你有没有想过恒温器，汽车发动机，过滤器和3D打印机加热床等设备如何测量温度？这个项目向您展示如何！
在许多项目中，了解温度是一个有用的数据。了解温度有助于我们调节室温，防止发动机过热，确保3D打印机床足够热，使ABS等材料粘在其表面，并防止食物燃烧。
在这个项目中，我们专注于一种可以测量温度的传感器：热敏电阻。
与其他类型的电阻器相比，热敏电阻具有更高的温度灵敏度。
使用Arduino，我们可以测量和处理热敏电阻的读数，然后将它们转换为更常见的温度单位。
方法一
项目背后的理论
通常，对于使用电阻器的应用，您希望避免在温度变化时电阻发生变化。虽然这在现实生活中并不是完全可能的，但你可以做到这一点，只有很小的电阻变化与温度的大变化相对应。如果你不能这样做，电阻器真的会在电路中造成严重破坏。例如，随着环境温度的变化，LED会变亮和变暗。
那么如果你真的希望LED的亮度是温度的函数，你会怎么做？那么，你需要一个热敏电阻。热敏电阻的电阻变化很大，温度变化很小。为了说明这个概念，请参见下面的图1，其中显示了热敏电阻的典型曲线：
热敏电阻可根据您购买的不同而轻松定制。如上所示，随着温度升高，电阻降低。这是负温度系数电阻器（NTC）的主要特性。
热敏电阻也可用作正温度系数（PTC）。PTC的工作方式是随着温度的升高，电阻增加。但请注意，PTC热敏电阻具有某种临界点，并且可能会在某些温度下极大地影响电阻，使PTC热敏电阻更具挑战性。因此，大多数低成本温度测量使用NTC热敏电阻。
也就是说，假设我们将在本文的其余部分引用NTC型热敏电阻。
找到曲线拟合公式：四种方法
现在我们已经介绍了热敏电阻的一般行为，下一个问题可能就是我们如何用Arduino测量温度。上图中的曲线是非线性的，因此似乎不可能使用简单的线性方程。（实际上，我们可以计算出一个等式。本文稍后将详细介绍。）
那么该怎么办？
在我们继续之前，尝试考虑如何使用Arduino或甚至只是没有微处理器组件的电路。
有几种方法可以解决这个问题。下面讨论四种选择。这远不是每种技术的详尽列表，但它涵盖了一些流行的方法。
方法一
一些制造商提供了整个图表，其绘制了温度和电阻的典型值的特定整数范围。
如果制造商不提供查找表，则需要由您测量每个点以生成数据。听起来像编程头痛，对吧？但是，这种方法确实有它的位置。例如，如果您手边的项目仅检查几个点或保持在一个小范围内，这可能是要走的路。例如，如果您只想测量值何时落在选定的温度范围内，并且LED指示灯亮起以指示每次发生的时间。
但是，在这个项目中，我们想要测量一个接近连续的范围并将其发送到串行监视器，这对我们来说这个方法是错误的。
1 / T = A + Bln（R）+ C（ln（R））3
方法二
另一种方法是通过将一个电阻器与热敏电阻并联来增加外部电路，从而“线性化”热敏电阻的响应。有些IC已经为你准备好了。
选择正确的值并确定如何选择和线性化区域本身就是一篇文章。如果您的微处理器缺少浮点精度（例如PICAXE），方法二非常适合，因为它简化了温度范围到线性响应，并且还使得设计没有微处理器的电路变得更加容易。
对于这个项目，我们有一个微处理器，并将使用整个范围，所以这种方法再次对我们不起作用。
方法三
如果你是一个贪婪的惩罚，你可以从数据表中获取表数据，或者更加耗时，生成你自己开发的数据，通过独立的测量，在Excel等程序中重新创建绘图。从那里，您可以使用曲线拟合功能生成曲线公式。这为您的程序提供了一个方便的公式，但需要时间和数据的预处理。
我们宁愿不被困在分析所有这些数据，尽管方法三是合法的方法。此外，每个热敏电阻都有点不同（如果公差水平非常低，则不是一个大问题）。
方法四
对于像热敏电阻这样的器件，存在一般的曲线拟合公式，称为Steinhart-Hart方程。有不同的版本，其中使用了平方和立方项。这是等式的一个版本
1 / T = A + Bln（R）+ C（ln（R））3
其中R是热敏电阻在温度T下的电阻（以开尔文为单位）。
这种通用的曲线拟合方程可以适应所有NTC型电阻器，因为电阻和温度关系的近似值足以满足大多数应用。
注意，该等式需要三个常数：A，B和C.这些常数对于每个热敏电阻是不同的，必须给出或计算。有三个未知数，您需要在一定温度下进行三次电阻测量。从那里，这些测量产生三个方程来解决这些常数。
即使你是一个代数巫师，这也是很多工作。
幸运的是，有一个更简单的方程不太准确但只有一个常数。常数用β表示，因此该方程称为β方程。
1 / T = 1 / T O +（1 /β）⋅ln（R / R O）
其中R O指的是参考温度T O处的电阻（例如，室温下的电阻）。
β通常在数据表中提供。如果不是，您只需要一次测量（一个等式）来计算它。
所以我们找到了它。这是我们将用于热敏电阻接口的等式和方法，因为编码非常简单，同时也是我们尚未发现的最简单的方法，不需要线性化热敏电阻的响应。
用Arduino测量电阻
由于我们已经找到了正确的方法，我们现在需要弄清楚如何在我们将其插入β方程之前用Arduino实际测量电阻。这可以使用分压器完成：
以上是我们热敏电阻的接口电路。每次热敏电阻检测到温度变化时，它都会反映在输出电压中。
通常，我们使用分压器，其公式如下：
V 出 = V 小号 ⋅（R 平衡 / R 热敏电阻 + R 平衡）
但是，我们不希望V out作为答案 - 我们想要R 热敏电阻。我们将通过以下方式解决这个问题：
R 热敏电阻 = R 平衡 ⋅（V s / V out - 1）
我们即将完善，但我们需要测量电压输出和电源电压。这就是Arduino内置ADC的用武之地。
我们可以将电压表示为一定范围内的数字数字。所以，我们的等式最终结果如下：
R 热敏电阻 = R 平衡 ⋅（D max / D 测量 - 1）
这在数学上是成功的，因为无论我们如何表示电压（以伏特或数字为单位），这些单元抵消了分数中的顶部和底部，留下无量纲数。在那之后，乘以一个阻力，以欧姆为单位得出答案。
我们的D max将是1023，因为它是我们的10位ADC产生的最高数字。测量的 D 将被设置为我们测量的ADC值，范围从低至零到高达1023。
布线
我们将在我们的分压器中使用一个10K欧姆的热敏电阻，以及一个10k欧姆的电阻用于R 平衡。没有给出β，因此需要计算。
您将在下面找到完整的原理图。
