基于STM32的高精度溫度測控系統，本篇為原理圖設計分析篇
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- 高精度溫度測控儀設計PCB篇（已更新）
- 高精度溫度測控儀設計STM32代碼篇（未更新）
- 高精度溫度測控儀設計上位機篇（未更新）
文章目錄
- 基于STM32的高精度溫度測控系統原理圖分析
- 一、整體分析
- 二、區域設計分析
- 2.1 電源供電設計
- 2.2 模數轉換電路設計
- 2.2 單片機核心控制電路
基于STM32的高精度溫度測控系統原理圖分析
一、整體分析
電路實作功能：stm32主控控制恒流源輸出電流給溫度傳感器（PT100），回傳差分信號，濾波后進行模數轉換，單片機采集信號，處理顯示，并控制外圍電路處理，發送資訊到上位機，控制LED以及蜂鳴器的鳴叫（該溫度測控系統作業于強磁干擾下，器件選型與設計需注意抗干擾！）
電路結構：
二、區域設計分析
2.1 電源供電設計
電源供電是220v輸入，并且作業在強磁環境下，設計較為麻煩，所以直接使用金升陽的成品模塊，加上一個隔離模塊，火線出連接一個保險絲做保護，220V輸出+/-12V，且做好了隔離，+/-12V轉+/-5V因為是給核心采集電路供電，直接影響了采集精度，所以使用帶隔離且低噪聲的LDO，具體如下：
- 220轉換+/-12V電路：
兩個輸出端我接一個104和一個120uf的電解解電容濾波，
- +12轉+5V電路
使用TPS7A4701，TI公司生產芯片，專用于高精度AD采集DC-DC的低壓降穩壓器輸出電壓噪聲只有4.17 μVRMS (10 Hz, 100 kHz)，原理圖設計按照官方典型電路來改，濾波使用0.1uf+10uf鉭電容，輸出電壓改變輸出端電阻值與上下兩端的輸出模式就行，
- -12轉-5V電路
使用TPS7A3301，專用于高精度AD采集DC-DC的負線性低壓降穩壓器輸出電壓噪聲16μVRMS（10Hz 至 100kHz）；
- 12V轉5V再轉3V給單片機供電
單片機核心電路和外設的設計程序中，需要使用到5V和3.3V，如果直接使用差分信號的+/- 5V可能會對核心采集電路的精確性造成干擾，所以另外使用了兩個新芯片來做降壓，分別是7805和AMS1117，對單片機和他的一些外圍模塊來說，足夠了，（芯片成本約5塊）
- 模數隔離
數字電源和模擬電源要隔離開，這里采用磁珠的方式進行隔離
- 基準電壓
基準電壓對采集精度的影響特別大，這里參考論文使用的是ADR421ARZ芯片，高精度（0.025%），低噪聲（0.1 Hz至10 Hz : 1.75 μV 峰峰值）具體實作電路如下：
因為精度要求高，所以濾波和去耦電容多，防干擾，
2.2 模數轉換電路設計
模數轉換電路主要是通過恒流源做傳感器的激勵，在不同溫度下產生的差分回應電壓不同，恒流源電路輸出設定的電流值激勵四線制溫度傳感器，溫度傳感器輸出的電壓經過差分通道電路選擇其中一路輸出并經過差分緩沖器輸出至模數轉換部分，在模數轉換電路內部，ADC芯片內部自帶程控增益電路和低通濾波電路，STM32控制ADC執行模數轉換，并將得到的數字量進行計算得出傳感器的電壓值或者電阻值，主要設計的點為：1.恒流源的設計，2.轉換電路的設計，3.控制電路的設計
- 恒流源設計
恒流源的設計就是電壓跟隨，使恒壓作用在電阻上產生電流，為傳感器供電，配合多路選擇器，可以選擇多路電阻，以產生不同大小的電流，此處產生的有1ma，100ua，10ua，1ua，單路如下圖，我們總共需要8路（單路的芯片成本約65，8路約500）
- 模數轉化電路設計
模數轉化電路的原理就是利用ADG1409選通A和B，輸入濾波后的差分信號，進行模數轉換，單片機通過協議讀取資訊，設計電路如下：
2.2 單片機核心控制電路
- STM32核心控制電路
測量系統的核心控制芯片選用STM32系列芯片STM32F407ZGT6，STM32的核心電路如圖，主要包括標識電路連接關系的網路、12MHz與32.768Hz的晶振電路，以及復位電路，
- RS232通信電路
TTL轉換成232和上位機通信，參考論文設計，接100做阻抗匹配
- 以太網通信電路
單片機通過以太網和電腦通信，這方面設計比較麻煩，直接使用了有人云的成品模塊串口轉以太網，接一個隔離網口RJ45，差分阻抗要100，這里用嘉立創小助手匹配線寬
- 按鍵設計
參考的一篇論文寫的很奇怪，硬體防抖，感覺按照傳統的按鍵連接在加一個濾波電容就行，沒必要搞得這么復雜，改版如下，即使不穩定加濾波電容也可以解決
- 顯示電路
這里設計的很簡單，沒有什么特別的，只要注意一下OLED連接的插頭選好一點的基本沒問題（OLED成本10）
- 下載電路
很簡單，接了22做保護，也可以接個TVS
原理圖設計基本如上，下一篇PCB設計
（PS：更帥的人都點贊了，身為大帥比一員的你怎么能落后呢）
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