多方式温度测量系统

摘要：论述了一种多方式温度测量系统的设计，该温度测量系统能够实现PN结、热电阻(PT100)、热电偶(镍铬-镍硅K型)三种方式的温度测量。可以满足不同测量范围、不同测量精度及不同场合的需要。采用EDA与单片机协同设计，并且采用12位模／数转换器，结果表明，不但测量精度得到了极大的提高，而且极高的程序执行速度使得系统响应更快更精确。使得单片机与FPGA的通信成为可能，整个设计理念得到提升。
关键词：EDA；单片机；12位模／数转换器；多方式温度测量；协同设计

0 引言
目前市场中大多数温度测量工具的测量范围、测量方式及测量精度在出厂时就已经固定。它们的测量方式单一、测量范围固定、传感方式也只能适应一定的场合。因此不能很好地适用一些多测量方式及测量范围的场合。还有数据采集卡的数据存储已经固化，遇到一些有特殊要求的场合就不能适用。本文采用现场可编程门阵列FPGA对数据进行处理，VHDL程序能够在线修改，该多方式温度测量系统具有极强的可塑性，可以适时地对其程序及查表数据库进行改进和更新，使系统的性能得到升级，可以使系统满足不同场合的需求。

1 多方式温度测量系统硬件设计
多方式温度测量系统采用PN结(IN4007)、热电阻(PT100)、热电偶(镍铬-镍硅K型)三种方式的温度传感器进行温度测量，PN结(IN4007)接到单臂直流电桥(非平衡)上，电桥的输出接到放大器上(放大100倍)，再通过多路模拟开关接到12位模／数转换器；热电阻(PT100)以三线制方式接到直流电桥上，电桥的输出接到放大器上(放大70倍)，再通过多路模拟开关接到12位模／数转换器；热电偶(镍铬-镍硅K型)接到冷端补偿器(自制电桥的四个桥臂都为1 Ω电阻，其中三个桥臂绕锰铜丝，一个绕铜丝)上，其输出接到放大器(放大200倍)上，再通过多路模拟开关接到12位模／数转换器。这样三种传感器的输出最终转换为0～10 V的电压量，满足了12位模／数转换器的转换要求。转换后的数据送给FPGA，再经FPGA进行数据处理及显示输出。多方式温度测量系统硬件框图如图1所示。