一种基于嵌入式系统的热敏电阻温度特性测量装置的制作方法

本发明属于一种热敏电阻温度特性测量仪，尤其涉及一种基于嵌入式系统的热敏电阻温度特性测量装置。

背景技术：

随着科技的进步，越来越多的电气元件组成的系统能替代人工操作，嵌入式系统逐渐进入人们的视线，嵌入式系统(embeddedsystem)是一种“完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统”。现有的热敏电阻温度特性测量试验装置采用单臂电桥测得热敏电阻阻值，使用传统玻璃温度计测得导热介质(自来水)的温度，在实际的实验过程中存在时间上的误差，即温度和阻值不对应，且使用玻璃温计读数不够精确。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于嵌入式系统的热敏电阻温度特性测量装置，易实现热敏电阻温度特性测量，结构简单，成本低廉。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于嵌入式系统的热敏电阻温度特性测量装置，包括壳体、主控芯片、采样电阻、拨挡开关、温度传感器、显示屏、12v直流电源、加热装置、3.3v稳压电源、12v电源插口、adc模数转换器；

主控芯片、若干采样电阻、3.3v稳压电源固定在壳体内，adc模数转换器内置于主控芯片，采样电阻与热敏电阻串联，可用拨挡开关选择不同的采样电阻与热敏电阻串联，3.3v稳压电源为adc模数转换器提供基准电压，温度传感器、显示屏与主控芯片连接，温度传感器与热敏电阻悬挂在加热装置内，12v直流电源通过设置在壳体的电源插口与3.3v稳压电源连接，12v直流电经过3.3v稳压电源转化为3.3v直流电；所述的加热装置内注有水，温度传感器、热敏电阻均位于水平面高度下约1/2处，且悬于水中，水面高度为加热装置的2/3。

所述的adc模数转换器用于测量单臂电桥电位值，基准电压3.3v。

所述的主控芯片为stm32f103rct6芯片。

所述的温度传感器为ds18b20。

一种基于嵌入式系统的热敏电阻温度特性测量装置的使用方法，包括以下步骤：

1)12v直流电源为3.3v稳压电源供电，在3.3v稳压电源下经adc模数转换器测得单臂电桥的电位值，adc模数转换器将模拟信号转换成数字信号，传输给主控芯片；根据采样电阻参数计算出热敏电阻阻值：

2)在执行步骤1)的同一时刻下，温度传感器测得导热介质的温度，由于热敏电阻阻值与单臂电桥的电位值呈一次线性关系，直接根据采样电阻的阻值和单臂电桥的电位值在主控芯片中计算出来；根据温度传感器返回的温度记录对应的阻值；最后将热敏电阻阻值和温度传感器返回的温度记录对应的阻值生成实验数据并显示在显示屏上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明是以单片机为核心，显示器、温度传感器等电子器件为执行装置的嵌入式系统，其结构简单、成本低廉、可操作性强，能够直接用于热敏电阻温度特性测量实验的教学实践，通过简单的操作便可获得热敏电阻的阻值与温度的关系，并极大的节省了实验中的无效等待时间，有效的避免不必要的实验误差，可在大学物理实验教学课程中推广使用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的电气原理图。

图3是本发明的电路图。

图中：1-主控芯片2-采样电阻3-温度传感器4-显示屏5-壳体6-12v直流电源7-热敏电阻8-加热装置9-3.3v稳压电源10-按键11-拨档开关12-热敏电阻接口13-船型开关14-12v电源插口15-adc模数转换器16-单臂电桥17-加热器。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。

见图1-图3，一种基于嵌入式系统的热敏电阻温度特性测量装置，包括壳体5、主控芯片1、采样电阻2、温度传感器3、显示屏3、12v直流电源6、加热装置8、3.3v稳压电源9、12v电源插口14、adc模数转换器15；主控芯片1、若干采样电阻2、3.3v稳压电源9固定在壳体5内，adc模数转换器15内置于主控芯片1，3.3v稳压电源9与adc模数转换器15连接，温度传感器3、显示器与主控芯片1连接，温度传感器3、热敏电阻7设置在加热装置8，3.3v稳压电源9为主控芯片1供电，12v直流电源6通过设置在壳体5的电源插口与3.3v稳压电源9连接。加热装置8内注有水，温度传感器3、热敏电阻7均设置在同一水平位置，且悬于水中；实际操作时，可在加热装置8顶部设置盖体，并在其上打孔，通过线将温度传感器3、热敏电阻7悬挂在加热装置8内。

其中，12位adc模数转换器15用于测量单臂电桥16电位值，基准电压3.3v。主控芯片1为stm32f103rct6芯片。温度传感器3为ds18b20，用于在单臂电桥16测量待测热敏电阻rt的同一时刻下，测量导热介质的温度，需与热敏电阻7位于水面高度约1/2处，且不能碰壁。加热装置8内设有加热器17，用于对加热装置8内的水加热，加热前将水加入至加热装置8的2/3处。显示屏3为lcd显示屏3，12v直流电源6为2a的直流电源。采样电阻2可采用：rx70-e(0.25w～1w，1kω、2kω)，用作adc模数转换器15的采样电阻2。壳体5可采用透明的非金属材料制作，如：有机玻璃等，屏幕镶嵌在上盖，其下方为主控芯片1及其电路。

见图1-图3，基于嵌入式系统的热敏电阻温度特性测量装置的使用方法，包括以下步骤：

1)12v直流电源6为3.3v稳压电源供电，在3.3v稳压电源9下经adc模数转换器15测得单臂电桥16的电位值，adc模数转换器15将模拟信号转换成数字信号，传输给主控芯片1；根据采样电阻2参数计算出热敏电阻7阻值：

rt＝(adc_dma_in1*r/(4095-adc_dma_in1))(1)

式(1)中，rt：热敏电阻7阻值；adc_dma_in1：采用数模转换测量所得数值；r：采样电阻2阻值。

2)在执行步骤1)的在同一时刻下，温度传感器3测得导热介质的温度，由于热敏电阻7阻值与单臂电桥16的电位值呈一次线形关系；根据温度传感器3返回的温度记录对应的阻值；最后将热敏电阻7阻值和温度传感器3返回的温度记录对应的阻值生成实验数据并显示在屏幕上。

按键10、拨档开关11、船型开关13、12v电源插口14。按键10与数控芯片连接，用于操作设备。船型开关13用于控制12v电源与3.3v稳压电源9的连接通断。12v电源插口14用于连接外部12v电源。

热敏电阻7两极插入4mm香蕉头插座，香蕉头插座固定在上面板，无极性区分。船型开关13为装置电源总开关，关闭后3.3v电源也会切断。拨档开关11(下图中为s1)为采样电阻2选择开关，提高热敏电阻7阻值测量精度。

使用时，具体包括以下步骤：

1)将12v电源线插入插孔打开电源开关。

2)插入热敏电阻7并将热敏电阻7和温度传感器3置入加热装置8，在加热装置8中加入室温下的水。

3)根据热敏电阻7的阻值上线选择采样电阻2，上限超过10kω选择10kω，低于10kω选择1kω。

4)加热器17达到设定温度，实验数据将自动生成并显示到lcd显示器上。

6)记录实验数据，关闭装置结束实验。

如在实验过程中因人为因素导致实验错误，需更换加热装置8内的水并按下复位按钮重新开始实验。若实验数据超过预期范围，需检查各部分连接与位置是否符合实验要求。