溫度傳感器(NTC)ADC轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)環(huán)境

Matlab版本： 2021b

操作系統(tǒng) ：Win10專業(yè)版

硬件平臺(tái) ：YF-STM32-ALPHA 1R4

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 ：讀取溫度傳感器電壓值并轉(zhuǎn)換成實(shí)際℃溫度顯示出來(lái)

模型與原理圖

本次實(shí)驗(yàn)所用到的simulink模型如圖5.1所示，電路原圖如圖5.2所示，其中溫度傳感器在開(kāi)發(fā)板中的位置如圖5.3所示，實(shí)驗(yàn)效果為讀取NTC溫度傳感器所在引腳PA4的電壓值，然后通過(guò)查表算法將其轉(zhuǎn)換成實(shí)際℃溫度值并通過(guò)儀表或“display”模型控件顯示出來(lái)。

圖5.1 NTC溫度傳感器采集simulink模型

圖5.2 溫度傳感器電路圖

圖5.3 溫度傳感器在電路板中位置

基礎(chǔ)模型介紹與分析

本次實(shí)驗(yàn)所用到的NTC(負(fù)溫度系數(shù))傳感器外觀如圖5.4所示，因其低廉的價(jià)格和使用方便的特性，被廣泛應(yīng)用于家庭與工業(yè)電子設(shè)備中(空調(diào)、電飯鍋、洗衣機(jī)等)。表5.1為該溫度傳感器基本使用參數(shù)，詳細(xì)的溫度電阻特性參考其特性表鏈接，里面詳細(xì)整理了該傳感器電阻值與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。電壓采集原理圖采用“分壓式”接法，如圖5.5所示，單片機(jī)端采集電壓公式計(jì)算方法 MCU_ADC = Rt*3.3V/(10+Rt)。

圖5.4 溫度傳感器外觀

表5.1 基本參數(shù)表

溫度阻值特性表：https://pan.baidu.com/s/1dF19CoL? at =1700414024610

圖5.5 NTC溫度傳感器“分壓”測(cè)電壓接法

Analog Input”模型外觀如圖5.6所示，通過(guò)更改“Pin”欄參數(shù)可以讀取該引腳的電壓值，讀取的數(shù)值范圍為0~1，需要注意的是“Pin”欄參數(shù)只有該芯片引腳支持模擬量功能才能使用

圖5.6 "Analog Input"模型

為方便讀者以往單片機(jī)使用習(xí)慣和計(jì)算方便性，實(shí)驗(yàn)中使用到乘法模型“Product”將讀取的ADC值乘以3.3倍放大處理，得到的最終值范圍為0~3.3，如圖5.7所示。

圖5.7 "Product"模型使用方法

查表法轉(zhuǎn)換溫度值

這是本次實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵算法部分，也是在嵌入式開(kāi)發(fā)中針對(duì)A/D方式讀取原始傳感器數(shù)據(jù)參數(shù)常用的轉(zhuǎn)換方法，即大家熟知的“以空間換時(shí)間“法，“ Lookup with Linear Lagrange Interpolation ”模型與參數(shù)設(shè)置窗口如圖5.8所示。

圖5.8 " Lookup with Linear Lagrange Interpolation"模型

我們首先通過(guò)“溫度阻值特性表”得到溫度電壓表關(guān)系，考慮到在單片機(jī)中不占用太大存儲(chǔ)空間，這里采取每5℃間隔制作表格，一般對(duì)于精度要求不是特別高的場(chǎng)合，我們可以大致認(rèn)為5℃內(nèi)的溫度變化是線性的，其中“V”的電壓值計(jì)算公式為V = R*3.3V/(10+R)，將其中的R值代入，就可以得到V的最終值，詳情請(qǐng)參考表5.2。

NTC_Value_table.xlsx

表 5.2 溫度-阻值-分壓表

點(diǎn)擊“Lookup with Linear Lagrange Interpolation”模型參數(shù)設(shè)置窗口中的“編輯表和斷點(diǎn)...”如圖5.9所示，彈出的查找表參數(shù)設(shè)置如圖5.10所示，將表5.2中的溫度T和電壓值V填入該表中的“表數(shù)據(jù)”和“斷點(diǎn) 1”處，注意數(shù)據(jù)的升降序和填寫位置

圖5.9 表格參數(shù)設(shè)置按鈕

圖5.10 查找表參數(shù)填好效果

點(diǎn)擊“線性圖”按鈕查看填寫的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的曲線是否正確，如圖5.11所示，最終填寫好的數(shù)據(jù)效果如圖5.12所示。

圖5.11 點(diǎn)擊查看線性圖曲線

圖5.12 填寫好查找表數(shù)據(jù)的模型參數(shù)設(shè)置部分效果

總結(jié)

本次實(shí)驗(yàn)以一個(gè)基本的溫度傳感器為例，通過(guò)在其中加入查表算法將其轉(zhuǎn)換成我們熟知的攝氏度(℃)溫度值，但是在實(shí)際場(chǎng)景中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些雜波電壓或采集的數(shù)據(jù)與我們所需要的數(shù)據(jù)穩(wěn)定的情況，讀者朋友可以思考下面對(duì)這種問(wèn)題該如何去解決？以往使用C代碼方式一般是在前面加入雜波濾除算法然后再求平均值，simulink中又該如何使用呢？

拓展延申

1、本次實(shí)驗(yàn)又用到一個(gè)數(shù)據(jù)顯示儀表，但是文章中并沒(méi)有做過(guò)多介紹，其位于“Dashboard”庫(kù)中，里面又很多顯示儀表和按鈕開(kāi)關(guān)，在實(shí)際模型測(cè)試中非常方便，讀者朋友可以多去嘗試使用。

圖5.13 “Dashboard”庫(kù)位置

2、在查表法建立表格過(guò)程中，有一個(gè)操作非常繁瑣，復(fù)制到表格中的數(shù)據(jù)非常不方便，如果有多種傳感器需要建立表格，那工作量是不可想象的，其實(shí)這里有個(gè)更方便的方法，可以先建立一個(gè)excel表格，然后使用matlab打開(kāi)并導(dǎo)入到matlab中，如圖5.14和圖5.15所示，然后在matlab中直接定義兩個(gè)數(shù)組變量，然后在“表數(shù)據(jù)”和“斷點(diǎn)1”中引入即可，如圖5.16所示，至于該方式更深入的用法，大家可以積極去探索下，這里暫時(shí)不做過(guò)多介紹。

圖5.14 打開(kāi)Excel表格

圖5.15 將Excel表格的數(shù)據(jù)導(dǎo)入為變量表

圖5.16 通過(guò)變量數(shù)組引入查找表