Ардуино: терморезистор NTC 100K

Терморезистор (или термистор) — это такой резистор, который меняет свое электрическое сопротивление в зависимости от температуры.

Существует два вида термисторов: PTC — с положительным температурным коэффициентом, и NTC — с отрицательным. Положительный коэффициент означает, что с повышением температуры сопротивление термистора падает. NTC-термистор ведет себя противоположным способом.

Также термисторы отличаются номинальным сопротивлением, которое соответствует комнатной температуре — 25 C°. Например, популярными являются термисторы с номиналом 100 кОм и 10 кОм. Такие термисторы часто используют в 3D-принтерах.

В этом уроке мы будет использовать термистор NTC 100K в стеклянном корпусе. Вот такой:

Термистор NTC 100K

1. Подключение термистора к Ардуино

Чтобы измерить сопротивление термистора, подключим его в качестве нижнего плеча делителя напряжения. Среднюю же точку делителя подключим к аналоговому входу Ардуино — A0. Подобный способ использовался в уроке про фоторезистор.

Подробно об аналоговых входах Ардуино мы говорили на уроке: Аналого-цифровые преобразования — АЦП

Принципиальная схема

Схема подключения термистора NTC 100K к Ардуино

Внешний вид макета

Схема подключения термистора NTC 100K к Ардуино

Какое сопротивление должен иметь резистор в верхнем плече делителя? Как правило, используют резистор с сопротивлением, совпадающим по порядку с номиналом термистора. В нашем уроке мы используем резистор на R1 = 102 кОм, его легко получить последовательным соединением двух резисторов на 51 кОм.

2. Программа для вычисления сопротивления термистора

Первая программа, которую мы напишем, будет вычислять сопротивление термистора в Омах.

#define SERIAL_R 102000 // сопротивление последовательного резистора, 102 кОм

const byte tempPin = A0;

void setup() {
    Serial.begin( 9600 );
    pinMode( tempPin, INPUT );
}

void loop() {
    int t = analogRead( tempPin );
    float tr = 1023.0 / t - 1;
    tr = SERIAL_R / tr;
    Serial.println(tr);
    delay(100);
}

Результат работы программы:

Сопротивление термистора, Ардуино

Можно заметить, что измеренное сопротивление термистора меньше 100 кОм, значит температура окружающей среды ниже 25 C°. Следующий шаг — вычисление температуры в градусах Цельсия.

3. Программа для вычисления температуры на термисторе

Чтобы вычислить значение температуры используют формулу Стейнхарта — Харта:

Уравнение Стейнхарта — Харта

Уравнение имеет параметры A,B и C, которые нужно брать из спецификации к датчику. Так как нам не требуется большой точности, можно воспользоваться модифицированным уравнением (B-уравнение):

Уравнение Стейнхарта — Харта

В этом уравнении неизвестным остается только параметр B, который для NTC термистора равен 3950. Остальные параметры нам уже известны:

  • T0 — комнатная температура в Кельвинах, для которой указывается номинал термистора; T0 = 25 + 273.15;
  • T — искомая температура, в Кельвинах;
  • R — измеренное сопротивление термистора в Омах;
  • R0 — номинальное сопротивление термистора в Омах.

Модифицируем программу для Ардуино, добавив расчет температуры:

#define B 3950 // B-коэффициент
#define SERIAL_R 102000 // сопротивление последовательного резистора, 102 кОм
#define THERMISTOR_R 100000 // номинальное сопротивления термистора, 100 кОм
#define NOMINAL_T 25 // номинальная температура (при которой TR = 100 кОм)

const byte tempPin = A0;

void setup() {
    Serial.begin( 9600 );
    pinMode( tempPin, INPUT );
}

void loop() {
    int t = analogRead( tempPin );
    float tr = 1023.0 / t - 1;
    tr = SERIAL_R / tr;
    Serial.print("R=");
    Serial.print(tr);
    Serial.print(", t=");

    float steinhart;
    steinhart = tr / THERMISTOR_R; // (R/Ro)
    steinhart = log(steinhart); // ln(R/Ro)
    steinhart /= B; // 1/B * ln(R/Ro)
    steinhart += 1.0 / (NOMINAL_T + 273.15); // + (1/To)
    steinhart = 1.0 / steinhart; // Invert
    steinhart -= 273.15; 
    Serial.println(steinhart);
 
    delay(100);
}

Результат:

Значения температуры на термисторе, Ардуино

Уже лучше! Программа показывает нам температуру в градусах Цельсия. Как и ожидалось, она немного ниже 25 C°.

Задания

  1. Термометр с дисплеем. Подключим к схеме символьный ЖК дисплей, и напишем программу, которая каждые 100 миллисекунд будет выводить на него температуру.
  2. Сигнализация перегрева. Добавим в схему зуммер и напишем программу, которая будет непрерывно вычислять температуру. В программе также должно быть условие: если температура превышает 70 C°, то включаем зуммер.

Изменено: