多方式溫度測(cè)量系統(tǒng)

摘要：論述了一種多方式溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該溫度測(cè)量系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)PN結(jié)、熱電阻(PT100)、熱電偶(鎳鉻-鎳硅K型)三種方式的溫度測(cè)量?？梢詽M足不同測(cè)量范圍、不同測(cè)量精度及不同場(chǎng)合的需要。采用EDA與單片機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)，并且采用12位模／數(shù)轉(zhuǎn)換器，結(jié)果表明，不但測(cè)量精度得到了極大的提高，而且極高的程序執(zhí)行速度使得系統(tǒng)響應(yīng)更快更精確。使得單片機(jī)與FPGA的通信成為可能，整個(gè)設(shè)計(jì)理念得到提升。
關(guān)鍵詞：EDA；單片機(jī)；12位模／數(shù)轉(zhuǎn)換器；多方式溫度測(cè)量；協(xié)同設(shè)計(jì)

0 引言
目前市場(chǎng)中大多數(shù)溫度測(cè)量工具的測(cè)量范圍、測(cè)量方式及測(cè)量精度在出廠時(shí)就已經(jīng)固定。它們的測(cè)量方式單一、測(cè)量范圍固定、傳感方式也只能適應(yīng)一定的場(chǎng)合。因此不能很好地適用一些多測(cè)量方式及測(cè)量范圍的場(chǎng)合。還有數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)已經(jīng)固化，遇到一些有特殊要求的場(chǎng)合就不能適用。本文采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，VHDL程序能夠在線修改，該多方式溫度測(cè)量系統(tǒng)具有極強(qiáng)的可塑性，可以適時(shí)地對(duì)其程序及查表數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行改進(jìn)和更新，使系統(tǒng)的性能得到升級(jí)，可以使系統(tǒng)滿足不同場(chǎng)合的需求。

1 多方式溫度測(cè)量系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
多方式溫度測(cè)量系統(tǒng)采用PN結(jié)(IN4007)、熱電阻(PT100)、熱電偶(鎳鉻-鎳硅K型)三種方式的溫度傳感器進(jìn)行溫度測(cè)量，PN結(jié)(IN4007)接到單臂直流電橋(非平衡)上，電橋的輸出接到放大器上(放大100倍)，再通過多路模擬開關(guān)接到12位模／數(shù)轉(zhuǎn)換器；熱電阻(PT100)以三線制方式接到直流電橋上，電橋的輸出接到放大器上(放大70倍)，再通過多路模擬開關(guān)接到12位模／數(shù)轉(zhuǎn)換器；熱電偶(鎳鉻-鎳硅K型)接到冷端補(bǔ)償器(自制電橋的四個(gè)橋臂都為1 Ω電阻，其中三個(gè)橋臂繞錳銅絲，一個(gè)繞銅絲)上，其輸出接到放大器(放大200倍)上，再通過多路模擬開關(guān)接到12位模／數(shù)轉(zhuǎn)換器。這樣三種傳感器的輸出最終轉(zhuǎn)換為0～10 V的電壓量，滿足了12位模／數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換要求。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送給FPGA，再經(jīng)FPGA進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及顯示輸出。多方式溫度測(cè)量系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。