專利名稱：一種基于dsp的熱敏電阻測(cè)溫方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)溫方法，特別是基于DSP的熱敏電阻測(cè)溫方法。
背景技術(shù)：
溫度控制在變頻器、UPS等其它工業(yè)控制設(shè)備中經(jīng)常用到?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)溫度值 決定對(duì)散熱器風(fēng)扇的控制，在溫度超出正常工作范圍時(shí)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行過(guò)熱保護(hù)，防止繼續(xù)工 作對(duì)設(shè)備造成損害。在一股的工業(yè)控制設(shè)備如變頻器、UPS等設(shè)備中溫度控制是控制器設(shè) 計(jì)時(shí)必要的設(shè)計(jì)之一。目前對(duì)此類控制設(shè)備的溫度檢測(cè)和控制方法復(fù)雜，精度不高，且硬件 成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于DSP的熱敏電阻測(cè)溫方法，能有效地 提高溫度檢測(cè)精度。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為一種基于DSP的熱敏電阻測(cè)溫 方法，其特征在于它包括以下幾個(gè)步驟Si)選用熱敏電阻作為溫度傳感器，基于DSP平臺(tái)搭建溫度檢測(cè)系統(tǒng)，溫度檢測(cè)系 統(tǒng)具體為第一電阻與熱敏電阻相并聯(lián)，熱敏電阻一端接地，另一端與第二電阻和第三電阻 相聯(lián)接，第二電阻另一端加電壓U,第三電阻另一端輸出電壓Uout，與DSP的AD端口聯(lián)接；所 述的熱敏電阻為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻；S2)DSP進(jìn)行AD端口電壓檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)的寄存器的值進(jìn)行AD校正后得到的Uout 值，以及各電阻的阻值，計(jì)算出R值；S3)由熱敏電阻說(shuō)明書得到R-T特性曲線，對(duì)R求以10為底的對(duì)數(shù)，得到IgR-T曲 線，對(duì)IgR-T曲線進(jìn)行三次擬合得到T與IgR之間的關(guān)系式；S4)在定點(diǎn)DSP中對(duì)InR的計(jì)算轉(zhuǎn)化為加減乘除的近似運(yùn)算，采取“舍高項(xiàng)近似計(jì) 算法”得到計(jì)算公式，進(jìn)而采用誤差比較法確定分段方式，最后采用分段算法得到各分段的 InR 值;
In RS5)由于Igi = 7"。，將S2)得出的R對(duì)應(yīng)至S4)的分段中，得出InR，代入到S3)
InlO
的關(guān)系式中，計(jì)算出此時(shí)熱敏電阻的溫度值T。按上述方案，所述的步驟S4)中的分段算法具體為對(duì)R進(jìn)行2的多次方數(shù)分段，令
R = 2aX2b，其中 a 為大于等 0 的整數(shù)，0 < b < 1，于是有l(wèi)ni = αχ1η2 + 1η4·，2a < R =
2
2aX2b < 2a+1，在R-T曲線中得到要檢測(cè)的溫度范圍對(duì)應(yīng)的R的取值范圍，將a的取值作為分 段的依據(jù)，得到各分段的InR計(jì)算公式，此時(shí)由于a為常數(shù)，因此InR計(jì)算公式的第一加數(shù)項(xiàng)
為常數(shù)，第二加數(shù)項(xiàng)中I為1到2范圍內(nèi)的數(shù)，可以直接應(yīng)用“舍高項(xiàng)近似計(jì)算法”計(jì)算。按上述方案，第一電阻、第二電阻和第三電阻的阻值選取以使得芯片AD端輸入電壓范圍內(nèi)為準(zhǔn)。 本發(fā)明的工作原理為熱敏電阻的特性是一個(gè)復(fù)雜的非線性函數(shù)，很難準(zhǔn)確得到 其關(guān)系式，只能采用近似的方法來(lái)計(jì)算。R-T曲線類似于對(duì)數(shù)函數(shù)曲線，因此對(duì)R-T曲線求 以10為底的對(duì)數(shù)，得到IgR-T曲線，可見IgR-T曲線線性度較高，容易實(shí)現(xiàn)擬合。對(duì)IgR-T 曲線進(jìn)行三次擬合，計(jì)算得的誤差很小。 由于 Igi =
Ini InlO
，則如何在DSP中用定點(diǎn)算法計(jì)算出InR即可得到lgR。在定點(diǎn)DSP
中只能進(jìn)行加減乘除的運(yùn)算，必須轉(zhuǎn)化為加減乘除的近似運(yùn)算來(lái)間接計(jì)算InR。
χ2 X3Xn ~
ln(l _x) = _x-----…--
2 3η ln(l + χ) = χ~ —+ — + ... + (-1)"-1 —
2 3η
1η(|^) = -2χ(χ +芋 + 令+ ...)
1 + χ3 5
(1)， 令
η 1-χ I-R
R =-= > χ =
1 + χ
1 + i
代
入
得
到
Ini =-2 χ
—^(―)5· 1 + R 3 \ + R 5 \ + R
(2)，由于 0 < R < + oo，@]tko<x = i—^-<1,
\ + R
(2)式舍去5次以上的高次項(xiàng)得到 lni = -2 χ
I-R 1,1_尺、3 -+ —(-)
\ + R 3 \ + R (3)式成立的條件
旦
疋
I-R
1 + R
<1，且
I-R
1 + R
(3)
—O時(shí)，經(jīng)⑶式算得的誤差就越/J采用誤差比較法確定R分段方式，最后采用分段算法得到各分段的InR值。本發(fā)明的有益效果為1、采用此方法使得溫度檢測(cè)精度大大提高；2、此方法實(shí)現(xiàn) 簡(jiǎn)單，運(yùn)算速度快；3、硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)約成本。


圖1為基于DSP平臺(tái)搭建溫度檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2為本發(fā)明一實(shí)施例的熱敏電阻R-T曲線變換得到IgR-T曲線圖3為對(duì)圖2中IgR-T曲線三次擬合后得到的溫度誤差曲線圖4為本發(fā)明一實(shí)施例的InR誤差E (InR)5為本發(fā)明一實(shí)施例的溫度誤差E (T)圖
具體實(shí)施例方式
圖1為基于DSP平臺(tái)搭建溫度檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，應(yīng)用3. 3V基準(zhǔn)電源的分壓電路實(shí) 現(xiàn)熱敏電阻的阻值的電壓轉(zhuǎn)換，電壓通過(guò)DSP的AD 口進(jìn)行測(cè)量，其它的一切在DSP里面完 成余下的溫度計(jì)算。其中分壓電路應(yīng)用一個(gè)精度的IOK的電阻與熱敏電阻并聯(lián)后再與 同樣的精度的IOK的電阻串聯(lián)后輸出電壓到DSP的AD 口。在DSP里面進(jìn)行AD檢測(cè)電 壓得到分壓后的AD 口輸入電壓U。ut。
4
本實(shí)施例所選熱敏電阻為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，其型號(hào)為NTSA0103FZ485，可滿 足-40°C -105°C的溫度檢測(cè)要求。本實(shí)施例的具體步驟為DDSP進(jìn)行AD 口電壓檢測(cè)，跟據(jù)檢測(cè)的寄存器的值進(jìn)行AD校正后得到Uout，然后 計(jì)算R值關(guān)系為 這一步驟里采用的是精度的電阻進(jìn)行分壓，且DSP的AD檢測(cè)得到了線性校正 后的精度足夠好，這一步驟的計(jì)算誤差是比較小的。2)由熱敏電阻說(shuō)明書得到R-T特性曲線，對(duì)其求以10為底的對(duì)數(shù)，得到IgR-T曲線， 如圖2所示。熱敏電阻的特性是一個(gè)復(fù)雜的非線性函數(shù)，很難準(zhǔn)確得到其關(guān)系式，只能采用近 似的方法來(lái)計(jì)算。由圖2左圖可看出R-T曲線類似于對(duì)數(shù)函數(shù)曲線，因此對(duì)R-T曲線R求以 10為底的對(duì)數(shù)，得到IgR-T曲線，如圖2右圖，可見IgR-T曲線線性度較高，容易實(shí)現(xiàn)擬合。3)對(duì)IgR-T曲線進(jìn)行三次擬合得到T與IgR之間的關(guān)系式 對(duì)IgR-T曲線進(jìn)行三次擬合后得到的溫度誤差圖如圖3所示，圖中橫坐標(biāo)表示對(duì) 于特定電阻值R計(jì)算得到的溫度與理想R-T曲線求得的溫度之差ΔΤ，縱坐標(biāo)表示特定電阻 值R對(duì)應(yīng)的熱敏電阻溫度值T。由圖可知，當(dāng)IgR計(jì)算準(zhǔn)確的情況下三次擬合計(jì)算得的誤差 在0.1攝氏度范圍之內(nèi)。


，在DSP中用定點(diǎn)算法轉(zhuǎn)化為加減乘除的近似運(yùn)算來(lái)間接計(jì)算
出 lgR。

上式舍去5次以上的高次項(xiàng)得到
lni = -2x
I-R 1 fl-R l + R + 3{l + R
(2)
(3) (3)式成立的條件
旦
疋
I-R
1 + R
<1，且
I-R
1 + R
—0時(shí)，經(jīng)(3)式算得的誤差就越小。由于
在-40 < T < 100 范圍內(nèi) 360 > R > 0. 5，當(dāng) R = 0. 5 時(shí)，
I-R
1 + R
=|，此時(shí)
5”、 式(6)算的誤差E = O. 00179，代入式⑶中有得到的溫度計(jì)算誤差E⑴=0. 054度。
\-R 1令"^7StIOJ<尺<2，艮P 在 0.5 < R < 2 時(shí)，式(3)、(5)算得的誤差 E 1 + K 3
< 0. 00179E(T) < 0. 054。現(xiàn)充分利用這一特點(diǎn)，令R = 2a*2b，其中a為大于等0的整數(shù)， 0 < b < 1有
Iog2(R) = (a+ b)‘ln(i ) = ln2*log2(i ) = ln2*(a + &) > 1η(Λ) = α*1η2 + *1η2
_6] 2、Anog2(A) = !^
Ia2 2a In 2ln(i ) = a*ln2 + ln(^)(7)由0 < b < 1，則有1 < 2b < 2，即是1 2故式⑵后項(xiàng)可以用“舍高項(xiàng)近似計(jì)算
法”實(shí)現(xiàn)，而(7)式前項(xiàng)是一個(gè)常數(shù)，(7)式子只有一個(gè)未知量a，現(xiàn)在的目標(biāo)轉(zhuǎn)移到怎樣確定a。由R = 2a*2b，其中 a 為大于等 0 的整數(shù)，0 < b < 1，得到 2a < R = 2a*2b < 2a+1， 采用對(duì)R分段處理就可以實(shí)現(xiàn)求a值和2a值了。在我們要檢測(cè)溫度_20°C到105°C范圍內(nèi)0 < R < 102，則對(duì)R進(jìn)行2的多次方數(shù) 分段，并用分段算法計(jì)算如下表表1按2的多次方數(shù)對(duì)R進(jìn)行分段
R2aaInR64 < R < = 1286466*ln2+ln(R/64)32 < R < = 643255*ln2+ln(R/32)16 < R < = 321644*ln2+ln(R/16)8 < R <= 16833*ln2+ln(R/8)4<R <=8422*ln2+ln(R/4)2<R <=421ln2+ln(R/2)0<R <=2100+lnR 這樣通過(guò)分段處理計(jì)算，表1中計(jì)算公式的第二加數(shù)項(xiàng)中R/64、R/32等都是1到
62范圍內(nèi)的數(shù)，第二加數(shù)項(xiàng)證明了可以直接應(yīng)用“舍高項(xiàng)近似計(jì)算法”計(jì)算，故以上分段計(jì)算 所得到的誤差可以做到很小。通過(guò)本發(fā)明所述方法得到的InR誤差E (InR)圖和溫度誤差 E(T)圖，其分別如圖4、圖5所示，在圖中橫坐標(biāo)代表所要計(jì)算的熱敏電阻阻值R對(duì)應(yīng)的溫 度值T，縱坐標(biāo)表示計(jì)算的InR誤差E (InR)、溫度誤差E (T)。圖4中曲線1為不分段直接用 3式計(jì)算得出的InR誤差曲線，曲線2為采用新的分段式計(jì)算得出的InR誤差曲線。圖5中 曲線3為不分段直接用(3)式計(jì)算得出的溫度誤差E (T)曲線，曲線⑷為采用新的分段式 算法計(jì)算得出的溫度誤差E(T)曲線。很明顯，采用新的分段式計(jì)算處理，能大大減小溫度 在60度以下熱敏電阻阻值R計(jì)算出來(lái)的InR的誤差和溫度誤差，新算法計(jì)算得到的InR值 的精度，完全能達(dá)到溫度檢測(cè)的精度。如果在系統(tǒng)AD檢測(cè)和R到U的外圍電路精度可靠的 情況下，本發(fā)明所述方法計(jì)算溫度偏差在0. 054度范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種基于DSP的熱敏電阻測(cè)溫方法，其特征在于它包括以下幾個(gè)步驟S1)選用熱敏電阻作為溫度傳感器，基于DSP平臺(tái)搭建溫度檢測(cè)系統(tǒng)，溫度檢測(cè)系統(tǒng)具體為第一電阻與熱敏電阻相并聯(lián)，熱敏電阻一端接地，另一端與第二電阻和第三電阻相聯(lián)接，第二電阻另一端加電壓U，第三電阻另一端輸出電壓Uout，與DSP的AD端口聯(lián)接；所述的熱敏電阻為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻；S2)DSP進(jìn)行AD端口電壓檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)的寄存器的值進(jìn)行AD校正后得到的Uout值，以及各電阻的阻值，計(jì)算出R值；S3)由熱敏電阻說(shuō)明書得到R T特性曲線，對(duì)R求以10為底的對(duì)數(shù)，得到lgR T曲線，對(duì)lgR T曲線進(jìn)行三次擬合得到T與lgR之間的關(guān)系式；S4)在定點(diǎn)DSP中對(duì)lnR的計(jì)算轉(zhuǎn)化為加減乘除的近似運(yùn)算，采取“舍高項(xiàng)近似計(jì)算法”得到計(jì)算公式，進(jìn)而采用誤差比較法確定分段方式，最后采用分段算法得到各分段的lnR值；S5)由于將S2)得出的R對(duì)應(yīng)至S4)的分段中，得出lnR，代入到S3)的關(guān)系式中，計(jì)算出此時(shí)熱敏電阻的溫度值T。FDA0000026009460000011.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP的熱敏電阻測(cè)溫方法，其特征在于所述的步 驟S4)中的分段算法具體為對(duì)R進(jìn)行2的多次方數(shù)分段，令R = 2aX2b，其中a為大于等0的整數(shù)，0 < b < 1，于是有l(wèi)ni = axln2 + ln4~，2a < R = 2aX2b < 2a+1，在 R-T 曲線中得 到要檢測(cè)的溫度范圍對(duì)應(yīng)的R的取值范圍，將a的取值作為分段的依據(jù)，得到各分段的InR 計(jì)算公式，此時(shí)由于a為常數(shù)，因此InR計(jì)算公式的第一加數(shù)項(xiàng)為常數(shù)，第二加數(shù)項(xiàng)中—為1到2范圍內(nèi)的數(shù)，可以直接應(yīng)用“舍高項(xiàng)近似計(jì)算法”計(jì)算。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于DSP的熱敏電阻測(cè)溫方法，其特征在于第一 電阻、第二電阻和第三電阻的阻值選取以使得Uout在DSP芯片AD端輸入電壓范圍內(nèi)為準(zhǔn)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于DSP的熱敏電阻測(cè)溫方法，利用熱敏電阻R-T特性檢測(cè)電力設(shè)備的溫度，并在DSP中對(duì)lgR-T曲線進(jìn)行擬合得到T與lgR-T之間的關(guān)系式。對(duì)lnR的計(jì)算轉(zhuǎn)化為加減乘除的近似運(yùn)算，采取“舍高項(xiàng)近似計(jì)算法”得到計(jì)算公式，進(jìn)而采用誤差比較法確定分段方式，最后采用分段算法得到各分段的lnR值，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的溫度計(jì)算。采用本方法使得溫度檢測(cè)精度大大提高；此方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，運(yùn)算速度快；硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)約成本。
文檔編號(hào)G01K7/22GK101922981SQ20101027824
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者康現(xiàn)偉, 蔡暢, 陶文濤 申請(qǐng)人:中冶南方(武漢)自動(dòng)化有限公司