多方式溫度測量系統

摘要：論述了一種多方式溫度測量系統的設計，該溫度測量系統能夠實現PN結、熱電阻(PT100)、熱電偶(鎳鉻-鎳硅K型)三種方式的溫度測量。可以滿足不同測量范圍、不同測量精度及不同場合的需要。采用EDA與單片機協同設計，并且采用12位模／數轉換器，結果表明，不但測量精度得到了極大的提高，而且極高的程序執行速度使得系統響應更快更精確。使得單片機與FPGA的通信成為可能，整個設計理念得到提升。
關鍵詞：EDA；單片機；12位模／數轉換器；多方式溫度測量；協同設計

0 引言
目前市場中大多數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。還有數據采集卡的數據存儲已經固化，遇到一些有特殊要求的場合就不能適用。本文采用現場可編程門陣列FPGA對數據進行處理，VHDL程序能夠在線修改，該多方式溫度測量系統具有極強的可塑性，可以適時地對其程序及查表數據庫進行改進和更新，使系統的性能得到升級，可以使系統滿足不同場合的需求。

1 多方式溫度測量系統硬件設計
多方式溫度測量系統采用PN結(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(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接到12位模／數轉換器；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接到12位模／數轉換器；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接到12位模／數轉換器。這樣三種傳感器的輸出最終轉換為0～10 V的電壓量，滿足了12位模／數轉換器的轉換要求。轉換后的數據送給FPGA，再經FPGA進行數據處理及顯示輸出。多方式溫度測量系統硬件框圖如圖1所示。