基于热敏电阻的多点温度测量系统

在现代农业中，许多情况下需要温度测量，用来测量温度的传感器种类很多，热敏电阻器就是其中之一。热敏电阻灵敏度高、稳定性好、体积小、电阻值大等特点,已广泛于温度测量和控制领域。在所有被动式温度传感器中，热敏电阻的灵敏度(即温度每变化一度时电阻的变化)最高，在温室大棚内，温度测量精度一般在±0.5—1C左右，在这种情况下，,热敏电阻的引线长度在100—200米，对测量造成的误差可以忽略不计，使测量系统的电路简单、使用方便。

1．热敏电阻的测量电路

在多点温度测量系统中，热敏电阻采用温度-频率法测量框图，如图1所示。

                                图1温度—频率测量原理

图1中，IC1是555时基集成电路，是一个典型的无稳态多谐振荡器,IC2是AT89C52单片机。R3是555电路输出的电平上拉电阻，使输出的高电平稳定在5V，C2为抗干扰滤波电容，Rt为热敏电阻，f是频率信号输出。

其中 f="1".442695041/（C1*（R1+2*Rt ））

从上式可以看出，当C1、R1为固定值时，555时基电路的输出频率f仅仅与Rt有关,而热敏电阻的阻值Rt与测量的温度有关。因此，需要测量的温度由Rt热敏电阻转换成电阻值，通过555时基电路转换成频率信号，单片机通过P3。5（T1口）对频率进行测量，就可以计算出测量的温度值。

多路控制开关的组成与工作原理如图2所示。

                                   图2 多路开关控制原理

在图2中，IC2 为单片机，IC3、IC4为74LS138集成电路组成，J01--J16为继电器。单片机的P1.0 – P1.2作为二个74LS138的地址，P1.3、P1.4作为二个74LS138的片选信号,单片机改变P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4的值，就可以控制继电器，使热敏电阻依次接入，进行温度信号的测量。采用继电器控制，减少了热敏电阻接入路的接触电阻，可以提高测量的精度。显示设备为5位LED数码管，2位用于显示温度信号的通道号，3位用于显示温度值，其中，2位整数，1位小数。

2．单片机的应用

单片机为AT89C52，片内有256B RAM和8KB的Flash ROM，可以反复多次改写程序，十分方便。单片机的定时器/计数器T1工作在方式1，作为16位的外部脉冲计数器，记录555电路输入的脉冲数。单片机的定时器/计数器T0也工作在方式1，作为16位定时器用，记录单片机CPU的时钟脉冲。在编写程序时，使T0的定时时间为0.1秒，通过T1在0.1秒内测量到的脉冲数，就可以计算出频率值，从而知道被测量的温度值。参考程序如下：（CPU振荡频率为12MHz）

MOV TMOD，#15H ；设置 T0为16位计数方式，T1为16位定时方式

MOV TH0，#00H ；T0计数器清零

MOV TL0，#00H ；

MOV 30H，#14AH ；循环20次，使定时时间为0.1秒

SETB TR0 ；启动T0计数器开始计数

Y1： MOV TH1，#3CH ；T1定时器设置初值

MOV TL1，#ACH ；

SETB TR1 ；启动T1定时器开始计时

Y2： JBC TF1，Y3 ；判别T1定时器计时50mS到否，到则转Y3

AJMP Y2 ；50mS未到，则继续

Y3： DJNZ 30H，Y1 ；判别定时0.1秒到否，未到则继续

CLR TR0 ；定时0.1秒到，清T0、T1溢出标志

CLR TR1 ；

MOV 7BH，TH0 ；将测量的频率值存放在7AH、7BH内存中

MOV 7AH，TL0

在单片机进行频率采样的时候，首先通过多路控制开关输出某温度测量信号的地址值，然后进行温度的测量。

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。