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NTC 温度采样 二分查表及公式法
NTC 温度采样：
本文记录对NTC 温度采样，分别采用二分查表法及公式法进行描述
资源下载链接：Excel 生成数组表 https://download.csdn.net/download/qq_41359157/88326839?spm=1001.2014.3001.5503
NTC参数：
NTC采样电路：
一、 二分查表法：
二分法，二分查找很高效，假设数据大小是n，每次查找后数据都会缩小为原来的一半，也就是会除以2。二分法查找针对的是一个有序的数据集合（升序或降序排列）。
（1）首先，从数组的中间元素开始搜索，如果该元素正好是目标元素，则搜索过程结束，否则执行下一步。
（2）如果目标元素大于/小于中间元素，则在数组大于/小于中间元素的那一半区域查找，然后重复步骤（1）的操作。
比如，我们需要查找4。- 先取一半为6， 6 大于 4。则说明要找的数在前一半，此时end需要挪到mid-1处
- 再取一半为3， 3 小于 4。则说明要找的数在后一半，此时start需要挪到mid+1处
- 再次查找，则可以找到目标值。当然对于温度来讲，只知道一个范围区间，这个下面再讲
因为NTC的AD值正好是表中的值概率很小，很可能查不到，但是我们可以知道落在了哪个区间，所以要处理的数据基本上在两个温度的区间，如果要显示小数，两个温度区间可以看成是线性的，通过局部线性化就可以计算出温度的值。
假设ADC采样的值是2075，则对应在数据表中的2093~2048之间，及在24 ℃ ~ 25 ℃之间
计算方式按照线性处理如下:
代码部分：
头文件部分：这里我生成了两个表格，一个是ADC的表格，一个是与其对应的温度表格
static const uint16 NTC_adc_table[] = { 3996, 3988, 3981, 3972, 3964, 3955, 3945, 3935, 3924, 3912, 3900, 3887, 3874, 3860, 3845, 3830, 3813, 3796, 3778, 3760, 3740, 3720, 3698, 3676, 3653, 3629, 3604, 3578, 3551, 3524, 3495, 3465, 3435, 3403, 3371, 3337, 3303, 3267, 3231, 3194, 3156, 3118, 3078, 3038, 2997, 2955, 2913, 2870, 2826, 2782, 2738, 2693, 2648, 2602, 2556, 2510, 2464, 2417, 2371, 2324, 2278, 2231, 2185, 2139, 2093, 2048, 2002, 1957, 1913, 1868, 1825, 1781, 1739, 1697, 1655, 1614, 1574, 1534, 1495, 1456, 1419, 1382, 1346, 1310, 1275, 1241, 1208, 1175, 1143, 1112, 1081, 1052, 1023, 994, 967, 940, 914, 888, 863, 839, 815, 792, 770, 748, 727, 707, 687, 668, 649, 631, 613, 596, 579, 563, 547, 532, 517, 502, 488, 475, 462, 449, 436, 424, 413, 401, 390, 380, 369, 359, 350, 340, 331, 322, 314, 305, 297, 289, 282, 274, 267, 260, 253, 247, 240, 234, 228, 222, 217, 211, 206, 201, 196, 191, 186, 181, 177, 173, 168, 164, 160 }; static const sint16 NTC_temperature_table[] = { -40, -39, -38, -37, -36, -35, -34, -33, -32, -31, -30, -29, -28, -27, -26, -25, -24, -23, -22, -21, -20, -19, -18, -17, -16, -15, -14, -13, -12, -11, -10, -9, -8, -7, -6, -5, -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120 };- 1
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源文件部分：
#define TSP_SHORT_CIRCUIT_THRESHOLD 20U /*!#define TSP_OPEN_CIRCUIT_THRESHOLD 4090U /*! /*------------------------------------------------------------------------------*/ /*! * \brief tsp_BinaryTableSearch * \details Calculation of NTC temperature by binary table lookup method * \param[in] adc_val current adc value * \param[out] float32 Temperature( degree centigrade ) */ /*------------------------------------------------------------------------------*/ static float32 tsp_BinaryTableSearch( uint16 adc_val ) { uint16 start = 0U, end = 0U, mid = 0U; /* Get the arry length */ end = ( sizeof( NTC_adc_table )/ sizeof( NTC_adc_table[0] ) ) - 1U; /* Data anomaly judgment */ if( adc_val <= TSP_SHORT_CIRCUIT_THRESHOLD ) { return 1.0F; } else if( adc_val >= TSP_OPEN_CIRCUIT_THRESHOLD ) { return 2.0F; } else if( adc_val > NTC_adc_table[0] ) { return 3.0F; } else if( adc_val < NTC_adc_table[end - 1U] ) { return 4.0F; } else { /* MISRA-C coding rules */ } while ( start <= end ) { /* Get the mid value */ mid = (start + end) >> 1; /* Just find */ if( adc_val == NTC_adc_table[mid] ) { break; } /* Right in between two temperature points */ if( ( adc_val < NTC_adc_table[mid] ) && ( adc_val > NTC_adc_table[mid+1U] ) ) { break; } /* The current AD value less than the middle of the array indicates * the second half of the number to look for */ if( adc_val < NTC_adc_table[mid] ) { start = mid + 1U; } /* The current AD value greater than the middle of the array indicates * that the number to be found is in the first half */ else if( adc_val > NTC_adc_table[mid] ) { end = mid - 1U; } else { /* MISRA-C coding rules */ } } return ( NTC_temperature_table[mid] + (float)( NTC_adc_table[mid] - adc_val ) / (float)( NTC_adc_table[mid]-NTC_adc_table[mid+1] ) ); // return (mid-40) + (float)(NTC_adc_table[mid] -key)/(float)(NTC_adc_table[mid]-NTC_adc_table[mid+1]); } - 1
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这里我们可以采用两种方法，一种是通过ADC的值索引到当前表中的位置，再根据这个mid位置索引到温度表格中的值，然后进行计算。
还有一种就是注释的部分：return (mid-40) + (float)(NTC_adc_table[mid] -key)/(float)(NTC_adc_table[mid]-NTC_adc_table[mid+1]);- 1
这里的mid - 40代表的是，这个表格前面有40个负值温度，通过mid-40 可以得到当前温度的整数部分。这种方法比较固定，写程序时得确定当前温度范围值。
如果采用第二种方法，只需要配置参数，生成头文件即可。
excel表格配置：
只需要填写相关属性参数，点击Publish即可生成头文件二、 公式法 —— 温度系数B值计算法：
这里T1和T2指的是K度即开尔文温度X R1 NTC在T(K)温度下的阻值, T1温度下的阻值 R2 NTC在25℃下的阻值（10K、5K、100K…）即：在额定温度 TN （ K ）时的 NTC 热敏电阻阻值,T2常温下的标称阻值。 B NTC 热敏电阻的材料常数，又叫热敏指数 (3435，3950…) T1 NTC的温度 T2 273.15+25 (开尔文基数 + 额定阻值下的温度) 通过转换可以得到温度T1与电阻Rt的关系:
因为C语言的math.h中没有ln表达，有log可以进行替代，
这里可以将ln换算成log:
其他博客统一写上了：
对应的摄氏温度t=T1-273.15，同时+0.5的误差矫正。本人通过跟查表法对比，发现加了0.5误差矫正反而就多了0.5，所以实际程序中不添加0.5进行误差矫正。
代码部分：
#ifdef NTC_SUPPORT #include#define TSP_NTC_B_VALUE 3950U /*! #define TSP_NTC_RATED_TEMP 25U /*! #define TSP_NTC_RATED_RES 10000.0F /*! #define TSP_NTC_KELVIN_VALUE 273.15F /*! #define TSP_NTC_T2_VALUE TSP_NTC_KELVIN_VALUE + TSP_NTC_RATED_TEMP #define TSP_NTC_ERROR_VALUE 0.5F /*! #define TSP_ADC_FULL_SCALE 4095.0F /*! #define TSP_ADC_VOLTAGE_REF 3.3F /*! /* * Temperature Configuration Data: * TSP_HOT_TEMP_LIMIT * TSP_COLD_TEMP_LIMIT * TSP_MAX_SAMPLE_NUM * TSP_NTC_B_VALUE * TSP_NTC_RATED_TEMP * TSP_NTC_RATED_RES * Temperature Conversion Equations: * T[Volt] = T[ADC] * (3.3 / 1023) * T[degree] = ( 1 / ( ln(Rt/Rp) / B + 1/T2 ) ) - 273.15 */ double tsp_ln(double a) { int N = 15; int k , nk; double x, xx , y; x = ( a - 1 ) / ( a + 1 ); xx = x * x; nk = 2 * N + 1; y = 1.0 / nk; for( k = N; k > 0; k-- ) { nk = nk - 2; y = ( 1.0 / nk ) + ( xx * y ); } return ( 2.0 * x * y ); } /*------------------------------------------------------------------------------*/ /*! * \brief tsp_ResistanceToTemperature * \details Convert NTC resistance to temperature, * important: Array sorting from large to small search * \param[in] adc_val Current adc value * \param[out] float32 Temperature( degree centigrade ) */ /*------------------------------------------------------------------------------*/ static float32 tsp_ResistanceToTemperature( uint16 adc_val ) { float32 B_value = TSP_NTC_B_VALUE; float32 Rp_value = TSP_NTC_RATED_RES; float32 T1 = 0.0F; float32 T2 = TSP_NTC_T2_VALUE; float32 Rt_value = 0.0F; float32 volt_val = 0.0F; /* Data anomaly judgment */ if( adc_val <= TSP_SHORT_CIRCUIT_THRESHOLD ) { return 1.0F; } else if( adc_val >= TSP_OPEN_CIRCUIT_THRESHOLD ) { return 2.0F; } else { /* MISRA-C coding rules */ } /* Convert to voltage */ volt_val = ((float32) adc_val * TSP_ADC_VOLTAGE_REF) / TSP_ADC_FULL_SCALE; /* Get the NTC resistance value */ Rt_value = volt_val / ( ( TSP_ADC_VOLTAGE_REF - volt_val ) / TSP_NTC_RATED_RES ); /* Operational formula */ T1 = ( 1.0F / ( ( log( Rt_value / Rp_value ) / B_value ) + ( 1.0F / T2 ) ) ); /* Operational formula */ // T1 = ( 1.0F / ( ( tsp_ln( Rt_value / Rp_value ) / B_value ) + ( 1.0F / T2 ) ) ); /* Kelvin value convert to degree celsius value */ T1 = T1 - TSP_NTC_KELVIN_VALUE; return ( T1 ); } #endif - 1
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注意：如果用于单片机程序，使用
，且不开优化( -O1, -O2, -O3…)的话，程序会额外占用5KB的flash空间。开了程序优化，则可以正常使用math库中的log函数，不会额外占用flash空间。
当然，如果不想开优化，但是又想使用ln函数，可以自己实现。double tsp_ln(double a)- 1
该函数就是一种实现ln的算法。实际测试对比基本符合log函数功能
总结：
查表法与B值公式法两者测量温度对比：
可以发现两者结果基本一致，只有小数点后第二位有0.01~0.02的误差，对于NTC采样来讲是可以接受的我个人比较喜欢使用B值公式法，这样不用生成查表的表格，只需要将宏定义对应的关键参数进行配置，就可以满足不同规格的NTC电阻。
PS: 如何转换摄氏度为开尔文：
0摄氏度等于273.15开尔文 0℃ = 273.15K
例：将20℃转换为开尔文
T(K) = 20℃ + 273.15 = 293.15K -
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- 原文地址：https://blog.csdn.net/qq_41359157/article/details/132802069
