STM32一种基于NTC的控温电路及软件实现

NTC（Negative Temperature Coefficient）是一种随温度上升时，电阻值呈指数关系减小的热敏电阻。应用广泛，最近我们就采用了NTC来控制加热并测温，并达到了预期的效果。

1、硬件设计

我们使用三极管作为加热元件，通过NTC来控制通过三极管的电流，以起到控制温度的作用，至于温度控制到多少，可以通过调节电位器来控制。同时使用另一个NTC来测量当前的温度。电路图如下：

上图中我们通过一个电桥来采集NTC电阻的变化，因为电阻的变化会引起C17两端电压的变化。温度越高NTC电阻越小，C17两端电压差就越大，反之越小。我们采用了25摄氏度时，阻值为10K的NTC。不难推断出输出电压与NTC电阻值得关系。当输出电压为0V时，电阻约25K，查表可知唯独为5摄氏度左右。当输出电压为5V时，电阻值接近0，查表可知在100摄氏度以上。职业便是这个电路的理论测量范围。

2、软件设计

前面我们设计了测量电路，也分析了检测电压与NTC电阻制的关系。接下来我们主要讨论一下软件设计。软件的设计我们采用了公式法和查表法两种方式来获取温度值。

2.1、公式法

我们前面已经提到过，NTC是一种随温度上升时，电阻值呈指数关系减小的热敏电阻。而这种指数关系具体如下：

其中，B是NTC的常数，每种为固定值。Rt是NTC的电阻，R为标称25摄氏度时的电阻。T1是Rt对应的开氏温度，T2是标称的开氏温度。于是我们就可以推导出有电阻计算温度的公式：

根据以上公式我们可以实现：

/*公式法计算NTC温度值*/
static float FormulaNTCTemperature(float resistance)
{float temp;float result=0.0;result=resistance/NTC_NOMINAL_RESISTANCE;result=(log(result)/NTC_NOMINAL_CONSTANT)+(1/(NTC_NOMINAL_TEMPERATURE+KELVIN_CONSTANT));temp=1/result-KELVIN_CONSTANT;return temp;
}

2.2、查表法

查表法顾名思义就是通过电阻分度表来获取温度区间，再做拟合。首先我们需要建立相应的表我们定义为数组。有了分度表实现也就简单了，但需要注意两端极限位置的处理。具体实现如下：

/*查表法计算NTC温度值*/
static float LookupNTCTemperature(float resistance)
{float temp;uint16_t index=NTC_TABLE_LENGTH+10;index=FindTargetLocation(resistance);if(index<=0){temp=ntcValueTable[0][0];}else if(index>=NTC_TABLE_LENGTH){temp=ntcValueTable[0][NTC_TABLE_LENGTH-1];}else{float lowT=ntcValueTable[0][index-1];
//    float highT=ntcValueTable[0][index];float lowR=ntcValueTable[1][index-1];float highR=ntcValueTable[1][index];temp=((resistance-lowR)*0.5)/(highR-lowR)+lowT;}return temp;
}/*查找目标位置*/
static uint16_t FindTargetLocation(float resistance)
{uint16_t position=0;while(ntcValueTable[1][position]>resistance){if(position<NTC_TABLE_LENGTH-1){position++;}else{position++;break;}}return position;
}