溫度采集系統(tǒng)電子電路設(shè)計

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

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 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)生的是一個電阻信號，當(dāng)溫度升高時電阻值增大。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)軟件分為單片機(jī)程序設(shè)計和F比A程序設(shè)計，單片機(jī)程序采用匯編語言編寫，實現(xiàn)對外圍電路的控制。FPGA采用VHDL語言編寫實現(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?？梢詽M足不同測量范圍、不同測量精度及不同場合的需要。本設(shè)計采用EDA作為開發(fā)工具，搭配單片機(jī)控制 使得整個設(shè)計具有較新的設(shè)計思想。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)計采用EDA作為開發(fā)工具，搭配單片機(jī)控制，使得整個設(shè)計具有較新的設(shè)計思想。