การตรวจจับอุณหภูมิราคาถูกด้วย MCU

ฉันกำลังมองหาโซลูชันราคาถูกสำหรับตรวจจับอุณหภูมิด้วย MCU ความต้องการของฉันคือ:

• 2 ช่อง
• ช่วงอุณหภูมิ: 30-35 ° C
• ความละเอียดอุณหภูมิ: 1-2 K
• ระยะทางของสายเคเบิล (เซ็นเซอร์ MCU ->) 10 ซม. - 2 ม. เป็นที่ยอมรับ
• อุณหภูมิสัมพัทธ์ระหว่างสองช่องสัญญาณเพียงพอไม่จำเป็นต้องใช้อุณหภูมิแบบสัมบูรณ์

จุดเริ่มต้นของฉันคือเทอร์โมคัปเปิลสองตัวพร้อมแอมป์เทอร์โมคัปเปิล เทอร์โมคับเปิลทำงานที่ 10 $ ที่ Radiospares, แอมป์ที่ 5 $ ซึ่งจะมีราคา 30 $ เพียงเพื่อประมาณอุณหภูมิ

เป็นทิศทางที่ดีในการมองหาทางออกที่ถูก NTCs?

แก้ไขวันที่ 18 กรกฎาคม 2555

หลังจาก stevenvh ขยายคำตอบของเขาเพื่อแสดงความเป็นเชิงเส้นระดับสูงที่สามารถรับได้จาก NTCs ฉันใช้เวลาในการพิจารณาอีกครั้งว่า NTC ไม่ใช่ทางออกที่ดีกว่า

ฉันไม่แน่ใจ แต่ฉันสามารถติดตาม stevenvh ในเหตุผลของเขาเกี่ยวกับข้อผิดพลาดที่สามารถรับได้จาก NTCs ในราคาถูกเมื่อเทียบกับชิปเซมิคอนดักเตอร์

ในการรับอุณหภูมิด้วย NTC ฟังก์ชั่นต่อไปนี้จะเข้าสู่การเล่น:

1. ฟังก์ชันถ่ายโอน แปลงอุณหภูมิห้องเป็นความต้านทาน$H_{T_a\rightarrow R_{NTC}}(R_{25},B_{25/85})$
2. แรงดันไฟฟ้าที่ผลิตโดยตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า$H_{R_{NTC}\rightarrow V}(V_{excitation},R_{NTC}, R_{lin})$
3. การแปลงโฆษณา$H_{V\rightarrow bits}(V, V_{ref}, \sigma_{conversion})$
4. การประมาณเส้นโค้งเชิงเส้น:$H_{bits\rightarrow T_{est}}(bits, \sigma_{approx})$

แหล่งที่มาของข้อผิดพลาดที่ฉันเห็นมีดังนี้:

1. ข้อผิดพลาดของค่า NTC: 1% ต่อค่าและค่า: รวมประมาณ 2% B 25 - $R_{25}$$B_{25-85}$
2. 1% สำหรับค่าตัวต้านทานแบบเชิงเส้นและสมมติว่า 0.5% สำหรับแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้ากระตุ้น
3. สำหรับ PIC16F1825 แรงดันอ้างอิงภายในที่ใช้สำหรับ ADC มีความไม่แน่นอน 6% นอกจากนี้ ADC เองนั้นยังมีส่วนประกอบส่วนต่างค่าชดเชยและรับข้อผิดพลาดแต่ละลำดับ 1.5 lsb ที่ 10 บิตซึ่งรวมกันหลังมีค่ามากที่สุด 0.5%
4. ดังที่ stevenvh แสดงในคำตอบของเขาการประมาณเชิงเส้นมีข้อผิดพลาดเพียง 0.0015% ในช่วงของดอกเบี้ย

ข้อผิดพลาดในการประมาณอุณหภูมินั้นจะถูกครอบงำอย่างชัดเจนโดยข้อผิดพลาดของการอ้างอิงแรงดันไฟฟ้า ADV และข้อผิดพลาดในค่าตัวต้านทาน จะเห็นได้ชัดว่าเกิน 6% ข้อผิดพลาดเนื่องจากการประมาณเชิงเส้นนั้นเล็กน้อยมากเมื่อ stevenvh ชี้ให้เห็น

ความไม่แน่นอนที่ 6% ที่ 300 เคลวินเทียบเท่ากับข้อผิดพลาดอุณหภูมิที่ 18K ชิปอุณหภูมิมีข้อผิดพลาดประมาณ 1K ที่ 300K นี้สอดคล้องกับความไม่แน่นอนของ 0.3%

สำหรับฉันแล้วดูเหมือนว่ามันจะเป็นไปไม่ได้ที่จะเอาชนะสิ่งนี้ด้วยกทชโดยไม่ต้องมีการสอบเทียบและการตรวจสอบประสิทธิภาพอย่างระมัดระวัง ความไม่แน่นอนในตัวต้านทานแบบลิเนียร์อิเล็คทรอนิคส์แรงดันไฟฟ้าจากการกระตุ้นหรือ ADC ซึ่งแต่ละมุมมองในการแยกทำให้เกิดความไม่แน่นอนของโซลูชั่น NTC เหนือสิ่งนี้ หรือฉันมีข้อผิดพลาดที่สำคัญในการให้เหตุผลของฉัน?

ในขณะนี้ฉันเชื่อว่ากทชเป็นวิธีแก้ปัญหาการตรวจจับอุณหภูมิที่มีความแม่นยำสูง แต่ในราคาถูกมันจะปรากฏแก่ฉันว่าการแสดงของพวกเขาจะถูกถ่ายในที่มืด

1-2 องศาเป็นความละเอียดที่ง่าย (แม้ว่าคุณหมายถึงความแม่นยำซึ่งไม่เหมือนกัน!) ฉันจะพิจารณา LM75 และเป็นโคลนหลายแบบหรือ DS1820 / 18S20 / 18B20 / 1822 Microchip มีเซ็นเซอร์อุณหภูมิจำนวนมากรวมถึง LM75 โคลนราคา <$ 1 รุ่นแรงดันเอาท์พุทมีราคาถูก แต่ฉันต้องการแบบดิจิตอล

ฉันจะบอกกทชใช่ อันนี้ถูกที่สุดที่ฉันสามารถหาได้ที่ Digikey ประมาณครึ่งดอลลาร์นั้นถูกกว่าไอซีเซ็นเซอร์อุณหภูมิซึ่งมีความแม่นยำเท่ากัน ข้อดีของ NTC คือต้องการตัวต้านทานแบบอนุกรมและอินพุต ADC บนไมโครคอนโทรลเลอร์ของคุณซึ่งส่วนใหญ่มีอยู่ในปัจจุบัน

ราคาต่ำก็มีข้อเสีย: กทชเป็นอะไร แต่เชิงเส้น คุณอาจจะต้องใช้ฟังก์ชั่นการถ่ายโอนของมัน (นั่นคือเอ็กซ์โพเนนเชียลในนั้นซึ่งคุณอาจไม่ชอบหรือใช้ตารางการค้นหาซึ่งสำหรับช่วงที่กำหนดอาจเป็นทางออกที่ดีที่สุด

แก้ไขวัน 2012-07-13
Bah พ่ายแพ้โดย LM75 ที่น่าสังเวช ฉันจะไม่ปล่อยให้ผ่าน :-)

ฉันจะใช้ * 103 * MT * จากซีรี่ส์ NTCนี้ ก่อนอื่นฟังก์ชั่นการถ่ายโอน:

$R = 10 k\Omega \cdot \large{e^{-13.4096 + \frac{4481.80}T - \frac{150522}{T^2} + \frac{1877103}{T^3}}}$

$T$

ไม่ได้ดูมีแนวโน้มและแน่นอนระหว่าง 0 ° C และ 100 ° C เส้นโค้งมีลักษณะดังนี้:

ทุกอย่างยกเว้นเชิงเส้นอย่างที่ฉันพูด เราสามารถลองทำให้เป็นเชิงเส้นนั้นได้ แต่จำไว้ว่าเราจะสร้างตัวแบ่งความต้านทานด้วยและพวกมันก็ไม่เชิงเส้นเช่นกันดังนั้นตอนนี้การเชิงเส้นใด ๆ จะถูกทำลายโดยตัวต้านทานอนุกรม ลองเริ่มจากตัวต้านทานและดูว่าเกิดอะไรขึ้น ฉันมีตัวจ่ายไฟ 3.3 V และเลือกตัวต้านทาน 5.6 kΩเป็น Vcc จากนั้นผลลัพธ์จะกลายเป็น

ไม่เลวเลย! เส้นโค้งสีม่วงเป็นแทนเจนต์ในช่วงที่เราสนใจ: 30 ° C ถึง 35 ° C ฉันสามารถพล็อตกราฟที่ขยายลงบนนั้น แต่นั่นให้เส้นตรงสองเส้นกับเราดังนั้นเรามาดูข้อผิดพลาด:

ไม่ได้ดูดีเช่นกัน แต่คุณต้องดูที่สเกลแนวตั้งซึ่งให้ข้อผิดพลาดสัมพัทธ์ของการประมาณเชิงเส้นเมื่อเปรียบเทียบกับคุณลักษณะ NTC ของเราระหว่าง 30 ° C ถึง 35 ° C มีข้อผิดพลาดน้อยกว่า 15 ppm หรือ 0.0015%

Mathematica บอกว่าสมการสำหรับการประมาณเชิงเส้นเกือบสมบูรณ์แบบของเราคือ

$V_{OUT} = - 0.0308 \text{ }T \text{ }\cdot 1 V/°C + 2.886 \text{ }V$

ซึ่งจะส่งผลในการอ่าน ADC ที่ 609 และ 561 ตามลำดับ สำหรับ ADC 10 บิต นั่นคือช่วง 48 สำหรับความแตกต่าง 5 ° C หรือความละเอียดประมาณ 0.1 ° C เพียงแค่กทชและตัวต้านทาน

ใครต้องการ LM75!

แก้ไขวัน 2012/08/13

ข้อเท็จจริง: โซลูชัน NTC ต้องการการสอบเทียบ

ฉันสัญญาว่า Arik จะกลับมาใช้การคำนวณข้อผิดพลาดอีกครั้ง แต่มันซับซ้อนกว่าที่ฉันคิดไว้มากและมันไม่สามารถทำได้เพราะข้อมูลไม่สมบูรณ์ ตัวอย่างเช่นฉันมีตัวเลขที่แม่นยำมากสำหรับค่าสัมประสิทธิ์ในฟังก์ชั่นการถ่ายโอนของ NTC (ตัวเลขที่มีความหมาย 7 หลักถูกปัดเศษแล้ว!) แต่ไม่มีข้อมูลเกี่ยวกับความถูกต้องของพวกเขา ความเห็นเล็กน้อยว่า

Arik เพิ่มข้อผิดพลาดเช่นความอดทนต่อการต้านทาน 1% + 1% ในข้อผิดพลาด = 2% มันไม่ง่ายอย่างนั้นและนั่นเป็นส่วนหนึ่งของความยุ่งยากที่ฉันอ้างถึง ความอดทน 1% ในส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาด 0.1% ในผลลัพธ์เช่น$\beta$$\beta$

ข้อผิดพลาดจะไม่แสดงเหมือนกันเสมอไป ตัวอย่างเช่นแผ่นข้อมูล LM75 ของ Maxim ไม่ได้กล่าวถึงข้อผิดพลาดขั้นต่ำและสูงสุด แต่ค่าสามซิกม่าและหกซิกม่า ในทางกลับกันแผ่นข้อมูล Vishay NTC พูดถึงข้อผิดพลาด 1% ของนั่นคือซิกม่าหรือเปล่า? เซเว่นซิก? จากนั้นมันอาจกลายเป็นความแม่นยำมากกว่า LM75 ซึ่งก็คือซิกม่าซิกม่าที่แม่นยำ 2 ° C ถึง 3 ° C ในช่วงอุณหภูมิ นั่นไม่ใช่เรื่องน่าละอายเลย เซ็นเซอร์สองสามตัวจะทำได้ดีกว่านี้มากโดยไม่ต้องปรับเทียบ คำถาม: คุณเปรียบเทียบตัวเลขความอดทนได้อย่างไร และอีกวิธีหนึ่ง: คุณจะรวมฟังก์ชั่นโค้งเบลล์หลายวิธีเพื่อรับข้อผิดพลาดทั้งหมดได้อย่างไร$\pm$

การอ้างอิง ADC ของ PIC มีค่าความคลาดเคลื่อน 6% ที่ไม่ดีนัก Arik กล่าวว่าความไม่แน่นอน 6% ที่ 300 เคลวินเทียบเท่ากับข้อผิดพลาดที่อุณหภูมิ 18 Kซึ่งแน่นอนว่าน่ากลัวและไร้สาระที่สุด ฉันทำการตรวจสอบอย่างรวดเร็ว: คำนวณเอาต์พุตของตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าสำหรับอุณหภูมิ 20 ° C เพิ่ม 6% ไปที่นั้นและคำนวณกลับไปเป็นค่าความต้านทานของ NTC และอุณหภูมิที่ควรจะเป็น ข้อผิดพลาดไม่ใช่ 18 ° C แต่ 1 ° C หรือน้อยกว่า 0.5% เรียกว่า 0 K

ถึงกระนั้นข้อผิดพลาด 6% ก็ไม่เกี่ยวข้องเลย! หากคุณใช้แรงดันอ้างอิงของ ADC สำหรับตัวต้านทานตัวต้านทานที่แรงดันไฟฟ้านั้นไม่ปรากฏในการคำนวณ ฉันจะไม่สนใจถ้าข้อผิดพลาดคือ 50% ใช้การอ้างอิงอื่นหากการอ้างอิงภายในที่ไม่ถูกต้องไม่มีอยู่นอกตัวควบคุม เช่นเดียวกับแหล่งจ่ายไฟ 3.3 V หรือเพียงใดแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงอื่น ๆ ที่คุณวางรอบ

การสอบเทียบไม่ใช่สิ่งที่คุณต้องการสำหรับโครงการแบบครั้งเดียว แต่สำหรับการผลิตจำนวนมากนั้นไม่ต้องกังวลเลยและโดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคซึ่งทุกๆร้อยเปอร์เซ็นต์มีแนวโน้มที่คุณจะพบกทชมากกว่า LM75 ที่มีราคาแพง

ดูเหมือนว่างานสำหรับเทอร์มิสเตอร์หรือสองเทอร์มิสเตอร์จะแม่นยำยิ่งขึ้น เนื่องจากคุณต้องการแยกแยะสถานะอุณหภูมิที่แตกต่างกันสามสถานะเท่านั้นและคุณกำลังค้นหาอุณหภูมิสัมพัทธ์คุณจึงสามารถเชื่อมต่อเทอร์มิสเตอร์สองตัวเข้าด้วยกันเพื่อสร้างสัญญาณอะนาล็อกเดียว ที่สามารถวัดได้ด้วย A / D ที่สร้างขึ้นในไมโคร micros ส่วนใหญ่มี A / D ดังนั้นสิ่งนี้จะไม่เสียค่าใช้จ่ายเพิ่มเติม ฉันอาจเพิ่มตัวต้านทานและตัวเก็บประจุสองสามตัวเป็นตัวกรองสัญญาณความถี่ต่ำเพื่อลดเสียงรบกวน

เทอร์มิสเตอร์หนึ่งตัวเริ่มจากกราวด์ถึงสัญญาณอะนาล็อกและอีกตัวหนึ่งจากเพาเวอร์ไปยังสัญญาณอะนาล็อก คุณอาจต้องทำการปรับเทียบบางอย่าง แต่ด้วยช่วงอุณหภูมิที่แคบและความละเอียดต่ำคุณจึงไม่จำเป็นต้องนึกถึงอะไรเลย อาจเป็นเพียงการประหยัดแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์และลบออกจากการอ่านในอนาคตก็เพียงพอแล้ว

หากคุณไม่ทราบวิธีการวัดอุณหภูมิเดลต้า - แรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันและสนใจที่จะวัดอุณหภูมิคุณควรอ่านสิ่งนี้ - มันอาจเปลี่ยนความคิดของคุณเกี่ยวกับการวัดอุณหภูมิ

ฉันไปงานเลี้ยงสายนิดหน่อย
เนื่องจากคำตอบจะถูกนำไปใช้โดยตอนนี้ฉันส่วนใหญ่จะเพียงแค่ร่างวิธีการทางเลือกที่มีข้อดีมากมาย แต่ดูเหมือนว่าจะใช้ในรูปแบบที่ไม่น่าแปลกใจเล็กน้อย

วิธีนี้เป็นวิธีที่ใช้กันโดยทั่วไปในการวัดอุณหภูมิของวงจรรวม IC แต่ก็ยังไม่ค่อยมีใครรู้

ถ้าไดโอดซิลิคอน (พูด) ถูกป้อนด้วยกระแสสองกระแสที่รู้จักกันการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าเดลต้ากับการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าสัมพันธ์กับอุณหภูมิสัมบูรณ์

วิธีนี้ใช้ใน (อย่างน้อย) เซ็นเซอร์ TI LM82, LM83, LM84, LM87 & LTC3880, LTC3883 และ LTC2974

โปรดทราบว่าวิธีนี้แตกต่างจากวิธีปกติในการวัดแรงดันไดโอดสัมบูรณ์ไปข้างหน้าโดยการลดลงของกระแสที่กำหนดเพื่อแสดงอุณหภูมิ วิธีนี้มีความแม่นยำมากกว่าและไม่จำเป็นต้องมีการสอบเทียบเฉพาะเซ็นเซอร์

ความแม่นยำประมาณ 0.1 องศา C (หรือ K) สามารถทำได้
ความละเอียดจะขึ้นอยู่กับวิธีการวัด

ผลที่ได้คือการสอบเทียบอุปกรณ์ฟรี
ผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับชนิดของไดโอดพื้นฐาน (เช่นซิลิกอน, เจอร์เมเนียม)
เช่นหากคุณใช้ไดโอดย่อย 1 เซ็นต์ 1144148 คุณสามารถเปลี่ยนได้อีก 1N4148 และรับความแม่นยำเดียวกันโดยไม่ต้องทำการปรับเทียบใหม่

ความแม่นยำของการตั้งค่าสองกระแสที่ใช้อย่างชัดเจนส่งผลกระทบต่อความถูกต้องของผล แต่เนื่องจากสิ่งเหล่านี้สามารถเลือกให้เหมาะสมกับทรัพยากรที่มีอยู่ผลลัพธ์จึงดีมาก

วิธีการนี้ใช้โดยระบบการวัดอุณหภูมิตัวประมวลผลแบบบางตัว แต่ไม่ใช่ทั้งหมด คุณมักจะพบว่าที่ระบบนี้ใช้คำอธิบายทางเทคนิคมีรายละเอียดมากและค่อนข้างสับสน - ดูเหมือนว่าพวกเขาต้องการเก็บมันไว้เป็นความลับแม้ว่าวิธีนี้น่าจะใช้งานได้โดย Widlar ในช่วงกลางทศวรรษ 1960

วิธีนี้เทียบเคียงความถูกต้องได้ด้วยความระมัดระวังอย่างสมเหตุสมผลโดยใช้เทอร์มิสเตอร์ชนิด NTC หรือ PT100 ฯลฯ ตัวต้านทานแบบแพลตตินัมและอื่น ๆ ที่คล้ายคลึงกันโดยมีระดับความซับซ้อนและความยากลำบากในการแข่งขันสูงมาก

บันทึกการใช้งานแอพพลิเคชั่นอุปกรณ์อะนาล็อก 199 อันยอดเยี่ยมการวัดอุณหภูมิบนชิปคอมพิวเตอร์ด้วยความเร็วและความแม่นยำที่อ้างว่าเป็นเทคนิคใหม่ ฉันไม่แน่ใจเลยว่ามันถูกต้อง - แต่แน่นอนว่ามีประโยชน์และเป็นที่รู้จักน้อยกว่าที่คาดไว้

จากกระดาษด้านบน (เขียนใหม่เล็กน้อย) สำหรับกระแสของ I และ NI และไดโอดแรงดันไฟฟ้าตกที่ Cv1 ที่ 1 และ Vd2 ที่ปัจจุบัน 2

Vd1 - Vd2 = DVd = (kT / q) ln (I / NI) = (kT / q) ln (1 / N)

เนื่องจาก N, k และ q เป็นค่าคงตัวที่รู้จักทั้งหมด
T = (คงที่) (DVd)

_

แอพ TI ที่ยอดเยี่ยมทราบการตรวจจับอุณหภูมิระยะไกลหลายไดโอด

Wikipedia - เซ็นเซอร์อุณหภูมิซิลิคอน bandgap

[LT AN137 การตรวจจับอุณหภูมิที่แม่นยำด้วยจุดต่อ PN ภายนอก] http://cds.linear.com/docs/Application%20Note/an137f.pdf
ใช้ในเช่น LTC3880, LTC3883 และ LTC2974

อุณหภูมิที่ง่ายมาก (Celcius) ที่วัดได้ด้วย Thermistor (10K) B25 / 100 = 4300 ฉันได้รับแรงบันดาลใจจากความคิดเห็นข้างต้นที่อ่านในบทความนี้

ฉันซื้อเทอร์มิสเตอร์จาก DigiKey 10K 5% ในราคา $ 1 ต่อคน ฉันอยากได้การวัดอุณหภูมิที่ยุติธรรมโดยไม่ต้องใช้เลขทศนิยมและคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อน การเชื่อมต่อกับ Arduino ดังนี้: Vref ถึง 3.3v; analog-0 A0 ถึงตัวต้านทาน 10K และ 3.3v ; เทอร์มิสเตอร์ A0 ลงกราวด์ ฉันได้รับอุณหภูมิใน Celcius ดังนี้รหัสบางส่วน: analogReference (ภายนอก);
ADC = analogRead (0);
Th = 10000 / (1023 / ADC) -1; // 10000 เป็นตัวต้านทานการแก้ไขที่ใช้ในตัวหาร
T = (775 - Th) / 10;

การรับรู้คือ: +1 ที่ 25C, +0 ที่ 20C, -1 ที่ 0C, +2 ที่ -20C คุณเปลี่ยนค่าคงที่ 775 เป็น ajust ใกล้เคียงกับช่วงความปรารถนาที่คุณต้องการ ตัวอย่างเช่นใช้ 765 แทน 775 เพื่อรับข้อผิดพลาด 0 รอบ 25C เนื่องจากนี่คือเลขจำนวนเต็มฉันเพิ่ม 5 ถึง 770 ก่อนหารด้วย 10 เพื่อปัดเศษ

ฉันใช้LM35DZ อุณหภูมิอยู่ระหว่าง 0 ถึง 100 องศาเซลเซียสเซลเซียสส่งออกเชิงเส้นและความต้านทานต่ำ ; ฉันใช้มันกับการเชื่อมต่อโดยตรงกับอินพุต PIC ADC ของฉันทำงานได้ดีมากจนถึงตอนนี้

หนึ่งหน่วยราคาประมาณ USD 3

อุณหภูมิที่ง่ายมาก (Celcius) สามารถวัดได้ด้วย Thermistor ... ที่ $ 1 ต่อ

ชิป STM32F0 เป็นอย่างไร? โมดูล ADC ประกอบด้วยเซ็นเซอร์อุณหภูมิภายในและค่าสอบเทียบที่สองอุณหภูมิและค่าการปรับเทียบสำหรับเครื่องกำเนิด Vref ภายใน

ด้วยการรวมกันทั้งหมดคุณสามารถใช้มันเป็นเซ็นเซอร์อุณหภูมิที่แม่นยำมาก - adc 12 บิตและ sigma มีค่าเพียง 1 lsb - ในช่วงแรงดันไฟฟ้ากว้าง

นอกจากนี้ยังสามารถตั้งโปรแกรมให้เป็นเซ็นเซอร์อุณหภูมิเฉพาะ: ส่วนใหญ่ในโหมดสลีปและตื่นขึ้นเพื่ออ่านอุณหภูมิและส่งข้อมูลแล้วกลับไปนอน

ทั้งหมดนี้ใช้เงินเพียงเล็กน้อยในปริมาณน้อย