专利名称：一种基于dsp的热敏电阻测温方法
技术领域：
本发明涉及一种测温方法，特别是基于DSP的热敏电阻测温方法。
背景技术：
温度控制在变频器、UPS等其它工业控制设备中经常用到。控制系统根据温度值 决定对散热器风扇的控制，在温度超出正常工作范围时，对设备进行过热保护，防止继续工 作对设备造成损害。在一股的工业控制设备如变频器、UPS等设备中温度控制是控制器设 计时必要的设计之一。目前对此类控制设备的温度检测和控制方法复杂，精度不高，且硬件 成本高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于DSP的热敏电阻测温方法，能有效地 提高温度检测精度。本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为一种基于DSP的热敏电阻测温 方法，其特征在于它包括以下几个步骤Si)选用热敏电阻作为温度传感器，基于DSP平台搭建温度检测系统，温度检测系 统具体为第一电阻与热敏电阻相并联，热敏电阻一端接地，另一端与第二电阻和第三电阻 相联接，第二电阻另一端加电压U,第三电阻另一端输出电压Uout，与DSP的AD端口联接；所 述的热敏电阻为负温度系数热敏电阻；S2)DSP进行AD端口电压检测，根据检测的寄存器的值进行AD校正后得到的Uout 值，以及各电阻的阻值，计算出R值；S3)由热敏电阻说明书得到R-T特性曲线，对R求以10为底的对数，得到IgR-T曲 线，对IgR-T曲线进行三次拟合得到T与IgR之间的关系式；S4)在定点DSP中对InR的计算转化为加减乘除的近似运算，采取“舍高项近似计 算法”得到计算公式，进而采用误差比较法确定分段方式，最后采用分段算法得到各分段的 InR 值;
In RS5)由于Igi = 7"。，将S2)得出的R对应至S4)的分段中，得出InR，代入到S3)
InlO
的关系式中，计算出此时热敏电阻的温度值T。按上述方案，所述的步骤S4)中的分段算法具体为对R进行2的多次方数分段，令
R = 2aX2b，其中 a 为大于等 0 的整数，0 < b < 1，于是有lni = αχ1η2 + 1η4·，2a < R =
2
2aX2b < 2a+1，在R-T曲线中得到要检测的温度范围对应的R的取值范围，将a的取值作为分 段的依据，得到各分段的InR计算公式，此时由于a为常数，因此InR计算公式的第一加数项
为常数，第二加数项中I为1到2范围内的数，可以直接应用“舍高项近似计算法”计算。按上述方案，第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值选取以使得芯片AD端输入电压范围内为准。 本发明的工作原理为热敏电阻的特性是一个复杂的非线性函数，很难准确得到 其关系式，只能采用近似的方法来计算。R-T曲线类似于对数函数曲线，因此对R-T曲线求 以10为底的对数，得到IgR-T曲线，可见IgR-T曲线线性度较高，容易实现拟合。对IgR-T 曲线进行三次拟合，计算得的误差很小。 由于 Igi =
Ini InlO
，则如何在DSP中用定点算法计算出InR即可得到lgR。在定点DSP
中只能进行加减乘除的运算，必须转化为加减乘除的近似运算来间接计算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次以上的高次项得到 lni = -2 χ
I-R 1,1_尺、3 -+ —(-)
\ + R 3 \ + R (3)式成立的条件
旦
疋
I-R
1 + R
<1，且
I-R
1 + R
(3)
—O时，经⑶式算得的误差就越/J采用误差比较法确定R分段方式，最后采用分段算法得到各分段的InR值。本发明的有益效果为1、采用此方法使得温度检测精度大大提高；2、此方法实现 简单，运算速度快；3、硬件结构简单，节约成本。
图1为基于DSP平台搭建温度检测系统结构2为本发明一实施例的热敏电阻R-T曲线变换得到IgR-T曲线图3为对图2中IgR-T曲线三次拟合后得到的温度误差曲线图4为本发明一实施例的InR误差E (InR)5为本发明一实施例的温度误差E (T)图
具体实施例方式
图1为基于DSP平台搭建温度检测系统结构图，应用3. 3V基准电源的分压电路实 现热敏电阻的阻值的电压转换，电压通过DSP的AD 口进行测量，其它的一切在DSP里面完 成余下的温度计算。其中分压电路应用一个精度的IOK的电阻与热敏电阻并联后再与 同样的精度的IOK的电阻串联后输出电压到DSP的AD 口。在DSP里面进行AD检测电 压得到分压后的AD 口输入电压U。ut。
4
本实施例所选热敏电阻为负温度系数热敏电阻，其型号为NTSA0103FZ485，可满 足-40°C -105°C的温度检测要求。本实施例的具体步骤为DDSP进行AD 口电压检测，跟据检测的寄存器的值进行AD校正后得到Uout，然后 计算R值关系为 这一步骤里采用的是精度的电阻进行分压，且DSP的AD检测得到了线性校正 后的精度足够好，这一步骤的计算误差是比较小的。2)由热敏电阻说明书得到R-T特性曲线，对其求以10为底的对数，得到IgR-T曲线， 如图2所示。热敏电阻的特性是一个复杂的非线性函数，很难准确得到其关系式，只能采用近 似的方法来计算。由图2左图可看出R-T曲线类似于对数函数曲线，因此对R-T曲线R求以 10为底的对数，得到IgR-T曲线，如图2右图，可见IgR-T曲线线性度较高，容易实现拟合。3)对IgR-T曲线进行三次拟合得到T与IgR之间的关系式 对IgR-T曲线进行三次拟合后得到的温度误差图如图3所示，图中横坐标表示对 于特定电阻值R计算得到的温度与理想R-T曲线求得的温度之差ΔΤ，纵坐标表示特定电阻 值R对应的热敏电阻温度值T。由图可知，当IgR计算准确的情况下三次拟合计算得的误差 在0.1摄氏度范围之内。
，在DSP中用定点算法转化为加减乘除的近似运算来间接计算
出 lgR。
上式舍去5次以上的高次项得到
lni = -2x
I-R 1 fl-R l + R + 3{l + R
(2)
(3) (3)式成立的条件
旦
疋
I-R
1 + R
<1，且
I-R
1 + R
—0时，经(3)式算得的误差就越小。由于
在-40 < T < 100 范围内 360 > R > 0. 5，当 R = 0. 5 时，
I-R
1 + R
=|，此时
5”、 式(6)算的误差E = O. 00179，代入式⑶中有得到的温度计算误差E⑴=0. 054度。
\-R 1令"^7StIOJ<尺<2，艮P 在 0.5 < R < 2 时，式(3)、(5)算得的误差 E 1 + K 3
< 0. 00179E(T) < 0. 054。现充分利用这一特点，令R = 2a*2b，其中a为大于等0的整数， 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，则有1 < 2b < 2，即是1 2故式⑵后项可以用“舍高项近似计算
法”实现，而(7)式前项是一个常数，(7)式子只有一个未知量a，现在的目标转移到怎样确定a。由R = 2a*2b，其中 a 为大于等 0 的整数，0 < b < 1，得到 2a < R = 2a*2b < 2a+1， 采用对R分段处理就可以实现求a值和2a值了。在我们要检测温度_20°C到105°C范围内0 < R < 102，则对R进行2的多次方数 分段，并用分段算法计算如下表表1按2的多次方数对R进行分段
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 这样通过分段处理计算，表1中计算公式的第二加数项中R/64、R/32等都是1到
62范围内的数，第二加数项证明了可以直接应用“舍高项近似计算法”计算，故以上分段计算 所得到的误差可以做到很小。通过本发明所述方法得到的InR误差E (InR)图和温度误差 E(T)图，其分别如图4、图5所示，在图中横坐标代表所要计算的热敏电阻阻值R对应的温 度值T，纵坐标表示计算的InR误差E (InR)、温度误差E (T)。图4中曲线1为不分段直接用 3式计算得出的InR误差曲线，曲线2为采用新的分段式计算得出的InR误差曲线。图5中 曲线3为不分段直接用(3)式计算得出的温度误差E (T)曲线，曲线⑷为采用新的分段式 算法计算得出的温度误差E(T)曲线。很明显，采用新的分段式计算处理，能大大减小温度 在60度以下热敏电阻阻值R计算出来的InR的误差和温度误差，新算法计算得到的InR值 的精度，完全能达到温度检测的精度。如果在系统AD检测和R到U的外围电路精度可靠的 情况下，本发明所述方法计算温度偏差在0. 054度范围内。
权利要求
一种基于DSP的热敏电阻测温方法，其特征在于它包括以下几个步骤S1)选用热敏电阻作为温度传感器，基于DSP平台搭建温度检测系统，温度检测系统具体为第一电阻与热敏电阻相并联，热敏电阻一端接地，另一端与第二电阻和第三电阻相联接，第二电阻另一端加电压U，第三电阻另一端输出电压Uout，与DSP的AD端口联接；所述的热敏电阻为负温度系数热敏电阻；S2)DSP进行AD端口电压检测，根据检测的寄存器的值进行AD校正后得到的Uout值，以及各电阻的阻值，计算出R值；S3)由热敏电阻说明书得到R T特性曲线，对R求以10为底的对数，得到lgR T曲线，对lgR T曲线进行三次拟合得到T与lgR之间的关系式；S4)在定点DSP中对lnR的计算转化为加减乘除的近似运算，采取“舍高项近似计算法”得到计算公式，进而采用误差比较法确定分段方式，最后采用分段算法得到各分段的lnR值；S5)由于将S2)得出的R对应至S4)的分段中，得出lnR，代入到S3)的关系式中，计算出此时热敏电阻的温度值T。FDA0000026009460000011.tif
2.根据权利要求1所述的一种基于DSP的热敏电阻测温方法，其特征在于所述的步 骤S4)中的分段算法具体为对R进行2的多次方数分段，令R = 2aX2b，其中a为大于等0的整数，0 < b < 1，于是有lni = axln2 + ln4~，2a < R = 2aX2b < 2a+1，在 R-T 曲线中得 到要检测的温度范围对应的R的取值范围，将a的取值作为分段的依据，得到各分段的InR 计算公式，此时由于a为常数，因此InR计算公式的第一加数项为常数，第二加数项中—为1到2范围内的数，可以直接应用“舍高项近似计算法”计算。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于DSP的热敏电阻测温方法，其特征在于第一 电阻、第二电阻和第三电阻的阻值选取以使得Uout在DSP芯片AD端输入电压范围内为准。
全文摘要
本发明提供一种基于DSP的热敏电阻测温方法，利用热敏电阻R-T特性检测电力设备的温度，并在DSP中对lgR-T曲线进行拟合得到T与lgR-T之间的关系式。对lnR的计算转化为加减乘除的近似运算，采取“舍高项近似计算法”得到计算公式，进而采用误差比较法确定分段方式，最后采用分段算法得到各分段的lnR值，从而实现精准的温度计算。采用本方法使得温度检测精度大大提高；此方法实现简单，运算速度快；硬件结构简单，节约成本。
文档编号G01K7/22GK101922981SQ20101027824
公开日2010年12月22日 申请日期2010年9月10日 优先权日2010年9月10日
发明者康现伟, 蔡畅, 陶文涛 申请人:中冶南方(武汉)自动化有限公司