CN107167261A - 一种基于热敏电阻的温度检测方法及电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于热敏电阻的温度检测方法，包括如下步骤：第一步：确定温度检测精度与检测范围；第二步：确定温度与电阻阻值、温度与采样电压的关系；第三步：确定温度的一维数组大小；第四步：确定温度的一维数组数据；第五步：依据采样电压求解数组索引；第六步：依据数组索引求解实时温度。该温度检测方法计算量小，这对于温度的实时检测，减小了对芯片运算性能的要求，实用性得到大大提高。

Description

一种基于热敏电阻的温度检测方法及电路

技术领域

本发明属于温度检测技术领域，尤其涉及一种基于热敏电阻的温度检测方法及电路。

背景技术

随着社会进步和经济发展，特别是在当前的数字化、网络化、信息化蓬勃发展的时代，各类型的温度检测装置和各式各样的温度智能监测产品，已广泛应用于工业生产和人们的日常生活中。

人们越来越关注和重视温度对自己、对生产，及对产品的影响，例如：使用电子温度计测量体温、使用温度监控装置检测生产的环境温度，使用温度传感器监测电动汽车电机和电池的温度等；伴随人们物质文化生活的提高，也对各类温度检测产品的精度、范围，及价格要求越来越严苛，这就对各类温度传感器及其检测方法提出了新的要求。

当前应用最为广泛的温度传感器主要有热敏电阻和热电偶，热敏电阻本身是电阻，由单一的金属材料构成，电阻的阻值随温度的变化而变化，包括正温度系数热敏电阻(PTC)和负温度系数热敏电阻(NTC)，热敏电阻常用于中低温度的检测；而热电偶是由两种金属材料构成，两种金属两端的感应电压随温度的变化而变化，热电偶常用于中高温度的检测；一般地，贴近人们日常生活的，常用的温度传感器还是热敏电阻。

热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化，常见的变化关系主要有线性变化和非线性变化两种，即通过这种变化对应关系，可实现对温度的检测。

现有技术方案：

对于阻值随温度线性变化的热敏电阻，一般依照拟合的线性公式进行直接计算；而对于阻值随温度非线性变化的热敏电阻，则一般依照分区拟合的线性公式和单一拟合的曲线公式进行直接计算，或依据温度与阻值一对一映射，并使用多点查表的方式进行检测。

对温度的智能检测和精准计算，离不开单片机等数字处理芯片。采用拟合的线性和曲线公式进行的温度检测，需依据公式进行代码编程，由处理芯片计算得出；而对于采用温度与阻值一对一映射并结合多点查表方式进行的温度检测，则需要依据映射关系，在处理芯片中建立温度与采样电压的二维数组，采用查表的方式得出。

不难发现，现有的基于热敏电阻的温度检测方法存在以下弊端：

(1)采用拟合线性和曲线公式直接计算的温度检测，公式中都含有加法、减法、乘法和除法运算，甚至开方和指数运算等，计算量大；对于温度的实时检测，增加了对芯片运算性能的要求。

(2)采用温度与阻值一对一映射并结合多点查表方式进行的温度检测，是以数据空间换取温度检测精度，即数据越多，检测精度则越高；对于温度的实时检测，增加了对芯片运算性能和内部存储空间的要求。

(3)对于运算性能较差或不带硬件浮点运算单元的处理芯片来说，温度检测的精度和实时效率会受到影响，尤其对于时间常数较小、温度急剧变化，又需要及时保护和处理的应用场景，更会放大影响倍数。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可广泛用于工业、汽车等行业的一种既简单快速、精度又高的基于热敏电阻的温度检测方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于热敏电阻的温度检测方法，它包括如下步骤：

第一步：确定温度检测精度与检测范围；

第二步：确定温度与电阻阻值、温度与采样电压的关系；

第三步：确定温度的一维数组大小；

第四步：确定温度的一维数组数据；

第五步：依据采样电压求解数组索引；

第六步：依据数组索引求解实时温度。

作为优选方式，基于热敏电阻的温度检测方法适用于非线性负温度系数热敏电阻检测、线性正温度系数热敏电阻检测、非线性正温度系数热敏电阻检测和线性负温度系数热敏电阻检测。

作为优选方式，在非线性负温度系数热敏电阻检测中：

第一步：确定温度检测精度与检测范围，设定非线性负温度系数热敏电阻的温度检测范围为a℃至b℃，检测精度为x℃；

第二步：确定温度与电阻阻值、温度与采样电压的关系，依据非线性负温度系数热敏电阻厂家给定的数据手册，查询到温度与电阻阻值的对应关系；

采样用到的数字处理芯片A/D采样端口为k位采样精度，输入电压为0V至yV，采样电压数字输出为0至2^k-1；设定温度[a，b]对应采样电压[y，0]，并对应A/D采样端口数字量[2^k-1，0]；

第三步：确定温度的一维数组大小，为建立从a℃至b℃温度范围的一维数组，并满足x℃的温度采样精度，需将x℃作为非线性度的最小误差求解温度区间个数z；

第四步：确定温度的一维数组数据，依据(2^k-1－0)÷z＝m，可计算得出非线性负温度系数热敏电阻等电压区间的间隔为-m，即得到数组大小为z+1的电压一维数组[2^k-1，2^k-1-m，2^k-1-2m，…，0]；根据非线性负温度系数热敏电阻的映射关系或计算公式，可以很方便地得到对应数组大小为z+1的温度一维数组[a，…，b],为简化运算量，这里将温度的一维数组数据用IQ7格式表示，即将原温度数据左移7位，得到一维数组[A,…，B]；

第五步：依据采样电压求解数组索引，当数字处理芯片检测到电压A/D采样数据时，输出[0，2^k-1]的数字量，其值为左移k位后的值，真实值的范围实为[0，1]；为了简化运算量，需将输入的数字量减去温度点采样的最大值2^k-1，即将[0，2^k-1]对应到[-2^k-1，0]；

为了实现对浮点数的运算，将A/D采样得到的数字量再左移“24-k”位；并将该数字量与左移24位的温度区间个数相乘，得到IQ24格式的数组索引值，记为“Index”；

第六步：依据数组索引求解实时温度，对数组索引值“Index”进行“取整操作”，可得到一个整数，记为“n”，并作为此时温度一维数组的索引，依据该索引查表得到的温度值作为检测温度的第一部份，记为“T₁”,即：T₁＝Temprature[n]；

依据一小段非线性曲线可由一段直线近似等效的原理，可得到索引值“Index”小数部份的温度值；下一个索引“n+1”对应的温度与索引“n”对应温度的差值，记为“△”，即：△＝Temprature[n+1]－Temprature[n]；而对“Index”进行“取小数操作”，记为“f”；最后将“Temprature[n+1]－Temprature[n]”乘以“f”，即可得到检测温度的第二部份，记为“T₂”，即：T₂＝(Temprature[n+1]-Temprature[n])×f；

最终检测的温度，其值应等于上述温度的第一部份与第二部份之和，记为“T”，即：T＝T₁+T₂＝Temprature[n]+(Temprature[n+1]－Temprature[n])×f”；最后，将T右移7位，即可计算出最终检测的实际温度。

作为优选方式，在线性正温度系数热敏电阻检测中：

第一步：确定温度检测精度与检测范围，首先设定线性正温度系数热敏电阻的温度检测范围为u℃至v℃，检测精度为t℃；

第二步：确定温度与电阻阻值、温度与采样电压的关系，依据正温度系数热敏电阻厂家给定的数据手册，可以查询到温度与电阻阻值的对应关系，

采样用到的数字处理芯片A/D采样端口为h位采样精度，输入电压为0V至rV，采样电压数字输出为0至2^h-1；设定温度[u，v]对应采样电压[0，r]，并对应A/D采样端口数字量[0，2^h-1]；

第三步：确定温度的一维数组大小，为建立从u℃至v℃温度范围的一维数组，并满足t℃的温度采样精度，需将t℃作为线性度的最小误差求解温度区间个数s；

第四步：确定温度的一维数组数据，依据(2^h-1－0)÷s＝p，可计算得出正温度系数热敏电阻等电压区间的间隔为p，即得到数组大小为s+1的电压一维数组[0，p，2p，…，2^h-1]；根据正温度系数热敏电阻的映射关系或计算公式，可以很方便地得到对应数组大小为s+1的温度一维数组[u，…，v]，为简化运算量，这里将温度的一维数组数据用IQ7格式表示，即将原温度数据左移7位，得到一维数组[U,…，V]；

第五步：依据采样电压求解数组索引，当数字处理芯片检测到电压A/D采样数据时，输出[0，2^h-1]的数字量，其值为左移h位后的值，真实值的范围实为[0，1]；

为了实现对浮点数的运算，将A/D采样得到的数字量再左移“24-h”位；并将该数字量与左移24位的温度区间个数相乘，得到IQ24格式的数组索引值，记为“Refer”；

第六步：依据数组索引求解实际温度，对数组索引值“Refer”进行“取整操作”，可得到一个整数，记为“q”，并作为此时温度一维数组的索引，依据该索引查表得到的温度值作为检测温度的第一部份，记为“T₁”,即：T₁＝Temprature[q]；

依据一小段非线性曲线可由一段直线近似等效的原理，可得到索引值“Refer”小数部份的温度值；下一个索引“q+1”对应的温度与索引“q”对应温度的差值，记为“i”，即：i＝Temprature[q+1]－Temprature[q]；而对“Refer”进行“取小数操作”，记为“j”；最后将“Temprature[q+1]－Temprature[q]”乘以“j”，即可得到检测温度的第二部份，记为“T₂”，即：T₂＝(Temprature[q+1]-Temprature[q])×j；

最终检测的温度，其值应等于上述温度的第一部份与第二部份之和，记为“T”，即：T＝T₁+T₂＝Temprature[q]+(Temprature[q+1]－Temprature[q])×j”；最后，将T右移7位，即可计算出最终检测的实际温度。

作为优选方式，所述温度与电阻阻值的对应关系包括：拟合的非线性温度计算公式或温度与电阻阻值的一对一映射列表。

作为优选方式，a＝-50，b＝180，x＝0.5，y＝3，k＝12，z＝60，m＝68.25；

所述数字处理芯片为TI公司的F2808数字处理芯片，其A/D采样端口为12位采样精度，输入电压为0V至3V，采样电压数字输出为0至4095；通过适配相应的电阻阻值，可以设定温度[-50，180]对应采样电压[3，0]，并对应A/D采样端口数字量[4095，0]；

划分60个温度区间，需以61个温度点进行划分，即：得到温度数组大小为61；

依据(4095－0)÷60＝68.25，可计算得出非线性负温度系数热敏电阻等电压区间的间隔为-68.25，即得到数组大小为61的电压一维数组[4095，4026.75，3958.47，…，0]；根据非线性负温度系数热敏电阻的映射关系或计算公式，可以很方便地得到对应数组大小为61的温度一维数组[-50，-30.12790003，-21.25507732，…，180]；

由于F2808为不带硬件浮点运算单元支持的数字处理芯片，但为了实现对浮点数的运算，需将温度的一维数组数据用IQ7格式表示，即将温度数据左移7位，转换为程序编程需要的温度一维数组[-6400，-3856，-2721，…，23040]；当查表和计算得到对应的温度后，再右移7位，即可得到实际的温度；当F2808检测到电压A/D采样数据时，输出[0，4095]的数字量，其值为左移12位后的值，真实值的范围实为[0，1]；为了简化运算量，需将输入的数字量减去温度点采样的最大值4095，即将[0，4095]对应到[-4095，0]；

同样地，为了对实现浮点数的运算，将A/D采样得到的数字量再左移12位，得到IQ24格式的数字量；并将该数字量与左移24位的温度区间个数相乘，得到IQ24格式的数组索引值，记为“Index”；

对数组索引值“Index”进行“取整操作”，可得到一个整数，记为“n”，并作为此时温度一维数组的索引，依据该索引查表得到的温度值作为检测温度的第一部份，记为“T₁”,即：T₁＝Temprature[n]；

依据一小段非线性曲线可由一段直线近似等效的原理，可得到索引值“Index”小数部份的温度值；下一个索引“n+1”对应的温度与索引“n”对应温度的差值，记为“△”，即：△＝Temprature[n+1]－Temprature[n]；而对“Index”进行“取小数操作”，记为“f”；最后将“Temprature[n+1]－Temprature[n]”乘以“f”，即可得到检测温度的第二部份，记为“T₂”，即：T₂＝(Temprature[n+1]-Temprature[n])×f；

最终检测的温度，其值应等于上述温度的第一部份与第二部份之和，记为“T”，即：T＝T₁+T₂＝Temprature[n]+(Temprature[n+1]－Temprature[n])×f”；最后，将T右移7位，即可计算出最终检测的实际温度。

作为优选方式，温度与电阻阻值的对应关系包括：拟合的线性温度计算公式或温度与电阻阻值的一对一映射列表。

作为优选方式，u＝-50，v＝200，t＝0.5，r＝3，h＝12，s＝40，p＝102.375；

根据F2808数字处理芯片数据手册可知，其A/D采样端口为12位采样精度，输入电压为0V至3V，采样电压数字输出为0至4095；通过适配相应的电阻阻值，可以设定温度[-50，200]对应采样电压[0，3]，并对应A/D采样端口数字量[0，4095]；

划分40个温度区间，需以41个温度点进行划分，即：得到温度数组大小为41；依据(4095－0)÷40＝102.375，可计算得出正温度系数热敏电阻等电压区间的间隔为102.375，即得到数组大小为41的电压一维数组[0，102.375，204.75，…，4095]；根据正温度系数热敏电阻的映射关系或计算公式，可以很方便地得到对应数组大小为41的温度一维数组[-50，-43.75，-37.5，…，200]；

由于F2808为不带硬件浮点运算单元支持的数字处理芯片，但为了实现对浮点数的运算，需将温度的一维数组数据用IQ7格式表示，即将温度数据左移7位，转换为程序编程需要的温度一维数组[-6400，-5600，-4800，…，25600]；当查表和计算得到对应的温度后，再右移7位，即可得到实际的温度；

当F2808检测到电压A/D采样数据时，输出[0，4095]的数字量，其值为左移12位后的值，真实值的范围实为[0，1]；同样地，为了实现对浮点数的运算，将A/D采样得到的数字量再左移12位，得到IQ24格式的数字量；并将该数字量与左移24位的温度区间个数相乘，得到IQ24格式的数组索引值，记为“Refer”；

对数组索引值“Refer”进行“取整操作”，可得到一个整数，记为“q”，并作为此时温度一维数组的索引，依据该索引查表得到的温度值作为检测温度的第一部份，记为“T₁”,即：T₁＝Temprature[q]；

依据一小段非线性曲线可由一段直线近似等效的原理，可得到索引值“Refer”小数部份的温度值；下一个索引“q+1”对应的温度与索引“q”对应温度的差值，记为“i”，即：i＝Temprature[q+1]－Temprature[q]；而对“Refer”进行“取小数操作”，记为“j”；最后将“Temprature[q+1]－Temprature[q]”乘以“j”，即可得到检测温度的第二部份，记为“T₂”，即：T₂＝(Temprature[q+1]-Temprature[q])×j；

最终检测的温度，其值应等于上述温度的第一部份与第二部份之和，记为“T”，即：T＝T₁+T₂＝Temprature[q]+(Temprature[q+1]－Temprature[q])×j”；最后，将T右移7位，即可计算出最终检测的实际温度。

一种基于热敏电阻的温度检测电路，它包括非线性热敏电阻的温度检测电路和线性热敏电阻的温度检测电路；

所述的非线性热敏电阻的温度检测电路包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1和第二电容C2，电源Vcc连接第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端分别连接第二电阻R2和第一电容C1的第一端，第一电容C1的第二端接地，第二电阻R2还分别与第二电容C2的第一端和数字处理芯片的第一采样输入端连接，第二电容C2的第二端接地，数字处理芯片的第二采样输入端接地，非线性热敏电阻的一端连接到第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1的公共节点上，非线性热敏电阻的另一端接地；

所述的线性热敏电阻的温度检测电路包括：第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、反馈电阻Rf、第三电容C3、第四电容C4、运算发大器U1和稳压二极管Z1；

电源Vcc分别连接第六电阻R6的第一端和第七电阻R7的第一端，第六电阻R6的第二端分别连接线性热敏电阻的第一端、第三电容C3的第一端、第四电阻的第一端和运算放大器U1的正相输入端，第七电阻R7的第二端分别连接第三电阻的第一端、反馈电阻Rf的第一端和运算放大器U1的反相输入端，运算放大器U1的输出端连接第五电阻R5的第一端，第五电阻R5的第二端分别连接反馈电阻Rf的第二端、稳压二极管Z1的负极、第四电容C4的第一端以及数字处理芯片的第一采样输入端，线性热敏电阻的第二端、第三电容C3的第二端、第三电阻R3的第二端、第四电阻R4的第二端、稳压二极管Z1的正极以及数字处理芯片的第二采样输入端接地。

本发明的有益效果是：本温度检测方法及电路没有使用除法、开方和指数等运算操作，没有采用二维数组查表，也没有使用反复、循环查找温度值的递归操作，计算量小，且简单高效，这对于温度的实时检测，不仅减小了对芯片运算性能的要求，实用性也得到大大提高。

附图说明

图1为非线性热敏电阻的温度检测电路示意图；

图2为线性热敏电阻的温度检测电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示为非线性热敏电阻的温度检测电路，它包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1和第二电容C2，电源Vcc连接第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端分别连接第二电阻R2和第一电容C1的第一端，第一电容C1的第二端接地，第二电阻R2还分别与第二电容C2的第一端和数字处理芯片的第一采样输入端连接，第二电容C2的第二端接地，数字处理芯片的第二采样输入端接地，非线性热敏电阻的一端连接到第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1的公共节点上，非线性热敏电阻的另一端接地；

如图2所示为线性热敏电阻的温度检测电路，它包括：第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、反馈电阻Rf、第三电容C3、第四电容C4、运算发大器和稳压二极管；

电源Vcc分别连接第六电阻R6的第一端和第七电阻R7的第一端，第六电阻R6的第二端分别连接线性热敏电阻的第一端、第三电容C3的第一端、第四电阻R4的第一端和运算放大器U1的正相输入端，第七电阻R7的第二端分别连接第三电阻的第一端、反馈电阻Rf的第一端和运算放大器U1的反相输入端，运算放大器U1的输出端连接第五电阻R5的第一端，第五电阻R5的第二端分别连接反馈电阻Rf的第二端、稳压二极管Z1的负极、第四电容C4的第一端以及数字处理芯片的第一采样输入端，线性热敏电阻的第二端、第三电容C3的第二端、第三电阻R3的第二端、第四电阻R4的第二端、稳压二极管Z1的正极以及数字处理芯片的第二采样输入端接地。

下面以非线性负温度系数(NTC)和线性正温度系数(PT100)的热敏电阻，及TI公司的TMS320F2808数字处理芯片为例，详细阐述温度检测的方法。

1)非线性负温度系数检测

第一步：确定温度检测精度与检测范围

设定非线性负温度系数热敏电阻(NTC)的温度检测范围为-50℃至180℃，检测精度为0.5℃，温度检测电路如图1所示。

第二步：确定温度与电阻阻值、温度与采样电压的关系

一般地，依据NTC厂家给定的数据手册，可以查询到温度与电阻阻值的对应关系，例如：拟合的非线性温度计算公式，或温度与电阻阻值的一对一映射列表。

根据F2808数字处理芯片数据手册可知，其A/D采样端口为12位采样精度，输入电压为0V至3V，采样电压数字输出为0至4095；图1中，通过适配相应的电阻阻值，可以设定温度[-50，180]对应采样电压[3，0]，并对应A/D采样端口数字量[4095，0]。

第三步：确定温度的一维数组大小

为建立从-50℃至180℃温度范围的一维数组，并满足0.5℃的温度采样精度，需将0.5℃作为非线性度的最小误差求解温度区间个数；设定本例中需划分60个温度区间，需以61个温度点进行划分，即：得到温度数组大小为61。

第四步：确定温度的一维数组数据

依据(4095－0)÷60＝68.25，可计算得出NTC等电压区间的间隔为-68.25，即得到数组大小为61的电压一维数组[4095，4026.75，3958.47，…，0]；根据NTC的映射关系或计算公式，可以很方便地得到对应数组大小为61的温度一维数组[-50，-30.12790003，-21.25507732，…，180]。

由于F2808为不带硬件浮点运算单元支持的数字处理芯片，但为了实现对浮点数的运算，需将温度的一维数组通过IQ7格式转换(左移7位)，转换为程序编程需要的温度一维数组[-6400，-3856，-2721，…，23040]；当查表和计算得到对应的温度后，再通过IQ7格式转换(右移7位)得到实际的温度即可。

第五步：依据采样电压求解数组索引

当F2808检测到电压A/D采样数据时，输出[0，4095]的数字量，其值实为IQ12格式(左移12位)，真实值的范围实为[0，1]；为了简化运算量，需将输入的数字量减去温度点采样的最大值4095，即将[0，4095]对应到[-4095，0]。

同样地，为了实现对浮点数的运算，将A/D采样得到的数字量再进行IQ12格式转换(IQ12左移12位后得到IQ24格式)；再将该IQ24格式的数字量与左移24位的温度区间个数IQ24(-60)相乘，得到IQ24格式的数组索引值，记为“Index”。

第六步：依据数组索引求解实时温度

对数组索引值“Index”进行“取整操作”，可得到一个整数，记为“n”，并作为此时温度一维数组的索引，依据该索引查表得到的温度值作为检测温度的第一部份，记为“T₁”,即：T₁＝Temprature[n]。

依据一小段非线性曲线可由一段直线近似等效的原理，可得到索引值“Index”小数部份的温度值。下一个索引“n+1”对应的温度与索引“n”对应温度的差值，记为“△”，即：△＝Temprature[n+1]－Temprature[n]；而对“Index”进行“取小数操作”，记为“f”；最后将“Temprature[n+1]－Temprature[n]”乘以“f”，即可得到检测温度的第二部份，记为“T₂”，即：T₂＝(Temprature[n+1]-Temprature[n])×f。

最终检测的温度，其值应等于上述温度的第一部份与第二部份之和，记为“T”，即：T＝T₁+T₂＝Temprature[n]+(Temprature[n+1]－Temprature[n])×f”；最后，将T进行IQ7格式转换(右移7位)，即可计算出最终检测的实际温度。

2)线性正温度系数检测

第一步：确定温度检测精度与检测范围

设定线性正温度系数热敏电阻(PT100)的温度检测范围为-50℃至200℃，检测精度为0.5℃，温度检测电路如图2所示。

第二步：确定温度与电阻阻值、温度与采样电压的关系

一般地，依据PT100厂家给定的数据手册，可以查询到温度与电阻阻值的对应关系，例如：拟合的线性温度计算公式，或温度与电阻阻值的一对一映射列表。

根据F2808数字处理芯片数据手册可知，其A/D采样端口为12位采样精度，输入电压为0V至3V，采样电压数字输出为0至4095；图2中，通过适配相应的电阻阻值，可以设定温度[-50，200]对应采样电压[0，3]，并对应A/D采样端口数字量[0，4095]。

第三步：确定温度的一维数组大小

为建立从-50℃至200℃温度范围的一维数组，并满足0.5℃的温度采样精度，需将0.5℃作为线性度的最小误差求解温度区间个数；设定本例中需划分40个温度区间，需以41个温度点进行划分，即：得到温度数组大小为41。

第四步：确定温度的一维数组数据

依据(4095－0)÷40＝102.375，可计算得出PT100等电压区间的间隔为102.375，即得到数组大小为41的电压一维数组[0，102.375，204.75，…，4095]；根据PT100的映射关系或计算公式，可以很方便地得到对应数组大小为41的温度一维数组[-50，-43.75，-37.5，…，200]。

由于F2808为不带硬件浮点运算单元支持的数字处理芯片，但为了实现对浮点数的运算，需将温度的一维数组通过IQ7格式转换(左移7位)，转换为程序编程需要的温度一维数组[-6400，-5600，-4800，…，25600]；当查表和计算得到对应的温度后，再通过IQ7格式转换(右移7位)得到实际的温度即可。

第五步：依据采样电压求解数组索引

当F2808检测到电压A/D采样数据时，输出[0，4095]的数字量，其值实为IQ12格式(左移12位)，真实值的范围实为[0，1]。

同样地，为了对实现浮点数的运算，将A/D采样得到的数字量再进行IQ12格式转换(IQ12左移12位后得到IQ24格式)；再将该IQ24格式的数字量与左移24位的温度区间个数IQ24(40)相乘，得到IQ24格式的数组索引值，记为“Refer”。

第六步：依据数组索引求解实际温度

对数组索引值“Refer”进行“取整操作”，可得到一个整数，记为“q”，并作为此时温度一维数组的索引，依据该索引查表得到的温度值作为检测温度的第一部份，记为“T₁”,即：T₁＝Temprature[q]。

依据一小段非线性曲线可由一段直线近似等效的原理，可得到索引值“Refer”小数部份的温度值。下一个索引“q+1”对应的温度与索引“q”对应温度的差值，记为“i”，即：i＝Temprature[q+1]－Temprature[q]；而对“Refer”进行“取小数操作”，记为“j”；最后将“Temprature[q+1]－Temprature[q]”乘以“j”，即可得到检测温度的第二部份，记为“T₂”，即：T₂＝(Temprature[q+1]-Temprature[q])×j。

最终检测的温度，其值应等于上述温度的第一部份与第二部份之和，记为“T”，即：T＝T₁+T₂＝Temprature[q]+(Temprature[q+1]－Temprature[q])×j”；最后，将T进行IQ7格式转换(右移7位)，即可计算出最终检测的实际温度。

根据以上所述不难看出，该温度检测方法没有使用除法、开方和指数等运算操作，没有采用二维数组查表，也没有使用反复、循环查找温度值的递归操作，计算量小，且简单高效，这对于温度的实时检测，不仅减小了对芯片运算性能的要求，实用性也得到大大提高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于热敏电阻的温度检测方法，其特征在于：它包括如下步骤：

第一步：确定温度检测精度与检测范围；

第二步：确定温度与电阻阻值、温度与采样电压的关系；

第三步：确定温度的一维数组大小；

第四步：确定温度的一维数组数据；

第五步：依据采样电压求解数组索引；

第六步：依据数组索引求解实时温度。

2.根据权利要求1所述的一种基于热敏电阻的温度检测方法，其特征在于：基于热敏电阻的温度检测方法适用于非线性负温度系数热敏电阻检测、线性正温度系数热敏电阻检测、非线性正温度系数热敏电阻检测和线性负温度系数热敏电阻检测。

3.根据权利要求2所述的一种基于热敏电阻的温度检测方法，其特征在于：在非线性负温度系数热敏电阻检测中：

第一步：确定温度检测精度与检测范围，设定非线性负温度系数热敏电阻的温度检测范围为a℃至b℃，检测精度为x℃；

第二步：确定温度与电阻阻值、温度与采样电压的关系，依据非线性负温度系数热敏电阻厂家给定的数据手册，查询到温度与电阻阻值的对应关系；

采样用到的数字处理芯片A/D采样端口为k位采样精度，输入电压为0V至yV，采样电压数字输出为0至2^k-1；设定温度[a，b]对应采样电压[y，0]，并对应A/D采样端口数字量[2^k-1，0]；

第三步：确定温度的一维数组大小，为建立从a℃至b℃温度范围的一维数组，并满足x℃的温度采样精度，需将x℃作为非线性度的最小误差求解温度区间个数z；

第四步：确定温度的一维数组数据，依据(2^k-1－0)÷z＝m，可计算得出非线性负温度系数热敏电阻等电压区间的间隔为-m，即得到数组大小为z+1的电压一维数组[2^k-1，2^k-1-m，2^k-1-2m，…，0]；根据非线性负温度系数热敏电阻的映射关系或计算公式，可以很方便地得到对应数组大小为z+1的温度一维数组[a，…，b],为简化运算量，这里将温度的一维数组数据用IQ7格式表示，即将原温度数据左移7位，得到一维数组[A,…，B]；

第五步：依据采样电压求解数组索引，当数字处理芯片检测到电压A/D采样数据时，输出[0，2^k-1]的数字量，其值为左移k位后的值，真实值的范围实为[0，1]；为了简化运算量，需将输入的数字量减去温度点采样的最大值2^k-1，即将[0，2^k-1]对应到[-2^k-1，0]；

为了实现对浮点数的运算，将A/D采样得到的数字量再左移“24-k”位；并将该数字量与左移24位的温度区间个数相乘，得到IQ24格式的数组索引值，记为“Index”；

第六步：依据数组索引求解实时温度，对数组索引值“Index”进行“取整操作”，可得到一个整数，记为“n”，并作为此时温度一维数组的索引，依据该索引查表得到的温度值作为检测温度的第一部份，记为“T₁”,即：T₁＝Temprature[n]；

依据一小段非线性曲线可由一段直线近似等效的原理，可得到索引值“Index”小数部份的温度值；下一个索引“n+1”对应的温度与索引“n”对应温度的差值，记为“△”，即：△＝Temprature[n+1]－Temprature[n]；而对“Index”进行“取小数操作”，记为“f”；最后将“Temprature[n+1]－Temprature[n]”乘以“f”，即可得到检测温度的第二部份，记为“T₂”，即：T₂＝(Temprature[n+1]-Temprature[n])×f；

最终检测的温度，其值应等于上述温度的第一部份与第二部份之和，记为“T”，即：T＝T₁+T₂＝Temprature[n]+(Temprature[n+1]－Temprature[n])×f”；最后，将T右移7位，即可计算出最终检测的实际温度。

4.根据权利要求2所述的一种基于热敏电阻的温度检测方法，其特征在于：在线性正温度系数热敏电阻检测中：

第一步：确定温度检测精度与检测范围，设定线性正温度系数热敏电阻的温度检测范围为u℃至v℃，检测精度为t℃；

第二步：确定温度与电阻阻值、温度与采样电压的关系，依据正温度系数热敏电阻厂家给定的数据手册，可以查询到温度与电阻阻值的对应关系，

采样用到的数字处理芯片A/D采样端口为h位采样精度，输入电压为0V至rV，采样电压数字输出为0至2^h-1；设定温度[u，v]对应采样电压[0，r]，并对应A/D采样端口数字量[0，2^h-1]；

第三步：确定温度的一维数组大小，为建立从u℃至v℃温度范围的一维数组，并满足t℃的温度采样精度，需将t℃作为线性度的最小误差求解温度区间个数s；

第四步：确定温度的一维数组数据，依据(2^h-1－0)÷s＝p，可计算得出正温度系数热敏电阻等电压区间的间隔为p，即得到数组大小为s+1的电压一维数组[0，p，2p，…，2^h-1]；根据正温度系数热敏电阻的映射关系或计算公式，可以很方便地得到对应数组大小为s+1的温度一维数组[u，…，v]，为简化运算量，这里将温度的一维数组数据用IQ7格式表示，即将原温度数据左移7位，得到一维数组[U,…，V]；；

第五步：依据采样电压求解数组索引，当数字处理芯片检测到电压A/D采样数据时，输出[0，2^h-1]的数字量，其值为左移h位后的值，真实值的范围实为[0，1]；

为了实现对浮点数的运算，将A/D采样得到的数字量再左移“24-h”位；并将该数字量与左移24位的温度区间个数相乘，得到IQ24格式的数组索引值，记为“Refer”；

第六步：依据数组索引求解实际温度，对数组索引值“Refer”进行“取整操作”，可得到一个整数，记为“q”，并作为此时温度一维数组的索引，依据该索引查表得到的温度值作为检测温度的第一部份，记为“T₁”,即：T₁＝Temprature[q]；

依据一小段非线性曲线可由一段直线近似等效的原理，可得到索引值“Refer”小数部份的温度值；下一个索引“q+1”对应的温度与索引“q”对应温度的差值，记为“i”，即：i＝Temprature[q+1]－Temprature[q]；而对“Refer”进行“取小数操作”，记为“j”；最后将“Temprature[q+1]－Temprature[q]”乘以“j”，即可得到检测温度的第二部份，记为“T₂”，即：T₂＝(Temprature[q+1]-Temprature[q])×j；

最终检测的温度，其值应等于上述温度的第一部份与第二部份之和，记为“T”，即：T＝T₁+T₂＝Temprature[q]+(Temprature[q+1]－Temprature[q])×j”；最后，将T右移7位，即可计算出最终检测的实际温度。

5.根据权利要求3所述的一种基于热敏电阻的温度检测方法，其特征在于：所述温度与电阻阻值的对应关系包括：拟合的非线性温度计算公式或温度与电阻阻值的一对一映射列表。

6.根据权利要求3所述的一种基于热敏电阻的温度检测方法，其特征在于：a＝-50，

b＝180，x＝0.5，y＝3，k＝12，z＝60，m＝68.25；

所述数字处理芯片为TI公司的F2808数字处理芯片，其A/D采样端口为12位采样精度，输入电压为0V至3V，采样电压数字输出为0至4095；通过适配相应的电阻阻值，可以设定温度[-50，180]对应采样电压[3，0]，并对应A/D采样端口数字量[4095，0]；

划分60个温度区间，需以61个温度点进行划分，即：得到温度数组大小为61；

依据(4095－0)÷60＝68.25，可计算得出非线性负温度系数热敏电阻等电压区间的间隔为-68.25，即得到数组大小为61的电压一维数组[4095，4026.75，3958.47，…，0]；根据非线性负温度系数热敏电阻的映射关系或计算公式，可以很方便地得到对应数组大小为61的温度一维数组[-50，-30.12790003，-21.25507732，…，180]；

由于F2808为不带硬件浮点运算单元支持的数字处理芯片，但为了实现对浮点数的运算，需将温度的一维数组数据用IQ7格式表示，即将温度数据左移7位，转换为程序编程需要的温度一维数组[-6400，-3856，-2721，…，23040]；当查表和计算得到对应的温度后，再右移7位，即可得到实际的温度；

当F2808检测到电压A/D采样数据时，输出[0，4095]的数字量，其值为左移12位后的值，真实值的范围实为[0，1]；为了简化运算量，需将输入的数字量减去温度点采样的最大值4095，即将[0，4095]对应到[-4095，0]；

同样地，为了对实现浮点数的运算，将A/D采样得到的数字量再左移12位，得到IQ24格式的数字量；并将该数字量与左移24位的温度区间个数相乘，得到IQ24格式的数组索引值，记为“Index”；

对数组索引值“Index”进行“取整操作”，可得到一个整数，记为“n”，并作为此时温度一维数组的索引，依据该索引查表得到的温度值作为检测温度的第一部份，记为“T₁”,即：T₁＝Temprature[n]；

依据一小段非线性曲线可由一段直线近似等效的原理，可得到索引值“Index”小数部份的温度值；下一个索引“n+1”对应的温度与索引“n”对应温度的差值，记为“△”，即：△＝Temprature[n+1]－Temprature[n]；而对“Index”进行“取小数操作”，记为“f”；最后将“Temprature[n+1]－Temprature[n]”乘以“f”，即可得到检测温度的第二部份，记为“T₂”，即：T₂＝(Temprature[n+1]-Temprature[n])×f；

最终检测的温度，其值应等于上述温度的第一部份与第二部份之和，记为“T”，即：T＝T₁+T₂＝Temprature[n]+(Temprature[n+1]－Temprature[n])×f”；最后，将T右移7位，即可计算出最终检测的实际温度。

7.根据权利要求4所述的一种基于热敏电阻的温度检测方法，其特征在于：温度与电阻阻值的对应关系包括：拟合的线性温度计算公式或温度与电阻阻值的一对一映射列表。

8.根据权利要求4所述的一种基于热敏电阻的温度检测方法，其特征在于：u＝-50，v＝200，t＝0.5，r＝3，h＝12，s＝40，p＝102.375；

根据F2808数字处理芯片数据手册可知，其A/D采样端口为12位采样精度，输入电压为0V至3V，采样电压数字输出为0至4095；通过适配相应的电阻阻值，可以设定温度[-50，200]对应采样电压[0，3]，并对应A/D采样端口数字量[0，4095]；划分40个温度区间，需以41个温度点进行划分，即：得到温度数组大小为41；

依据(4095－0)÷40＝102.375，可计算得出正温度系数热敏电阻等电压区间的间隔为102.375，即得到数组大小为41的电压一维数组[0，102.375，204.75，…，4095]；根据正温度系数热敏电阻的映射关系或计算公式，可以很方便地得到对应数组大小为41的温度一维数组[-50，-43.75，-37.5，…，200]；

由于F2808为不带硬件浮点运算单元支持的数字处理芯片，但为了实现对浮点数的运算，需将温度的一维数组数据用IQ7格式表示，即将温度数据左移7位，转换为程序编程需要的温度一维数组[-6400，-5600，-4800，…，25600]；当查表和计算得到对应的温度后，再右移7位，即可得到实际的温度；

当F2808检测到电压A/D采样数据时，输出[0，4095]的数字量，其值为左移12位后的值，真实值的范围实为[0，1]；

同样地，为了实现对浮点数的运算，将A/D采样得到的数字量再左移12位，得到IQ24格式的数字量；并将该数字量与左移24位的温度区间个数相乘，得到IQ24格式的数组索引值，记为“Refer”；

对数组索引值“Refer”进行“取整操作”，可得到一个整数，记为“q”，并作为此时温度一维数组的索引，依据该索引查表得到的温度值作为检测温度的第一部份，记为“T₁”,即：T₁＝Temprature[q]；

依据一小段非线性曲线可由一段直线近似等效的原理，可得到索引值“Refer”小数部份的温度值；下一个索引“q+1”对应的温度与索引“q”对应温度的差值，记为“i”，即：i＝Temprature[q+1]－Temprature[q]；而对“Refer”进行“取小数操作”，记为“j”；最后将“Temprature[q+1]－Temprature[q]”乘以“j”，即可得到检测温度的第二部份，记为“T₂”，即：T₂＝(Temprature[q+1]-Temprature[q])×j；

最终检测的温度，其值应等于上述温度的第一部份与第二部份之和，记为“T”，即：T＝T₁+T₂＝Temprature[q]+(Temprature[q+1]－Temprature[q])×j”；最后，将T右移7位，即可计算出最终检测的实际温度。

9.一种基于热敏电阻的温度检测电路，其特征在于：它包括非线性热敏电阻的温度检测电路和线性热敏电阻的温度检测电路；

所述的非线性热敏电阻的温度检测电路包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1和第二电容C2，电源Vcc连接第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端分别连接第二电阻R2和第一电容C1的第一端，第一电容C1的第二端接地，第二电阻R2还分别与第二电容C2的第一端和数字处理芯片的第一采样输入端连接，第二电容C2的第二端接地，数字处理芯片的第二采样输入端接地，非线性热敏电阻的一端连接到第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1的公共节点上，非线性热敏电阻的另一端接地；

所述的线性热敏电阻的温度检测电路包括：第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、反馈电阻Rf、第三电容C3、第四电容C4、运算发大器U1和稳压二极管Z1；

电源Vcc分别连接第六电阻R6的第一端和第七电阻R7的第一端，第六电阻R6的第二端分别连接线性热敏电阻的第一端、第三电容C3的第一端、第四电阻的第一端和运算放大器U1的正相输入端，第七电阻R7的第二端分别连接第三电阻的第一端、反馈电阻Rf的第一端和运算放大器U1的反相输入端，运算放大器U1的输出端连接第五电阻R5的第一端，第五电阻R5的第二端分别连接反馈电阻Rf的第二端、稳压二极管Z1的负极、第四电容C4的第一端以及数字处理芯片的第一采样输入端，线性热敏电阻的第二端、第三电容C3的第二端、第三电阻R3的第二端、第四电阻R4的第二端、稳压二极管Z1的正极以及数字处理芯片的第二采样输入端接地。