多方式溫度測量系統(tǒng)

摘要：論述了一種多方式溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計，該溫度測量系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)PN結(jié)、熱電阻(PT100)、熱電偶(鎳鉻-鎳硅K型)三種方式的溫度測量?？梢詽M足不同測量范圍、不同測量精度及不同場合的需要。采用EDA與單片機協(xié)同設(shè)計，并且采用12位模／數(shù)轉(zhuǎn)換器，結(jié)果表明，不但測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)響應更快更精確。使得單片機與FPGA的通信成為可能，整個設(shè)計理念得到提升。
關(guān)鍵詞：EDA；單片機；12位模／數(shù)轉(zhuǎn)換器；多方式溫度測量；協(xié)同設(shè)計

0 引言
目前市場中大多數(shù)溫度測量工具的測量范圍、測量方式及測量精度在出廠時就已經(jīng)固定。它們的測量方式單一、測量范圍固定、傳感方式也只能適應一定的場合。因此不能很好地適用一些多測量方式及測量范圍的場合。還有數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)存儲已經(jīng)固化，遇到一些有特殊要求的場合就不能適用。本文采用現(xiàn)場可編程門陣列FPGA對數(shù)據(jù)進行處理，VHDL程序能夠在線修改，該多方式溫度測量系統(tǒng)具有極強的可塑性，可以適時地對其程序及查表數(shù)據(jù)庫進行改進和更新，使系統(tǒng)的性能得到升級，可以使系統(tǒng)滿足不同場合的需求。

1 多方式溫度測量系統(tǒng)硬件設(shè)計
多方式溫度測量系統(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行溫度測量，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)接到冷端補償器(自制電橋的四個橋臂都為1 Ω電阻，其中三個橋臂繞錳銅絲，一個繞銅絲)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進行數(shù)據(jù)處理及顯示輸出。多方式溫度測量系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。