基于热敏电阻的温度控制器设计
王芬
电子信息学院测控技术与仪器1031班
摘要：介绍一种以单片机为核心的温度控制系统。

该系统利用热敏电阻的阻值随温度的变化转化为频率的变化，再由单片机处理后显示温度值，并实时处理。

可以通过编程实现设置和显示温度的上下限和加热控制。

测量范围为10度到80度，适合用于空调机内部。

关键字：单片机、温度、控制系统、非线性、线性化
1 引言
在现实生活中，温度的监测和控制在纺织工业、林业、化工、各种军用、民用房以及气象和模拟人工气侯环境中等方面都有着广泛的应用。

因此，能否有效地对这些领域的环境温度进行实时监测，是一个必须解决的重要课题目前，国际上新型温度测控系统从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展，小型、低功耗、高可靠性、低成本的温度测控系统已经越来越受到关注，并广泛应用于工业控制和自动化测量系统中，给人们的生活带来了根本性的变化。

基于其现实的诸多作用，设计了该温度控制器，也可在此基础上修改为其他非电量的测量系统。

2本系统工作原理
基于热敏电阻的温度控制器系统由前向通道、单片机、后向通道组成。

前
向通道是单片机对被测控温度的输入通道，后向通道是单片机把处理后的数字
量进行传递、输出显示、控制和调节的通道。

其结构框图如图1所示：
图1. 基于热敏电阻的温度控制器系统结构框图
3硬件的实现
3.1 温度传感器
温度传感器采用负温度系数的热敏电阻（NTC），NTC的温度系数大，价格低
廉，用此制造的测温、控温装置在科研、生产等方面使用非常广泛。

但由于NTC 的温度特性存在严重的非线性，其非线性曲线图如图2所示。

因此必须对系统进行线性化处理，线性化处理的方法很多。

有硬件电路的互补法，软件上的最小二乘法等。

下面文章将介绍一种新的方法。

图2：NTC 的非线性曲线图
通过观察由理想情况的测得的热敏电阻t R 和温度T 的多组数据，在Excel 上拟和出得出t R 与T 的曲线图，根据图形观察得到t R 和T 的表达式为:
t a bT
R c dT
+=
+ (1) 再通过C 语言编程计算出表达式中的系数a,b,c 和d 。

再根据R/F 转换器中
1
0.7(2)
t f C R R =
+ (2)
精确计算出参数C 和t R ，就能得到f 与T 的线性表达式。

T mf n =+ （3） （3）式中的系数m 和n 可通过（1）式和（2）式计算得到。

3.2 R/F 转换器
本系统的特点是用555定时器构成的多谐振荡器能产生矩形脉冲波，把NTC 电阻的变化直接转换为频率的变化，通过555的3脚接到单片机P3.4口定时/计数器0来对R/F 的脉冲计数，计数结果即为A/D 转换的结果。

555内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形成，它的振荡频率受电源和温度的变化的影响很小。

这种方法省去了传统方法中的的放大电路，采样保持器，放大器，A/D 转换器，不论是在硬件电路还是在软件设计上都的到了简化。

R/F 转换器的原理图如图3：
图3、R/F转换器原理图
3.3 单片机
8051单片机是目前过内外工业测量控制领域内使用极为广泛的一类8位微控制器，它使用灵活方便，外围硬件支持十分丰富，而且具有体积小，价格低，功能强，利用单片机设计温度测量系统，既可满足功能要求，又经济实惠。

它不但面向控制，可靠性高，抗干扰能力强，而且具有掉电保护功能。

另外，它的I/O接口功能很强，便于系统扩展，应用研制周期短，开发效率高。

3.4 键盘
为了完成预定值设置，系统中设置了3个按键分别为功能键S1、加1键S2和减1键S3，用来设置温度的上下限值。

功能键S1第一次按下时，设置参数为0，LED显示下限温度值，可通过S2和S3设置下限温度；功能键S1第二次按下时，设置参数为1，LED显示上限温度，可通过S2和S3设置上限温度；功能键S1第三次按下，设置参数为2，LED显示当前温度值。

按键的次数和功能依次循环。

若不按功能键直接按加1键或减1键则为无效键。

3.5 显示系统
LED动态显示的基本做法在于分时轮流选通数码管的公共端，使得各数码管同时导通，在选通相应的LED后即在显示字段上得到显示的字形码。

LED动态显示提高了LED的发光效率，而且由于各个数码管的字段线是并联使用的，从而大大简化了硬件线路。

因此。

采用LED共阴动态显示是很合适的。

3.6 加热系统
当测量温度低于设定值的下限时，微处理器将使P2.0口输出低电平，启动加热电路使电加热元件开始工作，加热系统。

当测量温度大于设定温度上限时，P2.0口输出高电平，关闭加热系统。

加热系统如图4：
图4、加热电路
4 系统流程图
系统流程图如图5所示。

5 结束语
本文设计实现了以单片机为核心的，基于热敏电阻的温度控制器的监测、显示很控制系统。

该系统结构简单，操作方便，而且通过编程可以实现较高的精度高。

省去了传统设计中的温度传感器，A/D转换器等，很大的节约了硬件成本。

6 参考文献
《单片微型计算机原理与接口技术》陈光东赵性初编著华中科技大学出版社
《8051单片机实践教程》徐爱钧编著电子工业出版社
《测控系统原理与设计》孙传友孙晓斌汉泽西张欣编著北京航空航天大学出版社
《测控电路及装置》孙传友孙晓斌李胜玉张一编著北京航空航天大学出版社
《通用电子电路400例》何希才邹炳强编著电子工业出版社
《电子控制电路实例》陈尔绍编著电子工业出版社
图5.主流程框图。