【正文】 溫度傳感器在醫(yī)用恒溫恒濕箱中的應(yīng)用 溫度傳感器在醫(yī)用恒溫恒濕箱中的應(yīng)用 摘 要 本文主要設(shè)計(jì)基于 NTC 電阻溫度傳感器在恒溫恒濕箱中的溫度測(cè)量系統(tǒng)。溫度是被廣泛用來(lái)測(cè)量的物理量，在恒溫恒濕箱中溫度測(cè)量是重要的組成部分。熱電阻、熱敏電阻、熱電偶、二極管、 NTC 都可以用來(lái)測(cè)量溫度和控制溫度。出于傳感器的感溫精度、穩(wěn)定性、成本、生產(chǎn)過程等因素的考慮， NTC 相對(duì)這些元器件來(lái)說，成本是最低廉的。也漸漸的取代了其他類型的傳感器。 NTC 它的測(cè)量范圍一般為 10～ 300℃ ，也可做到 200～ 10℃ ，甚至可用于 300～ 1200 ℃ 環(huán)境中作測(cè)溫 用，現(xiàn)在一般醫(yī)用恒溫恒濕箱的溫度范圍在 2～ 48℃。 典型的溫度測(cè)量過程分為收集采集環(huán)境溫度信號(hào)，經(jīng)過放大器把小信號(hào)放大，經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)處理顯示在液晶屏上，通過鍵盤控制箱體內(nèi)溫度，再由上述過程把結(jié)果反饋到液晶屏上，并且尤溫度測(cè)量報(bào)警電路及水泥升溫電阻加熱。 本文開始對(duì) NTC 溫度測(cè)量作了概述，之后對(duì)整體設(shè)計(jì)思路進(jìn)分析，再通過硬件軟件兩方面整理，最后進(jìn)行測(cè)試。 關(guān)鍵詞： NTC 傳感器，單片機(jī)，恒溫恒濕箱的溫度測(cè)量 溫度傳感器在醫(yī)用恒溫恒濕箱中的應(yīng)用 Temperature sensor in the medical application of constant temperature and humidity box ABSTRACT This design is based primarily NTC resistor temperature sensor in constant temperature and humidity chamber temperature measurement system. It is widely used to measure the temperature of the physical quantity, temperature and humidity chamber in temperature measurement is an important ponent. Thermal resistance, thermal resistance, thermocouple, diode, NTC can be used to measure temperature and control the temperature. Temperature sensor for the accuracy, stability, cost, the production process considerations, NTC relatively these parts, the cost is the lowest. Also gradually replaced by other types of sensors. NTC Its measurement range is generally 10 ~ 300 ℃ , can be 200 ~ 10 ℃ , even for 300 ~ 1200 ℃ temperature environment for use , are generally in the temperature range of medical Humidity Chamber of 2 ～ 48 ℃ . Typical temperature measurement process is divided into collecting ambient temperature signal acquisition , the small signal amplification through the amplifier , after A / D converter converts the analog signal into a digital signal , processed by the microcontroller displayed on the LCD screen, the keyboard control cabis temperature , then by the above process the results back to the LCD screen , and in particular the temperature measurement and cement warming alarm circuit resistance heating . NTC temperature measurement on the beginning of this article are outlined , followed by analysis of the overall design ideas into , and through the consolidation of both hardware and software , and finally tested. Keywords: NTC sensor, Microcontroller, Humidity Chamber Temperature Measurement 溫度傳感器在醫(yī)用恒溫恒濕箱中的應(yīng)用 目 錄 第 1 章 緒 論 ........................................................ 1 NTC 溫度測(cè)量概述 ............................................. 1 本設(shè)計(jì)方案思路 .............................................. 2 研發(fā)方向和技術(shù)關(guān)鍵 ........................................... 3 主要技術(shù)指標(biāo) ................................................. 3 第 2 章 總體設(shè)計(jì) ..................................................... 4 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)及其原理概述 ............................... 4 溫度的檢測(cè) ................................................... 4 信號(hào)放大 ..................................................... 5 A/D 及溫度顯示 ............................................... 5 單片 機(jī)最小系統(tǒng) .............................................. 6 其他說明 .................................................... 6 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) ..................................................... 7 ACDC 的交直流轉(zhuǎn)換 ........................................... 7 溫度傳感器的選擇 ............................................ 8 NTC 測(cè)溫電路 ................................................ 12 運(yùn)放電路 .................................................... 13 AD 轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì) ........................................... 15 單片機(jī)電路設(shè)計(jì) .............................................. 17 溫度控制電路的原理與電路的設(shè)計(jì) .............................. 19 按鍵電路 .................................................... 20 顯示模塊電路設(shè)計(jì) ............................................ 21 報(bào)警電路的原理與電路的設(shè)計(jì) ................................ 22 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) .................................................... 23 軟件總體程序設(shè)計(jì) ............................................ 23 A/D 轉(zhuǎn)換模塊原理及程序 ...................................... 23 熱敏電阻阻值和溫度的非線性的線 性化處理原理及程序 ........... 24 溫度顯示模塊程序 ........................................... 28 按鍵設(shè)計(jì) ................................................... 31 第 5 章 總 結(jié) ...................................................... 32 謝 辭 ........................................................... 33 溫度傳感器在醫(yī)用恒溫恒濕箱中的應(yīng)用 參考文獻(xiàn) ........................................................... 34 附錄一：完整的 C語(yǔ)言源程序 ......................................... 35 1 第 1 章 緒 論 NTC 溫度測(cè)量概述 NTC 是 Negative Temperature Coefficient 的縮寫，意思是負(fù)的溫度系數(shù)，泛指負(fù)溫度系數(shù)很大的半導(dǎo)體材料或元器件，所謂 NTC 熱敏電阻器就是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器。它是以錳、鈷、鎳和銅等金屬氧化物為主要材料， 采用陶瓷工藝制造而成的。這些金屬氧化物材料都具有半導(dǎo)體性質(zhì)，因?yàn)樵趯?dǎo)電方式上完全類似鍺、硅等半導(dǎo)體材料。溫度低時(shí)，這些氧化物材料的載流子（電子和孔穴）數(shù)目少，所以其電阻值較高；隨著溫度的升高，載流子數(shù)目增加，所以電阻值降低。 NTC 熱敏電阻器在室溫下 的變化范圍在 100～ 1000000 歐姆，溫度系數(shù) 2%～ %。 NTC 熱敏電阻器可廣泛應(yīng)用于溫度測(cè)量、溫度補(bǔ)償、抑制浪涌電流等場(chǎng)合。它的測(cè)量范圍一般為10～ +300℃ ，也可做到 200～ +10℃ ，甚至可用于 +300～ +1200℃ 環(huán)境中作測(cè)溫用 。 表 11 NCT 與常用測(cè)溫傳感器的比較 熱敏電阻 熱電偶 鉑絲電阻， 線繞 鉑絲電阻， 薄膜 硅 基準(zhǔn) NTC （負(fù)溫度系數(shù)） TC （溫度系數(shù)） RTD （電阻式溫度檢測(cè)） RTD （電阻式溫度檢測(cè)） Posichip （正溫度系數(shù) 薄片） 材料 陶瓷 （金屬氧化物） 兩種不同金屬 鉑絲線繞 鉑薄膜 硅（主體） 相對(duì)成本 低至中 低 高 中 低 溫度范圍 100℃至 500℃ 200℃ 至2300℃ 200℃ 至 600℃ 150℃ 至 500℃ 55℃ 至 150℃ 激活性 波動(dòng) 自產(chǎn)生 波動(dòng) 波動(dòng) 波動(dòng) 靈敏度 4%/℃ 40 微伏 /℃ .39%/℃ .39%/℃ .81%/℃ 相對(duì)靈敏度 極高 極低 極低 極低 低 線性度 對(duì)數(shù) 線性 線性 線性 線性 斜率 負(fù) 正 正 正 正 噪聲 敏感性 低 高 低 低 低 引線電阻誤差 低 高 低 低 低 典型最小尺寸（裸片裝） .008*.012 .016 直徑 .125 直徑 .020*.100 無(wú) 最小探頭直徑 .018 .125 .187 .125 .080 特殊要求 冷接點(diǎn)補(bǔ)償 溫度傳感器在醫(yī)用恒溫恒濕箱的應(yīng)用 2 本設(shè)計(jì)方案思路 分析任務(wù)要求，該系統(tǒng)要用 NTC 溫敏電阻作為測(cè)溫元件， NTC 熱敏電阻是一種負(fù)溫度特性的熱敏電阻，其阻值隨溫度的變化曲線如下所示： 圖 11 負(fù)溫?zé)崦綦娮枨€ 由圖 11 可知， NTC 的阻值隨溫度的上升而下降，其阻值和溫度呈非線 性特性，因此必須采用一定的方法對(duì)曲線進(jìn)行線性化處理。其測(cè)量原理是利用通過測(cè)量其阻值，通過其溫度特性曲線便可求的環(huán)境溫度。但因?yàn)闇囟炔槐阌跍y(cè)量且不便于其他電路處理。通常是將電阻的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化通過測(cè)量電壓變化測(cè)得溫度的變化。 由于采集到的電壓信號(hào)是模擬信號(hào)，不能被數(shù)字系統(tǒng)處理，因