本設計采用FPGA作為芯片，電源電路供電后，信號調理電路通過鉑電阻傳感器PT100將采集的電壓信號通過放大器放大后送給A/D采樣電路，A/D采樣電路通過采樣把模擬信號轉換為數(shù)字信號后送給FPGA進行處理，處理數(shù)據(jù)后FPGA自動把處理結果送出，通過液晶顯示并且與鍵盤電路設定的值進行比對，如果超出設定值范圍，F(xiàn)PGA送出信號，使得蜂鳴器電路報警，繼電器電路響應，啟動加熱裝置，圖1給出了系統(tǒng)的整體框圖。按照系統(tǒng)的功能要求，裝置的硬件電路依據(jù)其功能劃分為信號調理模塊、A/D采樣模塊、FPGA系統(tǒng)模塊等部分。
　　系統(tǒng)采用惠斯通電橋接入鉑電阻傳感器Pt100信號，如圖2所示。

圖2 信號調理模塊電路

      圖2中INA、INB之差與PT100阻值變化呈線性關系，通過將INA、INB變化值采樣再對應鉑電阻傳感器P100刻度表即可換算得到實測溫度。考慮到鉑電阻傳感器PT100探頭產生的信號非常微弱，很容易受到噪聲干擾，所以放大電路選擇單運放構成的儀表放大器。儀表放大器擁有差分式結構，對共模噪聲有很強的抑制作用，同時擁有較高的輸入阻抗和較小的輸出阻抗，非常適合對微弱信號的放大。圖2中R3，R4，R5，R6，R7，R8均采用低溫漂的精密電阻，R2為多圈精密可調電阻。通過電路可以計算出：
　　A/D采樣模塊
　　系統(tǒng)選用AD7476作為采樣芯片。該芯片是12位低功耗逐次逼近型ADC，采用單電源工作，電源電壓為2.35V至5.25V，吞吐速率可達 1MSPS，完全滿足本系統(tǒng)的采樣和速度的要求。該芯片內置一個低噪聲、寬帶寬采樣保持放大器，可處理6MHz以上的輸入頻率。AD轉換過程和數(shù)據(jù)采集過程通過CS和串行時鐘SCLK進行控制，從而為器件與FPGA接口創(chuàng)造了條件。輸入信號在CS的下降沿進行采樣，而轉換同時在此處啟動，轉換速率取決于SCLK的時鐘頻率。圖3為AD7476的典型接線電路。

圖3  AD7476典型接線電路

　　軟件設計
　　溫度巡檢裝置的軟件以VHDL語言為基礎，采樣模塊化的設計思路編程，分為液晶顯示模塊、AD采樣模塊、鍵盤輸入模塊、報警模塊和PWM控制模塊模塊。圖4給出了各模塊之間的關系圖。

圖4 各模塊關系框圖

　　系統(tǒng)首先通過AD采樣模塊對溫度進行采樣，將采樣的數(shù)據(jù)送入溫度檢測模塊進行處理。溫度檢測模塊的任務是計算將采樣來的溫度值與系統(tǒng)的預設值之間的差值，利用差值的大小來控制PWM模塊輸出脈沖寬度不同的脈沖波，通過脈沖波開控制繼電器的通斷，從而達到溫度的恒定控制。
　　系統(tǒng)的定標
　　首先用高電阻箱代替鉑電阻傳感器Pt100對測量系統(tǒng)進行定標。根據(jù)式1所示的鉑電阻傳感器Pt100電阻和輸出電壓之間的關系，通過改變電阻箱的取值來設定相對應的測試溫度點標稱值，經過測量系統(tǒng)、A/D采樣的計算，得到測量溫度顯示值。根據(jù)初測數(shù)據(jù)對測量電路、補償電壓進行校準后，完成對系統(tǒng)的定標工作。
　　系統(tǒng)實測
　　將鉑電阻傳感器Pt100接入測量系統(tǒng)，并置入高恒溫箱中（溫控0.01℃）進行整個溫度測量系統(tǒng)定標測量。測量時要注意恒溫箱的密封，以提高環(huán)境溫度穩(wěn)定性;恒溫箱溫度穩(wěn)定后，每隔1min對同一溫度點進行20次測量。由表1中數(shù)據(jù)可見，測量系統(tǒng)的誤差為0.009℃，說明Pt100 鉑電阻傳感器的定標誤差較小，也較高，能滿足高溫度測量系統(tǒng)的測量要求，但溫度高端誤差較大，可能與恒溫箱溫度控制有關，有待于進一步定標。