【Arduino進階教學】LM35 溫度感測器實作：類比訊號讀取、溫度計算公式與程式碼解析

【Arduino進階教學】LM35 溫度感測器實作：原理、接線與電壓轉換公式完整解析

2026-09-04
發佈由管理員

在單片機與 Arduino 專案中，LM35 溫度感測器 是一款非常經典且易於使用的類比溫度感測元件。與需要複雜通訊協定的數位感測器（如 DS18B20）不同，LM35 直接輸出與攝氏溫度成正比的線性電壓訊號，非常適合用來學習 Arduino 的 類比輸入（Analog Input / ADC） 應用。

本篇文章將手把手帶你了解 LM35 的運作原理，並提供完整的接線說明與 Arduino 程式碼。

什麼是 LM35 溫度感測器？

LM35（常見封裝版本為 LM35DZ）是一款精密的攝氏溫度感測器，其輸出電壓與攝氏溫度（°C）成 絕對線性關係。

LM35 核心規格與特點：

線性輸出： 溫度每升高 $1^\circ\text{C}$ ，輸出電壓增加 $10\,\text{mV}$ （即 $0.01\,\text{V}/^\circ\text{C}$ ）。
零度基準： 在 $0^\circ\text{C}$ 時，輸出電壓為 $0\,\text{V}$ 。
工作電壓廣： 支援 DC $4\,\text{V}$ 至 $30\,\text{V}$ 供電（常用 $5\,\text{V}$ ）。
測量範圍與精度： 典型量測範圍為 $-40^\circ\text{C}$ 至 $+110^\circ\text{C}$ ，在室溫 $25^\circ\text{C}$ 下精度高達 $\pm 0.25^\circ\text{C}$ 。
低功耗： 工作電流小於 $60\,\mu\text{A}$ ，自我發熱極低（在靜止空氣中小於 $0.08^\circ\text{C}$ ）。

LM35 溫度計算公式推導

Arduino Uno 的類比輸入腳位（A0~A5）具有 10 位元（10-bit）的模數轉換器（ADC），能將 $0\,\text{V} \sim 5\,\text{V}$ 的電壓轉為 $0 \sim 1023$ 的數位數值：

讀取電壓值（V）：
$\text{電壓 (V)} = \text{ADC 讀取值} \times \left( \frac{5.0}{1024} \right)$
換算為毫伏特（mV）：
$\text{電壓 (mV)} = \text{ADC 讀取值} \times \left( \frac{5000}{1024} \right)$
計算攝氏溫度（°C）： 由於每 $10\,\text{mV} = 1^\circ\text{C}$ ，因此：
$\text{溫度 (}^\circ\text{C)} = \frac{\text{電壓 (mV)}}{10} = \text{ADC 讀取值} \times \left( \frac{500}{1024} \right)$

實驗所需硬體材料

進行本實作前，請準備以下電子零件（可前往商店選購）：

Arduino Uno R3 開發板 x 1
USB 傳輸線 x 1
LM35 / LM35DZ 溫度感測器 x 1
麵包板與杜邦跳線 若干

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硬體電路接線說明

將 LM35 的 有字平坦面（TO-92 封裝）朝向自己，腳位由左至右依序為 Pin 1 (VCC)、Pin 2 (Out)、Pin 3 (GND)。

LM35 腳位	功能描述	Arduino Uno 接線位置
Pin 1（左）	電源 VCC ( $+5\,\text{V}$ )	5V 引腳
Pin 2（中）	類比訊號輸出 (Vout)	A3（或任意類比引腳 A0~A5）
Pin 3（右）	接地 GND	GND 引腳

⚠️ 重要提醒： 請務必確認接線方向！如果 VCC 與 GND 接反，LM35 會迅速發熱甚至燒毀。

完整 Arduino 程式碼範例

這裡提供兩種程式寫法：一種為精準浮點數寫法（推薦），另一種為使用位移運算優化的高效寫法。

推薦寫法：高精度浮點數讀取範例

// 定義 LM35 接在 Arduino 的類比腳位 A3
const int lm35Pin = A3;

void setup() {
  // 初始化序列埠通訊，鮑率設定為 9600
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("LM35 溫度感測器初始化完成！");
}

void loop() {
  // 讀取 A3 腳位的類比數值 (0 ~ 1023)
  int val = analogRead(lm35Pin);

  // 根據公式計算攝氏溫度 (5.0V / 1024 / 0.01V)
  float tempC = (val * 500.0) / 1024.0;

  // 輸出結果至序列埠監控視窗
  Serial.print("目前環境溫度: ");
  Serial.print(tempC, 1); // 保留一位小數
  Serial.println(" °C");

  // 每 0.5 秒更新一次資料
  delay(500);
}

進階寫法：位移運算優化寫法（適合記憶體受限專案）

利用 $(125 \times \text{val}) \gg 8$ 的位移計算，可在不調用浮點數運算庫的情況下快速算出整數溫度：

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
}

void loop()
{ 
  unsigned int val; //定義變數val
  unsigned int dat;//定義變數dat
  val=analogRead(3);//將val設置為讀取到的A3的數值
  dat=(125*val)>>8;//計算當前溫度數字dat
  Serial.print("Temp:"); //顯示 Temp: 
  Serial.print(dat);  //顯示計算的温度值
  Serial.println("C");//顯示C，並自動換行
  delay(500); //延遲0.5S
}