Узнайте о термисторах и о том, как запрограммировать Arduino для измерения их данных.

Вы когда-нибудь задумывались над тем, как некоторые устройства, такие как термостаты, нагревательные площадки 3D принтеров, автомобильные двигатели и печи измеряют температуру? В этой статье вы можете это узнать!

Знать температуру может быть очень полезно. Знание температуры может помочь регулировать температуру в помещении до комфортного значения, гарантировать, что нагревательная площадка 3D принтера была достаточно горячей, чтобы такие материалы, как ABS, прилипали к ее поверхности, а также предотвратить перегрев двигателя или не допустить сжигания приготавливаемой еды.

В данной статье мы рассматриваем только один тип датчика, способного измерять температуру. Этот датчик называется термистором.

Термистор обладает сопротивлением, которое намного сильнее зависит от температуры, чем сопротивление других типов резисторов.

Мы буде использовать Arduino для измерения и обработки показаний термистора, после чего мы преобразуем эти показания в удобный для чтения формат единиц измерения температуры.

Ниже приведена фотография термистора, который мы собираемся использовать:

Необходимые компоненты

Комплектующие

• Arduino (Mega или Uno или любая другая модель);
• несколько перемычек;
• паяльник и припой (возможно, понадобится, если ваш термистор не будет влезать в разъемы на плате Arduino).

Программное обеспечение

• Arduino IDE

Теория

При типовом использовании резистора вы не хотите, чтобы его сопротивление менялось при изменении температуры. Это не реально в реальной жизни, можно лишь обеспечить небольшое изменение сопротивления при большом изменении температуры. Если бы это было не так, то резисторы странно влияли бы на работу схем, например, светодиод мог бы светиться намного ярче или тусклее по мере изменения температуры окружающей среды.

Но что, если вы действительно хотите, чтобы яркость светодиода была функцией температуры? Здесь появляется термистор. Как вы могли догадаться, у термистора сопротивление сильно изменяется при небольшом изменении температуры. Чтобы проиллюстрировать это, ниже приведена кривая изменения сопротивления термистора:

На рисунке показаны лишь единицы измерения без фактических значений, так как диапазон сопротивлений зависит от типа конкретного термистора. Как вы можете заметить, по мере увеличения температуры сопротивление терморезистора уменьшается. Это является отличительным свойством резистора с отрицательным температурным коэффициентом (Negative Temperature Coefficient), или, кратко, NTC термистора.

Существуют также терморезисторы с положительным температурным коэффициентом (Positive Temperature Coefficient, PTC), сопротивление которых увеличивается по мере роста температуры. Однако, PTC термисторы имеют своего рода точку перелома и сильно меняют сопротивление при некоторой температуре. Это делает взаимодействие с PTC термисторами чуть более сложным. По этой причине в большинстве дешевых измерителей температуры предпочтительнее использовать NTC термисторы.

В оставшейся части статьи, как вы можете догадаться, мы будем говорить о терморезисторах типа NTC.

Четыре подхода к нахождению формулы для построения кривой

Теперь, когда мы лучше понимаем поведение термисторов, вы можете удивиться, как мы можем использовать Arduino для измерения температуры. Кривая на графике выше нелинейна и, следовательно, простое линейное уравнение нам не подходит (на самом деле мы можем вывести уравнение, но об этом позже).

Так что же делать?

Прежде чем продолжить, подумайте, как бы вы это сделали на Arduino или даже в схеме без микропроцессорных компонентов.

Существует несколько способов решения этой проблемы, которые перечислены ниже. Это далеко не полный список всех методик, но он покажет вам некоторые популярные подходы.

Метод 1

Некоторые производители предоставляют настолько полную информацию, что в ней содержится весь график, отображающий определенные диапазоны целочисленных значений температуры и сопротивления (типовые значения). Один такой термистор может быть найден в техническом описании от компании Vishay .

Как, имея такие подробные данные, можно было бы реализовать измерение температуры на Arduino. Вам нужно было бы жестко прописать в коде все эти значения в огромной таблице поиска или очень длинных структурах управления " switch...case " или " if...else ".

А если производитель не удосужился предоставить подробную таблицу, то вам придется самостоятельно измерить каждую точку для формирования такой таблицы. Этот день будет для программиста довольно уныл. Но этот метод не так уж и плох и имеет место в использовании. Если текущий проект проверяет лишь несколько точе или даже небольшой диапазон, этот способ может быть предпочтительным. Например, одна такая ситуация возникает, если вы хотите измерить, находятся ли значения выбранных диапазонах температур, и зажечь светодиод для индикации этого состояния.

Но в нашем проекте мы хотим измерять температуру в почти непрерывном диапазоне и отправлять показания на монитор последовательного порта, поэтому этот метод использовать не будем.

Метод 2

Вы можете попытаться «линеаризовать» реакцию термистора, добавив к нему дополнительную схему.

Одним из популярных способов выполнения этого является подключение резистора параллельно термистору. Некоторые микросхемы предлагают сделать это за вас.

Определение того, как выбрать и линеаризовать участок кривой, вместе с выбором правильного номинала резистора - это тема для отдельной статьи. Этот подход хорош, если микропроцессор не может вычислять выражения с плавающей запятой (например, PICAXE), поскольку он упрощает реакцию в некотором диапазоне температур до линейного характера. Это также упрощает проектирование схемы, в которой нет микропроцессора.

Но у нас в этой статье микропроцессор используется, и мы хотим измерять температуру во всем диапазоне.

Метод 3

Вы можете взять данные из таблицы в техническом описании или (если нравятся извращения) сформировать собственную таблицу, выполнив самостоятельные измерения и воссоздав график в чем-то типа Excel. Затем вы можете использовать функцию подгонки кривой для создания формулы этой кривой. Это неплохая идея, и вся выполненная работа даст красивую формулу, которую вы сможете использовать в программе. Но это займет некоторое время для предварительной обработки данных.

Хотя это разумный подход, мы не хотим зависеть от анализа всех этих данных. Кроме того, каждый термистор немного отличается (но, конечно, это не проблема, если допуск довольно низок).

Метод 4

Оказывается, есть общая формула для подгонки кривой, предназначенная для устройств типа термисторов. Она называется уравнением Штейнхарта-Харта. Ниже представлена его версия (в других версиях используются члены во второй и степени):

\[\frac{1}{T}=A+B\ln(R)+C(\ln(R))^3\]

где R - сопротивление терморезистора при температуре T (в Кельвинах).

Это общее уравнение кривой, подходящее для всех типов NTC термисторов. Аппроксимация связи температуры и сопротивления «достаточно подходит» для большинства применений.

Обратите внимание, что уравнение нуждается в константах A, B и C. Для разных термисторов они различаются и должны быть либо заданы, либо вычислены. Поскольку мы имеем три неизвестных, вам необходимо выполнить три измерения сопротивления при определенных температурах, которые затем могут быть использованы для создания трех уравнений и определения значений этих констант.

Даже для тех из нас, кто хорошо знают алгебру, это всё еще слишком трудоемко.

Вместо этого, есть еще более простое уравнение, которое менее точно, но содержит только одну константу. Эта константа обозначена как β, и поэтому уравнение называется β-уравнением.

\[\frac{1}{T}=\frac{1}{T_o}+(\frac{1}{\beta})\cdot\ln\left(\frac{R}{R_o}\right)\]

где R 0 - сопротивление при контрольной температуре T 0 (например, сопротивление при комнатной температуре). R - сопротивление при температуре T. Температуры указываются в Кельвинах. β обычно указывается в техническом описании; а если нет, то вам необходимо только одно измерение (одно уравнение) для расчета этой константы. Это уравнение я буду использовать для взаимодействия с нашим термистором, поскольку оно является самым простым из тех, с которыми я столкнулся, и не нуждается в линеаризации реакции термистора.

Измерение сопротивления с помощью Arduino

Теперь, когда мы выбрали метод построения кривой, мы должны выяснить, как реально измерить сопротивление с помощью Arduino, прежде чем мы сможем передать информацию о сопротивлении в β-уравнение. Мы можем сделать это используя делитель напряжения:

Это будет наша схема взаимодействия с термистором. Когда термистор определит изменение температуры, это отразится на выходном напряжении.

Теперь, как обычно, мы используем формулу для делителя напряжения.

Но нам неинтересно выходное напряжение V выход, нас интересует сопротивление термистора R термистор. Поэтому мы выразим его:

Это намного лучше, но нам необходимо измерить наше выходное напряжение, а также напряжение питания. Так как мы используем встроенный АЦП Arduino, то можем представить напряжение, как числовое значение на определенной шкале. Итак, конечный вид нашего уравнения показан ниже:

Это работает потому, что не имеет значения, как мы представляем напряжение (в вольтах или в цифровых единицах), эти единицы сокращаются в числителе и знаменателе дроби, оставляя безразмерное значение. Затем мы умножаем его на сопротивление, чтобы получить результат в омах.

D max у нас будет равно 1023, так как это самое большое число, которое может выдать наш 10-разрядный АЦП. D измеренное - это измеренное значение аналого-цифровым преобразователем, которое может быть в диапазоне от нуля до 1023.

Всё! Теперь можно приступить к сборке!

Соберем это

Я использовал термистор TH10K.

Также я использовал резистор 10 кОм в качестве R баланс в нашем делителе напряжения. Константы β у меня не было, поэтому я рассчитал ее сам.

Ниже приведена полная схема устройства. Она довольно проста.

А так выглядит конечный макет:

Код программы для Arduino

Код снабжен большим количеством комментариев, чтобы помочь вам понять логику программы.

В основном он измеряет напряжение на делителе, вычисляет температуру, а затем показывает ее в терминале последовательного порта.

Для забавы добавлены также некоторые операторы " if...else ", чтобы показать, как вы можете действовать в зависимости от диапазона температур.

//=============================================================================== // Константы //=============================================================================== // Связанные с термистором: /* Здесь у нас несколько констант, которые упрощают редактирование кода. Пройдемся по ним. Чтение из АЦП может дать одно значение при одной выборке, а затем немного отличающееся значение при следующей выборке. Чтобы избежать влияния шумов, мы можем считывать значения с вывода АЦП несколько раз, а затем усреднять значения, чтобы получить более постоянное значение. Эта константа используется в функции readThermistor. */ const int SAMPLE_NUMBER = 10; /* Чтобы использовать бета уравнение, мы должны знать номинал второго резистора в нашем делителе. Если вы используете резистор с большим допуском, например, 5% или даже 1%, измерьте его и поместите результат в омах сюда. */ const double BALANCE_RESISTOR = 9710.0; // Это помогает вычислять сопротивление термистора (подробности смотрите в статье). const double MAX_ADC = 1023.0; /* Эта константа зависит от термистора и должна быть в техническом описании, или смотрите статью, как рассчитать ее, используя бета-уравнение. */ const double BETA = 3974.0; /* Необходима для уравнения преобразования в качестве "типовой" комнатной температуры. */ const double ROOM_TEMP = 298.15; // комнатная температура в Кельвинах /* Термисторы обладают типовым сопротивлением при комнатной температуре, укажем его здесь. Опять же, необходимо для уравнения преобразования. */ const double RESISTOR_ROOM_TEMP = 10000.0; //=============================================================================== // Переменные //=============================================================================== // Здесь мы будем хранить текущую температуру double currentTemperature = 0; //=============================================================================== // Объявления выводов //=============================================================================== // Входы: int thermistorPin = 0; // Вход АЦП, выход делителя напряжения //=============================================================================== // Инициализация //=============================================================================== void setup() { // Установить скорость порта для отправки сообщений Serial.begin(9600); } //=============================================================================== // Основной цикл //=============================================================================== void loop() { /* Основной цикл довольно прост, он печатает температуру в монитор последовательного порта. Сердце программы находится в функции readThermistor. */ currentTemperature = readThermistor(); delay(3000); /* Здесь описываем, что делать, если температура слишком высока, слишком низка или идеально подходит. */ if (currentTemperature > 21.0 && currentTemperature < 24.0) { Serial.print("It is "); Serial.print(currentTemperature); Serial.println("C. Ahhh, very nice temperature."); } else if (currentTemperature >= 24.0) { Serial.print("It is "); Serial.print(currentTemperature); Serial.println("C. I feel like a hot tamale!"); } else { Serial.print("It is "); Serial.print(currentTemperature); Serial.println("C. Brrrrrr, it"s COLD!"); } } //=============================================================================== // Функции //=============================================================================== ///////////////////////////// ////// readThermistor /////// ///////////////////////////// /* Эта функция считывает значения с аналогового вывода, как показано ниже. Преобразует входное напряжение в цифровое представление с помощью аналого-цифрового преобразования. Однако, это выполняется несколько раз, чтобы мы могли усреднить значение, чтобы избежать ошибок измерения. Это усредненное значение затем используется для расчета сопротивления термистора. После этого сопротивление используется для расчета температуры термистора. Наконец, температура преобразуется в градусы Цельсия. */ double readThermistor() { // переменные double rThermistor = 0; // Хранит значение сопротивления термистора double tKelvin = 0; // Хранит рассчитанную температуру double tCelsius = 0; // Хранит температуру в градусах Цельсия double adcAverage = 0; // Хранит среднее значение напряжения int adcSamples; // Массив для хранения отдельных результатов // измерений напряжения /* Рассчитать среднее сопротивление термистора: Как упоминалось выше, мы будем считывать значения АЦП несколько раз, чтобы получить массив выборок. Небольшая задержка используется для корректной работы функции analogRead. */ for (int i = 0; i < SAMPLE_NUMBER; i++) { adcSamples[i] = analogRead(thermistorPin); // прочитать значение на выводе и сохранить delay(10); // ждем 10 миллисекунд } /* Затем мы просто усредняем все эти выборки для "сглаживания" измерений. */ for (int i = 0; i < SAMPLE_NUMBER; i++) { adcAverage += adcSamples[i]; // складываем все выборки. . . } adcAverage /= SAMPLE_NUMBER; // . . . усредняем их с помощью деления /* Здесь мы рассчитываем сопротивление термистора, используя уравнение, описываемое в статье. */ rThermistor = BALANCE_RESISTOR * ((MAX_ADC / adcAverage) - 1); /* Здесь используется бета-уравнение, но оно отличается от того, что описывалось в статье. Не беспокойтесь! Оно было перестроено, чтобы получить более "красивую" формулу. Попробуйте сами упростить уравнение, чтобы поупражняться в алгебре. Или просто используйте показанное здесь или то, что приведено в статье. В любом случае всё будет работать! */ tKelvin = (BETA * ROOM_TEMP) / (BETA + (ROOM_TEMP * log(rThermistor / RESISTOR_ROOM_TEMP))); /* Я буду использовать градусы Цельсия для отображения температуры. Я сделал это, чтобы увидеть типовую комнатную температуру, которая составляет 25 градусов Цельсия. */ tCelsius = tKelvin - 273.15; // преобразовать кельвины в цельсии return tCelsius; // вернуть температуру в градусах Цельсия }

Возможные следующие шаги

Всё в данной статье показывает довольно простой способ измерения температуры с помощью дешевого термистора. Есть еще пара способов улучшить схему:

• добавить небольшой конденсатор параллельно выходу делителя. Это стабилизирует напряжение и может даже устранить необходимость усреднения большого количества выборок (как было сделано в коде) - или, по крайней мере, мы сможете усреднять меньшее количество выборок;
• использовать прецизионные резисторы (допуск меньше 1%), чтобы получить более предсказуемые измерения. Если вам критична точность измерений, имейте в виду, что самонагревание термистора может повлиять на измерения; в данной статье самонагрев не компенсируется.

Конечно, термисторы - это только один из датчиков, используемых для измерения температуры. Другой популярный выбор - это микросхемы датчиков (пример работы с одной из них описан ). В этом случае вам не придется иметь дело с линеаризацией и сложными уравнениями. Два других варианта - это термопара и инфракрасный тип датчика; последний может измерять температуру без физического контакта, но он уже не так дешев.

Надеюсь, статья оказалась полезной. Оставляйте комментарии!

Здравствуй, читатели. После прочтения нескольких статей на хабе Arduino я загорелся заполучить эту игрушку. И вот недавно получил посылку с платой. Затем побаловался со светодиодами и захотел чего-нибудь посерьёзнее. Решил сделать простейший термометр, используя всего термистор, резистор на 10 кОм и LCD дисплей. Кому интересно что получилось - прошу под кат.

Начало

Термистор - это переменный резистор, меняющий своё сопротивление в зависимости от температуры окружающей среды.

Нам потребуются следующие детали:
Arduino Uno - 1 шт
Термистор - 1 шт
Резистор c сопротивлением 10 кОм - 1 шт
LCD дисплей HJ1602A - 1 шт
Соединительные перемычки - несколько штук

Всё это у меня было, поэтому я сразу начал проектирование на breadboard.

Ножки к экрану я еще припаял в день покупки.

Затем присоединяем экран к выходам Arduino. У моего экрана распиновка такая.

1 (GND) GND - Земля
2 (VDD) 5v - Питание(+)
3 (VO/Contrast) - Управление контрастностью (сюда я подключил переменный резистор)
4 (RS) - 12 - Канал данных
5 (RW) - 11 - Канал данных
6 (E) - 10 - Канал данных
11 (DB4) - 5 - Канал данных
12 (DB5) - 4 - Канал данных
13 (DB6) - 3 - Канал данных
14 (DB7) - 2 - Канал данных
15 (BL1/Backlight1) - 13 - Питание подсветки(+)
16 (BL2/Backlight2) - GND - Земля(-)

Получилась вот такая картина.

Далее подключим одну ногу термистора к аналоговому входу A4 и резистор на 10 кОм в землю, а вторую ногу термистора к 5V.

В общем то и всё. Аппаратная часть готова. Вот схема.

Программирование

С программированием тут всё понятно. Исходный код скетча:

// подключаем две библиотеки для работы с LCD и математических вычислений #include #include LiquidCrystal lcd(12, 11, 10, 5, 4, 3, 2); // инициализируем LCD int backLight = 13; void setup(void) { pinMode(backLight, OUTPUT); digitalWrite(backLight, HIGH); lcd.begin(16, 2); lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); Serial.begin(9600); } // создаем метод для перевода показаний сенсора в градусы Цельсия double Getterm(int RawADC) { double temp; temp = log(((10240000/RawADC) - 10000)); temp = 1 / (0.001129148 + (0.000234125 * temp) + (0.0000000876741 * temp * temp * temp)); temp = temp - 273.15; return temp; } // создаем метод для вывода на экран показаний сенсора void printTemp(void) { double temp = Getterm(analogRead(4)); // считываем показания с сенсора lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Temperature is:"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print(temp); lcd.print(" C"); } void loop(void) { printTemp(); // вызываем метод, созданный ранее delay(1000); }

Результат работы программы.

Подключим к ардуино один из доступных датчиков — датчик температуры или термистор.

Обозначение термистора на схемах

Термистор - полупроводниковый резистор , электрическое сопротивление которого существенно зависит от температуры. При повышении температуры сопротивление снижается.

Что хотим

Строим схему с термистором и меняем количество горящих диодов в зависимости от температуры.

Что понадобится

Кроме всего обычного — термистор. Мы используем B57164-K0103.

Этапы работы

• Собираем схему №1
• Определяем диапазон изменения температуры
• Совершенствуем схему и программу
• Радуемся результату
• Генерируем идеи.

Собираем схему №1

Используем резистор на 10KOm

Схема очень напоминает схему с кнопкой, но теперь вместо кнопки ставим термистор и соединяем его с аналоговым входом А2.

Аналоговый вход может различать силу сходящего сигнала. 0 - минимальный уровень, 1023 - максимальный. Говорят, 10-битная градация (2 10 =1024).

Если убрать термистор вообще, то уровень сигнала будет равен нулю, но если термистор поставить, то через него начнёт течь ток и попадать на A2 вход. Наша задача определить условное напряжение на входе, установить его минимальную и максимальную границу в зависимости от температуры термистора.

Программа:

void setup () {
pinMode(A2,INPUT); //A2 пин - на вход сигнала

Serial.begin(9600); //связь с компьютером 9600 бит/с
}
void loop () {
int t = analogRead(A2); //читаем значение с A2
Serial.println(t); //пишем это значение в //последовательный порт (для нас это USB)

delay(10); // немного ждём
}

Прошиваем программу. На экране находим кнопку «Serial Monitor», жмём.

Кнопка Serial Monitor

В открывшемся окне бегут числа - это условное значение, зависящее от температуры. Запишите минимальное число, которое вы успели заметить. Теперь аккуратно возьмитесь за резистор - от тепла Ваших рук его температура повысится и числа на экране увеличатся. Пусть это будет максимальная температура.

Совершенствуем схему.

Подсоединим к схеме 3 диода, «повесив» их на 10-12 порт платы.

Аккуратно с диодами.

Пусть при минимальной температуре горит один диод, при увеличении температуры - 2, а при максимальной температуре - все 3.

Для этого в программе проведем калибровку входящих показаний. Пусть минимальная значение равно 540, максимальное (когда мы хотим зажечь все три диода) - 600.

Определим значение переменной led следующим образом:

int led = map (t,540,600,0,3);

Таким образом при изменении показаний переменной t от 540 до 600 единиц значение переменной led будет меняться от 0 до 3.

Пишем программу

Void setup () {

pinMode(A2,INPUT); //A2 пин - на вход сигнала

Serial.begin(9600); //связь с компьютером 9600 бит/с

for (int i=10; i<=12; i++) {

pinMode (i,OUTPUT);

void loop () {

int t = analogRead(A2); //читаем значение с A2

int led = map (t,540,600,0,3);

if (led>=1) {digitalWrite(10,HIGH);}

else {digitalWrite(10,LOW);}

if (led>=2) {digitalWrite(11,HIGH);}

else {digitalWrite(11,LOW);}

if (led>=3) {digitalWrite(12,HIGH);}

else {digitalWrite(12,LOW);}

Serial.println(t); //пишем это значение в //последовательный порт (для нас это USB)

delay(10); // немного ждём

Ну, вроде, всё работает.

Подумайте, где можно применять собранную схему.

А если диоды заменить чем-то еще?

Попробуйте подсоединить еще несколько диодов для более точного отображения температуры.

Часто в различных источниках питания возникает задача ограничить стартовый бросок тока при включении. Причины могут быть разные – быстрый износ контактов реле или выключателей, сокращение срока службы конденсаторов фильтра итд. Такая задача недавно возникла и у меня. В компьютере я использую неплохой серверный блок питания, но за счет неудачной реализации секции дежурного режима, происходит сильный ее перегрев при отключении основного питания. Из-за этой проблемы уже 2 раза пришлось ремонтировать плату дежурного режима и менять часть электролитов, находящихся рядом с ней. Решение было простое – выключать блок питания из розетки. Но оно имело ряд минусов – при включении происходил сильный бросок тока через высоковольтный конденсатор, что могло вывести его из строя, кроме того, уже через 2 недели начала обгорать вилка питания блока. Решено было сделать ограничитель бросков тока. Параллельно с этой задачей, у меня была подобная задача и для мощных аудио усилителей. Проблемы в усилителях те же самые – обгорание контактов выключателя, бросок тока через диоды моста и электролиты фильтра. В интернете можно найти достаточно много схем ограничителей бросков тока. Но для конкретной задачи они могут иметь ряд недостатков – необходимость пересчета элементов схемы для нужного тока; для мощных потребителей – подбор силовых элементов, обеспечивающих необходимые параметры для расчетной выделяемой мощности. Кроме того, иногда нужно обеспечить минимальный стартовый ток для подключаемого устройства, из-за чего сложность такой схемы возрастает. Для решения этой задачи есть простое и надежное решение – термисторы.

Рис.1 Термистор

Термистор – это полупроводниковый резистор, сопротивление которого резко изменяется при нагреве. Для наших целей нужны термисторы с отрицательным температурным коэффициентом – NTC термисторы. При протекании тока через NTC термистор он нагревается и его сопротивление падает.

Рис.2 ТКС термистора

Нас интересуют следующие параметры термистора:

Сопротивление при 25˚С

Максимальный установившийся ток

Оба параметра есть в документации на конкретные термисторы. По первому параметру мы можем определить минимальный ток, который пройдет через сопротивление нагрузки при подключении ее через термистор. Второй параметр определяется максимальной рассеиваемой мощностью термистора и мощность нагрузки должна быть такой, что бы средний ток через термистор не превысил это значение. Для надежной работы термистора нужно брать значение этого тока меньшее на 20 процентов от параметра, указанного в документации. Казалось бы, что проще – подобрать нужный термистор и собрать устройство. Но нужно учитывать некоторые моменты:

1. Термистор достаточно долго остывает. Если выключить устройство и сразу включить опять, то термистор будет иметь низкое сопротивление и не выполнит свою защитную функцию.
2. Нельзя соединять термисторы параллельно для увеличения тока – из-за разброса параметров ток через них будет сильно различаться. Но вполне можно соединять нужное к-во термисторов последовательно.
3. При работе происходит сильный нагрев термистора. Греются также элементы рядом с ним.
4. Максимальный установившийся ток через термистор должен ограничиваться его максимальной мощностью. Этот параметр указан в документации. Но если термистор используется для ограничения коротких бросков тока (например, при первоначальном включении блока питания и зарядке конденсатора фильтра), то импульсный ток может быть больше. Тогда выбор термистора ограничен его максимальной импульсной мощностью.

Энергия заряженного конденсатора определяется формулой:

E = (C*Vpeak²)/2

где E – энергия в джоулях, C – емкость конденсатора фильтра, Vpeak – максимальное напряжение, до которого зарядится конденсатор фильтра (для наших сетей можно взять значение 250В*√2 = 353В).

Если в документации указана максимальная импульсная мощность, то исходя из этого параметра можно подобрать термистор. Но, как правило, этот параметр не указан. Тогда максимальную емкость, которую безопасно можно зарядить термистором, можно прикинуть по уже рассчитанным таблицам для термисторов стандартных серий.

Я взял таблицу с параметрами термисторов NTC фирмы Joyin. В таблице указаны:

Rном - номинальное сопротивление термистора при температуре 25°С

Iмакс - максимальный ток через термистор (максимальный установившийся ток)

Смакс - максимальная емкость в тестовой схеме, которую разряжают на термистор без его повреждения (тестовое напряжение 350v)

Как проводится тестовое испытание, можно посмотреть на седьмой странице.

Несколько слов о параметре Смакс – в документации показано, что в тестовой схеме конденсатор разряжается через термистор и ограничительный резистор, на котором выделяется дополнительная энергия. Поэтому максимальная безопасная емкость, которую сможет зарядить термистор без такого сопротивления, будет меньше. Я поискал информацию в зарубежных тематических форумах и посмотрел типовые схемы с ограничителями в виде термисторов, на которые приведены данные. Исходя из этой информации, можно взять коэффициент для Смакс в реальной схеме 0.65, на который умножить данные из таблицы.

Наименование	Rном,	Iмакс,	Смакс,
д иаметр 8мм
диаметр 10мм
диаметр 13мм
диаметр 15мм
диаметр 20мм

Таблица параметров NTC термисторов фирмы Joyin

Соединяя несколько одинаковых NTC термисторов последовательно, мы уменьшаем требования к максимальной импульсной энергии каждого из них.

Приведу пример. Например, нам необходимо подобрать термистор для включения блока питания компьютера. Максимальная мощность потребления компьютера – 700 ватт. Мы хотим ограничить стартовый ток величиной 2-2.5А. В блоке питания установлен конденсатор фильтра 470мкФ.

Считаем действующее значение тока:

I = 700Вт/220В = 3.18А

Как писал выше, для надежной работы термистора, выберем максимальный установившийся ток из документации на 20% больше этой величины.

Iмакс = 3.8А

Считаем нужное сопротивление термистора для стартового тока 2.5А

R = (220В*√2)/2.5А = 124 Ом

Из таблицы находим нужные термисторы. 6 штук последовательно включенных термисторов JNR15S200L подходят нам по Iмакс , общему сопротивлению. Максимальная емкость, которую они могут зарядить будет равна 680мкФ*6*0.65=2652мкФ, что даже больше, чем нам нужно. Естественно, при понижении Vpeak , понижаются и требования к максимальной импульсной мощности термистора. Зависимость у нас от квадрата напряжения.

И последний вопрос по поводу выбора термисторов. Что, если мы подобрали необходимые по максимальной импульсной мощности термисторы, но они нам не подходят по Iмакс (постоянная нагрузка для них слишком велика), либо в самом устройстве нам не нужен источник постоянного нагрева? Для этого мы применим простое решение – добавим в схему еще один выключатель параллельно термистору, который включим после зарядки конденсатора. Что я и сделал в своем ограничителе. В моем случае параметры такие – максимальная мощность потребления компьютера 400вт, ограничение стартового тока – 3.5А, конденсатор фильтра 470мкФ. Я взял 6 штук термисторов 15d11 (15 ом). Схема приведена ниже.

Рис. 3 Схема ограничителя

Пояснения по схеме. SA1 отключает фазовый провод. Светодиод VD2 служит для индикации работы ограничителя. Конденсатор C1 сглаживает пульсации и светодиод не мерцает с частотой сети. Если он вам не нужен, то уберите из схемы C1, VD6, VD1 и просто соедините параллельно светодиод и диод по аналогии элементов VD4, VD5. Для индикации процесса зарядки конденсатора, параллельно термисторам включен светодиод VD4. В моем случае при зарядке конденсатора блока питания компьютера, весь процесс занимает менее секунды. Итак, собираем.

Рис.4 Набор для сборки

Индикацию питания я собрал непосредственно в крышке от выключателя, выкинув из нее китайскую лампу накаливания, которая бы прослужила недолго.

Рис. 5 Индикация питания

Рис.6 Блок термисторов

Рис. 7 Собранный ограничитель

На этом можно было бы закончить, если бы через неделю работы не вышли из строя все термисторы. Выглядело это так.

Рис. 8 Выход из строя NTC термисторов

Несмотря на то, что запас по допустимой величине емкости был очень большой – 330мкФ*6*0.65=1287мкФ.

Термисторы брал в одной известной фирме, причем разных номиналов – все брак. Производитель неизвестен. Либо китайцы заливают в большие корпуса термисторы меньших диаметров, либо качество материалов очень плохое. В итоге купил даже меньшего диаметра - SCK 152 8мм. То же Китай, но уже фирменные. По нашей таблице допустимая емкость 100мкФ*6*0.65=390мкФ, что даже немного меньше, чем нужно. Тем не менее, все работает отлично.

Предлагаю Вашему вниманию свою схему термостата. Данное устройство мне понадобилось для моего 3D принтера, а точнее для нагрева стола (у меня самодельная PRUSA I3, когда я поставил на неё подогреваемый столик, возникла проблема, из-за открытого корпуса принтера стол не может удержать температуру, и контролёр принтера кидает ошибку, а потом останавливает печать). Я решил собрать отдельный контроллер нагрева (из имевшихся у меня компонентов, да и просто ради развлечения). В наличии у меня были безымянные терморезисторы, дисплеи на tm1637 контроллеры, полумостовые драйверы ULN2803 и, естественно, микроконтроллеры.

Первое, что нужно было сделать - это понять, как работает терморезистор. Оказалось - очень просто. Надпись NTC - означает, что чем больше температура, тем меньше сопротивление. Здесь всё понятно. Теперь надо решить, как его подключить к контроллеру. Есть несколько вариантов, но основные из них - это делитель напряжения из двух резисторов с подтяжкой к земле или с подтяжкой к питанию. Я выбрал вариант номер два (так сделано в 3D принтере), подключил с подтяжкой к питанию резистором 10 килоом (смотрите на схеме).

С подключением определились. Вопрос номер два: как узнать какие значения АЦП будут соответствовать определённым значениям температуры? Здесь есть несколько путей. Можно взять термистор с известными параметрами и таблицами сопротивлений, или воспользоваться сложными формулами расчёта. Мне эти варианты не подошли (резистор неизвестный, а в высшей математике я не силён). Я выбрал другой и, наверное, самый простой путь. Так как я делал не термометр, а термореле, мне не нужно было знать, какому значению температуры соответствует каждое значение АЦП. Мне нужно знать значение АЦП для конкретных (нужных мне) температур в небольшом диапазоне. Поэтому я решил построить график зависимости АЦП от температуры по нескольким точкам, а потом по этому графику определить приблизительные значения АЦП для нужных мне температур. Для этого я собрал всю схему и написал простой код в arduino, который выводил к значения АЦП через uart в терминал.

Const int termo_up = A2; //Вход терморезистора с подтяжкой на плюс void setup() { Serial.begin(9600); } void loop() { int adc_value=analogRead(termo_up); Serial.print("ADC = "); Serial.println(adc_value); delay(500); }

Затем я просто брал воду разной температуры, измерял её термометром, погружал в неё термистор и записывал значения АЦП. Потом по этим значениям строил график. Получилось примерно так: (это не окончательный вариант, только для наглядности, но форма графика приблизительно такая же. Полученные точки, которые сильно отдалялись от линии я корректировал (так сказать к общей тенденции).

График я строил онлайн, что очень удобно, можно в любой точке графика посмотреть значения x и y.

В итоге я составил массив значений АЦП с шагом в один градус Цельсия в диапазоне от 0 до 80 градусов:

//Массив значений АЦП (по возрастанию от 0 до 80 градусов по Цельсию) int termo = {976,975,974,973,972,971,970,969,968,967,966,965,964,963,962,961,960,959,958, 956,954,952,949,946,943,940,937,934,930,928,925,921,917,913,910,906,902,897, 893,888,884,878,874,870,865,861,856,852,847,843,837,834,830,825,820,815,810, 805,800,795,790,785,780,776,771,766,761,755,748,741,733,727,720,712,703,693, 685,674,663,654,643};

Теперь немного электроники. Схема довольно простая, atmega8, обвязка, драйвер реле в виде ULN2803, дисплей, кренка и терморезистор.

Несколько пояснений. На ножках атмеги отмечены названия выходов как портов контролёра, так и выводов arduino (в качестве контролёра можно использовать любой arduino совместимый). Выводов для релюшек четыре штуки только потому, что жалко свободных выводов атмеги (можно программно что-нибудь будет прикрутить к ним). Выводы драйвера спарены для надёжности и из-за их избытка тоже. Вместо ULN2803 можно использовать ULN2003 и подобные, они представляют из себя сборку транзисторов Дарлингтона, при желании можно просто сделать ключи на n-канальных мосфетах. Стабилизатор на 5 вольт - любой, входное питание 12 вольт позволяют ставить LM7805, у меня использовано low-drop ams1117-5,0, только не жалейте фильтрующих конденсаторов, можно также вывод AVCC атмеги запитать через дроссель для уменьшения помех АЦП. Кварц при желании можно поставить и на 8 MHz, только для этого в ардуино нужно скомпилировать свой hex или просто прошить через uart с правильным загрузчиком.

И, собственно, программа. Написана, естественно, в среде arduino, так как это очень быстро и удобно для такого простого устройства (не надо морочиться с драйверами для дисплея, АЦП, uart и т.д.).

#include #define CLK 3//pins definitions for TM1637 and can be changed to other ports #define DIO 4 TM1637 tm1637(CLK,DIO); //Массив значений АЦП (по возрастанию от 0 до 80 градусов по цельсию) int termo = {976,975,974,973,972,971,970,969,968,967,966,965,964,963,962,961,960,959,958, 956,954,952,949,946,943,940,937,934,930,928,925,921,917,913,910,906,902,897, 893,888,884,878,874,870,865,861,856,852,847,843,837,834,830,825,820,815,810, 805,800,795,790,785,780,776,771,766,761,755,748,741,733,727,720,712,703,693, 685,674,663,654,643}; int warm = 20; // Переменная, в которой хранится значение уровня температуры const int button1 = 13; //Пин первой кнопки ("нагрев вкл/выкл") const int button2 = 12; //Пин второй кнопки "+" const int button3 = 11; //Пин третьей кнопки "-" const int relay1 = 5; //Пины реле 1-4 const int relay2 = 6; //Просто жалко свободных ног МК и ULN2803 const int relay3 = 7; const int relay4 = 8; const int termo_up = A2; //Вход терморезистора с подтяжкой на плюс const int termo_down = A3; ////Вход терморезистора с подтяжкой на землю void setup() { pinMode(19, INPUT_PULLUP); //Настраиваем ноги на входы/выходы pinMode(18, INPUT_PULLUP); //Кнопки с подтяжкой к питанию pinMode(17, INPUT_PULLUP); //Можно и без, в схеме всёравно есть резисторы pinMode(relay1, OUTPUT); pinMode(relay2, OUTPUT); pinMode(relay3, OUTPUT); pinMode(relay4, OUTPUT); tm1637.set(BRIGHT_TYPICAL); //Настраиваем наш экранчик tm1637.init(); tm1637.point(false); digitalWrite(relay1,LOW); //Отключаем на всякий случай все реле digitalWrite(relay2,LOW); digitalWrite(relay3,LOW); digitalWrite(relay4,LOW); tm1637_disp(); //Выводим на экран значение переменной "warm" } void loop() { if(digitalRead(button1)==LOW){ //Если нажата кнопка 1 while(digitalRead(button1)==LOW); //Ждём, пока она нажата delay(20); nagrev(); //Переходим в функцию нагрева } if(digitalRead(button2)==LOW){ //Если нажата кнопка 2 while(digitalRead(button2)==LOW); //Ждём, пока она нажата delay(20); warm=warm+1; //Добавляем 1 к переменной warm if(warm>80){warm=80;} //Проверяем, чтобы не выходила за пределы наших значений tm1637.clearDisplay(); //Очищаем дисплей tm1637_disp(); //И выводим на него новое значение warm } if(digitalRead(button3)==LOW){ //Аналогично с кнопкой 2 while(digitalRead(button3)==LOW); delay(20); warm=warm-1; if(warm<0){warm=0;} tm1637.clearDisplay(); tm1637_disp(); } } void tm1637_disp(){ //Функция выводит на дисплей значение переменной warm if((warm/100)>0){ //Если warm больше или равно 100 tm1637.display(1,(warm/100)); //пишем во 2 разряд сотни tm1637.display(2,((warm%100)/10)); //пишем в 3 разряд десятки tm1637.display(3,((warm%100)%10)); //пишем в 4 разряд единицы } if((warm/100)==0){ if(((warm%100)/10)>0){ //если warm меньше ста tm1637.display(2,((warm%100)/10)); //десятки tm1637.display(3,((warm%100)%10));} //единицы else{tm1637.display(3,((warm%100)%10));} //если меньше десяти - только единицы } } void nagrev(){ //Функция нагрева tm1637.display(0,0xc); //Выводим букву "С" в первый разряд индикатора uint16_t adc; //Переменная для чтения значений АЦП //Цикл нагрева do{ adc = analogRead(termo_up); //Читаем значение АЦП if((adc>termo)){ //Если значение температуры меньше заданного digitalWrite(relay3,HIGH); //Включаем реле } else if((adc

Как видите, код с подробными описаниями. В нём ничего сложного, в основном цикле идёт опрос кнопок, а в функции нагрева идёт опрос АЦП и сравнение, в зависимости от результатов которого включается или выключается реле нагрева. И отдельно вынесена функция вывода информации на экран. Так как код написан на ардуино, его легко адаптировать для любого дисплея (для которого хватит оставшихся ножек), можно даже выводить информацию через uart компьютера (что я обычно делаю при отладке устройств).

А вот и фото готового устройства (реле и термистор выносные на проводах):

В конце статьи я прикреплю скетч arduino, HEX для atmega8 (16 MHz, FUSE: high - DC, low - BF) , библиотеку для tm1637 и плату в layout (всё в архиве).

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
	МК AVR 8-бит	ATmega8	1	tqfp32		В блокнот
	Составной транзистор	ULN2803	1	можно uln2003 с переделкой платы		В блокнот
Cr1	Кварц	16 MHz	1			В блокнот
NTC1	Термистор	NTC 100K	1	Можно любой		В блокнот
R1-R5	Резистор	10 кОм	5			В блокнот
С1,С5	Конденсатор	10 мкФ	2	smd 0805