基于澎湃微PT32x033系列的NTC應用 血糖儀環(huán)境溫度監(jiān)測

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概 述

NTC電阻，即負溫度系數(shù)熱敏電阻，英文全稱為Negative Temperature Coefficient，指的是阻值隨溫度上升而呈指數(shù)關系減小的現(xiàn)象和材料。

NTC熱敏電阻一般以錳、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。這些金屬氧化物在導電方式上完全類似鍺、硅等半導體材料：

溫度越低，這些氧化物材料的載流子（電子和空穴）數(shù)目減少，其電阻增大

溫度越高，氧化物材料的載流子（電子和空穴）數(shù)目增多，其電阻減小

NTC電阻正以其成本低、精度高的特性，被越來越廣泛的應用在各種場合。

Part 1

NTC電阻在血糖儀中的應用??

血糖儀采用電化學原理，測試血糖試紙反應區(qū)內(nèi)的生化酶與血液中的葡萄糖產(chǎn)生的微電流，再轉(zhuǎn)化成葡萄糖濃度讀數(shù)。這一過程對于測試環(huán)境的溫度有著較高的要求，適宜血糖儀運作的溫度一般來說在10℃~40℃之間，太冷或者太熱的環(huán)境均會影響其測試準確性。

使用NTC電阻檢測溫度并對結果進行溫度補償，避免測試結果因外界溫度產(chǎn)生偏差，耽誤病患的治療，正成為一種主流的低成本解決方案。

Part 2

基于PT32x033的NTC應用??

NTC常規(guī)的應用是將熱敏電阻和普通電阻器串聯(lián)連接，并施加以恒定電壓VIN，再將端點電壓VNTC接入到ADC中采樣，如下圖所示：

圖1 NTC恒壓驅(qū)動電路

使用上圖所示的電路，熱敏電阻此時的阻值，可以通過下面的公式計算得出：

2.1?多選的恒壓源VIN

針對恒定的電壓源VIN，在血糖儀應用中，PT32x033提供了幾種配置策略：

BG2v0通過AVREF+引腳間接的作為恒壓源

BG2v0通過DVREF+引腳間接的作為恒壓源

如下圖所示：

圖2 可選的恒壓源配置策略

注??

1.? 虛線，指可選的連接

2.? BG2v0通過AVREF+或DVREF+引腳間接的作為恒壓源時，RNTC在25℃的阻值應大于100KΩ

2.2?高精度ADC

PT32x033內(nèi)部集成了一個12bit分辨率的高精度ADC，下圖為ADC的框圖

圖3 ADC框圖

ADC提供了幾個可選的參考源：

VDDA

BG2V0

AVREF+

在血糖儀應用中，選擇BG2v0以提供成本和精度間的最佳平衡。

Part 3

NTC溫度算法??

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NTC的溫度算法常見的有下列三種，這些算法都需要獲得高精度的NTC電阻阻值作為前提。

B值法

查表法

線性擬合法

B值法需要占用較大的計算資源，但其得出的數(shù)據(jù)準確度較高，血糖儀Demo板上使用的就是這種方法通過NTC阻值來計算溫度，下面就重點對B值法進行描述：

3.1 B值法

B值法根據(jù)一條公式，僅需要代入NTC電阻值和B值這兩個變量，即可獲取溫度值，可移植性高，操作方便，公式如下所示：

其中：

TN為常量，表示25℃的開爾文溫度單位：298.15

B為變量，指NTC電阻的B值，血糖儀DEMO板上使用的NTC電阻B值為3380

273.15為常量，開氏度中的絕對零度，將開氏度減去絕對零度，即獲得攝氏度

下面是根據(jù)上述公式，血糖儀DEMO程序封裝的函數(shù)，如下圖所示：

圖4 基于B值法的函數(shù)

3.2 查表法

NTC的阻值對應著溫度，查表法正是應用這個原理總結的一種較為流行的簡單方法。

使用查表法，需要將NTC的相關阻值根據(jù)溫度的規(guī)律，都記錄在一個數(shù)組中，通過將當前計算得出的NTC電阻值與數(shù)組成員進行對比，從而獲得對應的溫度值。但查表法難以獲取更加細分的溫度值且實際操作復雜，需要建立數(shù)組，可移植性差。

3.3?線性擬合法

查表法的缺陷在于無法獲取更細分的溫度，且實際操作復雜，需要根據(jù)NTC數(shù)據(jù)手冊的“阻值溫度對應表”去建立數(shù)組，可移植性差。因此在這個基礎上，還延伸了一種更為簡便的方法：“線性擬合法”。

線性擬合法需要根據(jù)“阻值溫度對應表”去擬合出一條線性公式，在程序上，通過這條線性公式，將計算得出的電阻值代入即可獲取溫度值。

但該方法同樣也需要建立擬合數(shù)據(jù)，且可移植性差，實際操作較為繁瑣。