嵌入式工程师必备技能：NTC采样原理与温度转换详解
目录
- 嵌入式工程师必备技能：NTC采样原理与温度转换详解
- 1、简单介绍
- 2、测温原理
- 3、测温电路
- 4、NTC阻值计算
- 5、实战技能
1、简单介绍
NTC（Negative Temperature Coefficient），意为是负的温度系数，泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件。
通常我们提到的NTC是指负温度系数热敏电阻，简称NTC热敏电阻。又被称为负温度系数热敏电阻，是一类电阻值随温度增大而减小的一种传感器电阻。
NTC热敏电阻根据其用途的不同分为：
- 功率型NTC热敏电阻
- 补偿型NTC热敏电阻
- 测温型NTC热敏电阻
本文用来讲解的就是第三种使用方式：用来测温。
2、测温原理
可能你要问了，测温不是可以使用温度传感器，如DS18B20直接测吗？为什么还要用热敏电阻，还根据热敏电阻值去转换实际的温度值，岂不是若此一举？
上对比图，这是某国产18B20的价钱：
再看一眼NTC热敏电阻的价钱：
原因就不必多说了吧~！
我们使用热敏电阻时手册里都会说明是多少K的电阻，如10K、100K等，这代表当热敏电阻为10K时对应温度25℃，另外厂家还会提供一张电阻关系和实际温度的对应表，以风华的
CMFA103J3950HANT型为例，这是一个参数为10KΩ，25℃的热敏电阻，厂家提供的数据表如下：
3、测温电路
采样电路也很简单，回到初中所学知识：串联电阻分压电路用在此处恰好不过。以我实际使用的一个产品电路为例，电路如下所示：
R28：风华NTC热敏电阻，型号：CMFA103J3950HANT
R30：分压电阻，10KΩ
如上图所示，ADC采样得到的电压值就是R28两端的电压，总电压是5V，那么R30两端的电压也就是5V-U28的电压。
4、NTC阻值计算
串联电路分压公式如下图所示：
将上面的公式变形，就变成了串联电路求电阻公式：
- R2 = R1 * U / U1 - R1
- R1 = R2 * U / U2 - R2
那么，现在已知的参数有：
- 电源电压：5V
- R28电压：2.74V（通过ADC采集得到）
- R30电压：2.26V（5-2.74）
- R30阻值：10K
套用公式求NTC电阻值R28：
10KΩ * 5V / 2.26V - 10KΩ = 12.124KΩ
然后去查表得到温度为20℃左右。
5、实战技能
通过上面的讲解我们已经把NTC电阻用起来了，在程序中将阻值转换为温度时常用的有如下几个办法：
- 查表法：将厂家提供的温度与阻值的关系表写死在单片机中，程序通过查表获得温度
- 计算法：对电阻与温度这个表进行抽样后做成一个公式，在程序中通过计算去得到实际的温度
查表法常见的使用方式，但是这样就有一个缺点，这个表太大了，并且厂家提供的资料还都是pdf格式，无法直接复制出来，实现起来不够优雅，所以我一般不采用；另一方面来说，对于FLASH或内存容量比较小的单片机来说，能不能够存储下这么大的表还是个问题。
使用计算法需要注意，NTC电阻值与温度之间的关系不是线性的，是指数函数关系，直接做公式是不好做的，有的工程师是分段标定，但是我觉得这样太麻烦了，所以我的办法是使用matlab做公式拟合，拟合方式选择Power，也就是指数函数。
NTC电阻值与温度曲线：
matlab拟合效果如下：
拟合效果是非常理想的，可以说是一模一样了。
拟合出来的公式为：
温度(℃) = 209.3 * pow(NTC电阻值(KΩ)，-0.156) - 121.3，pow为求x的n次幂。
套用我们上面已经计算出来的NTC电阻值12.124K欧姆：
209.3 * pow(12.124，-0.156) - 121.3 ≈ 20.514℃
计算出来的温度值完全没问题~！！
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