溫度采集系統(tǒng)電子電路設(shè)計(jì)

目前市場(chǎng)中大多數(shù)溫度采集卡的測(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。測(cè)量方式單 、測(cè)量范圍固定、傳感力式也只能適應(yīng)一定的場(chǎng)合。因此不能很好的適用一些多測(cè)量方式及測(cè)量范圍的場(chǎng)合。再者它們的測(cè)量程序和查表數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)固定，對(duì)于一些有特殊要求的場(chǎng)合不能適用。本系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(PFGA(EPIK30QC208-3))對(duì)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。可以適時(shí)的對(duì)其程序及查表數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行改進(jìn)和更新，能使系統(tǒng)的性能得到升級(jí)。從而可以使系統(tǒng)滿足不同的場(chǎng)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(guò)多路模擬開(kāi)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。

由于PN結(jié)隨溫度變化產(chǎn)生的是一個(gè)電壓信號(hào)，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：

由于PT100熱電阻隨溫度變化產(chǎn)生的是一個(gè)電阻信號(hào)，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(hào)。再將這個(gè)電壓信號(hào)放大到0~10V范圍送A/D轉(zhuǎn)換電路。

熱電偶測(cè)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(hào) ，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(yǔ)言編寫，實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍電路的控制。FPGA采用VHDL語(yǔ)言編寫實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的處理及被測(cè)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(cè)量。可以滿足不同測(cè)量范圍、不同測(cè)量精度及不同場(chǎng)合的需要。本設(shè)計(jì)采用EDA作為開(kāi)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(cè)量精度得到了極大的提高。數(shù)據(jù)處理采用現(xiàn)場(chǎng)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(cè)量 可以滿足不同的測(cè)量范圍、不同的測(cè)量精度及不同場(chǎng)合的需要。本設(shè)計(jì)采用EDA作為開(kāi)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。