溫度采集系統(tǒng)電子電路設(shè)計(jì)攻略 —電路圖天天讀（171）

　　目前市場中大多數(shù)溫度采集卡的測量范圍、測量方式及測量精度在出廠時(shí)就已經(jīng)固定。測量方式單 、測量范圍固定、傳感力式也只能適應(yīng)一定的場合。因此不能很好的適用一些多測量方式及測量范圍的場合。再者它們的測量程序和查表數(shù)據(jù)庫已經(jīng)固定，對于一些有特殊要求的場合不能適用。本系統(tǒng)采用現(xiàn)場可編程門陣列（PFGA（EPIK30QC208-3））對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理？它的程序能夠在線修改，因此有極強(qiáng)的可塑性?？梢赃m時(shí)的對其程序及查表數(shù)據(jù)庫進(jìn)行改進(jìn)和更新，能使系統(tǒng)的性能得到升級。從而可以使系統(tǒng)滿足不同的場合需要。

　　溫度采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　由于不同的傳感器有不同的輸出量，但是最終都需要轉(zhuǎn)換為。0~10V的電壓值，從而才能滿足A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換要求。因此各個(gè)傳感器需要不同的轉(zhuǎn)換和放大電路。轉(zhuǎn)換后的電壓量經(jīng)過多路模擬開關(guān)選擇送到同一個(gè) A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。再經(jīng)FPGA進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及顯示輸出。整機(jī)框圖如圖1所示。

　　PN 結(jié)測溫原理

　　由于PN結(jié)隨溫度變化產(chǎn)生的是一個(gè)電壓信號，溫度每升高1℃.PN結(jié)的正向?qū)▔航迪陆祃mV。但在 0℃時(shí)要求輸出電壓為OV，因此必須將 PN結(jié)連接成單臂非平衡直流電橋 并且將輸出電壓放大到0~10v范圍送A/D轉(zhuǎn)換電路 電路原理圖如圖（2）所示：

　　PT100熱電阻測溫原理硬件電路

　　由于PT100熱電阻隨溫度變化產(chǎn)生的是一個(gè)電阻信號，當(dāng)溫度升高時(shí)電阻值增大。因此必須將熱電阻接成單臂直流電橋，將其阻值變化轉(zhuǎn)換為電壓變化信號。再將這個(gè)電壓信號放大到0~10V范圍送A/D轉(zhuǎn)換電路。

　　熱電偶測溫原理硬件電路

　　熱電偶的輸出是一個(gè)隨溫度變化的電壓信號 ，它必須加上冷端補(bǔ)償電路才能正常工作，并且它的輸出也要轉(zhuǎn)換為0~10V的范圍 A/D轉(zhuǎn)換電路。電路圖如圖 3所示：

　　溫度采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　溫度采集系統(tǒng)軟件分為單片機(jī)程序設(shè)計(jì)和F比A程序設(shè)計(jì)，單片機(jī)程序采用匯編語言編寫，實(shí)現(xiàn)對外圍電路的控制。FPGA采用VHDL語言編寫實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的處理及被測溫度的顯示輸出。該溫度采集系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)PN結(jié)（20~100℃）、熱電阻（PT100）（0~800℃）、熱電偶種方式的溫度測量。可以滿足不同測量范圍、不同測量精度及不同場合的需要。本設(shè)計(jì)采用EDA作為開發(fā)工具，搭配單片機(jī)控制 使得整個(gè)設(shè)計(jì)具有較新的設(shè)計(jì)思想。采用12ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器，使得測量精度得到了極大的提高。數(shù)據(jù)處理采用現(xiàn)場可編程門陣列 PFGA（EPIK30QC208-3），它極高的程序執(zhí)行速度使得系統(tǒng)響應(yīng)更快更精確。

　　本文介紹了一種用單片機(jī)和EDA協(xié)同設(shè)計(jì)溫度采集系統(tǒng)，該溫度采集系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn) PN結(jié)、熱電阻（PT100）、熱電偶（鎳錯(cuò)一鎳硅K型）3種方式的溫度測量 可以滿足不同的測量范圍、不同的測量精度及不同場合的需要。本設(shè)計(jì)采用EDA作為開發(fā)工具，搭配單片機(jī)控制，使得整個(gè)設(shè)計(jì)具有較新的設(shè)計(jì)思想。