 16位的 ∑-A模数转换器，它具有高阻抗的输入缓冲和内部参考电压输出功能。拥有8个差分复合输入 (本系统只使用了通道0)，并包含-个内置的温度传感器。该ADC是基于二阶过采样的 ∑-△调节器和数字抽取滤波器。该数字抽取滤波器是-种梳状滤波器，过采样率可以选择，最高可达 1024，需要滤波，可以用软件实现。

5 软件设计基于MSP430f4250单片机SDI6A实现 J)采样流程图如图5所示，包括主程序流程，ADC采样程序和数据处理程序。

void SD16init 0P6DIR& (BIT0BIT1BIT2BIT3)；//定义输入模式P6SELlBIT0BIT1BIT2BIT3；//定义第二功能(ADC功能端口)SD16CTLSDl6)DIv.2SDl6LPSD16DIV0SD16SSEL2SD16VMIDONSD16REFON；//SDI6A选择 16分频，低功耗模式，时钟选择为ACLK，打开缓冲器和内部基准电压SD16AESD16AEOSD16AE1：//模拟通道 0和模拟通道 1使能sD16INcTLOsD16INTDLYOSDI6GAINISDI6INCH O：//模拟通道 0输入信号无增益，SDI6CCTLOSDI6BUF ISDI6OSR 1O24sD16DF；//打开转换通道缓冲，过采样率选择 1024ADC采样程序 ：SD16CCTLOlSDI6SC：//开始 ADC转换whi le((SD16cCTLO＆SD16IFG)-O)；//等待转换结束SDI6CCTLO&!SD16IFG；//清除转换标志位numSD16MEM0；//存取转换结果数据处理程序 ：long double Calculate Temperture(1ong double num)long double Temperture：num((1ong double)R4)/(((1ong double)R3)((1ongdouble)R4))-(ntnn-adjust)/65536：hum((1ong double)R2)/(num)-RI-R2：//计算 NTC电阻numlog(num/Res)/B：//Res为 25℃阻值numl/(numI/298.15)：Temperturenum-273.15：//温度转换为摄氏度return Temperture：//返回温度)完成-次测量后，更新段式液晶显示数字，就可以在液晶片显示当前所测试的温度。由于采用的是函数计算，而不是采用查表的方法，因此占用存储空间大为减少。R 、R2、R3、 在焊接之前测量精确，或者在标准温度进行校准，就可以做到误差在0.1℃以内。

无论是测体温还是测环境温度，0.1℃的精度可以满足要求。在测环境温度模式时，每隔5s采样-次，能检测从-3O℃到 IOOX的温度范围，功耗仅为 1.5mW。如果超过 lO分钟没有检测到按键中断，将进入待机模式，功耗仅为 0.4uW。在测体温模式时，每隔 1s采样- 次，保持测量的最高温度，用按键选择测量的最低温度，测量时间大约在 5分钟就能稳定。体温范围从 35"C到 42C每隔 0.1℃用国家-级标准的水银温度计校准，最大误差为 0.1℃，功耗仅为3.5Ⅱ1w。

6 结语由于MSP430f4250单片机将SD16A和56点液晶驱动功能都集成在-片芯片内部，使得本作品具有较少的外围电路，整个电路板的面积大为减小，使得作品小巧精致，携带方便。数字温度计较水银体温计相比，使用方便、安全，测温完成后直接读取数字，而无需估读；测量环境温度范围为-30℃到100℃，能实现的最大精度为0.1℃，这是-般体温计所不具有的。同时本作品功耗很低，在测量环境温度模式下平均工作1小时，-节普通的纽扣电池可以(下转第59页)