畢業(yè)設(shè)計（論文）-基于單片機的家用煤氣泄露報警控制器的設(shè)計.doc

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1、西南科技大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）1 緒論1.1、 課題研究的背景隨著我國燃?xì)獾淖兏锛拔鳉鈻|輸工程的進行，煤氣或天燃?xì)庖殉蔀槎鄶?shù)家庭的燃料。每年，因煤氣泄露造成的煤氣中毒事故中，因使用熱水器不當(dāng)或產(chǎn)品本身的質(zhì)量問題，造成的煤氣中毒事故，全國均有不少事例。有甚者，因室內(nèi)煤氣濃度過高，引起煤氣爆炸的事故也不少見。家用煤氣有時會因各種原因發(fā)生泄漏，煤氣的主要成分是甲烷，甲烷是一種可燃性氣體，遇到明火會發(fā)生燃燒甚至爆炸，所以如果在煤氣泄漏時打電話，使用家用電器的話，煤氣遇到電火花可能會發(fā)生爆炸事故。人呆在煤氣泄漏的空間內(nèi)，甲烷的不完全燃燒可能會生成一氧化碳，人體吸入有毒氣體一氧化碳后，一氧化碳將會迅速與血

2、液中的紅細(xì)胞結(jié)合導(dǎo)致人體中毒昏迷，如果長時間吸入泄露的煤氣甚至?xí)l(fā)生中毒死亡。一氧化碳中毒屬內(nèi)科急癥，如不及時發(fā)現(xiàn)及治療，將會危及生命。近年來，我國部分地區(qū)非職業(yè)性一氧化碳中毒事件時有發(fā)生。特別是冬春季高發(fā)，例如像家用燃?xì)鉄崴魅找嫫占?，因使用不?dāng)造成一氧化碳中毒人數(shù)也與日俱增。1.2、 課題研究的目的人們面對燃?xì)庑孤┒斐傻姆N種事故威脅，就真的沒有一個徹底的解決辦法嗎？據(jù)有關(guān)專家介紹，使用燃?xì)鈭缶魇菍Ω度細(xì)鉄o形殺手的重要手段之一。燃?xì)鈱＜抑赋?，燃?xì)庑孤┗驈U氣排放而大量產(chǎn)生的一氧化碳是燃?xì)庵卸臼马憫?yīng)的根源，如采有用燃?xì)庑孤﹫缶骶湍艿玫郊皶r的警示。有關(guān)部門經(jīng)長期測試同樣得出結(jié)論，燃?xì)鈭缶鞣?/p>

3、止一氧化碳中毒事故發(fā)生的有效率達95%以上。計算機的普及和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們己不滿足于傳統(tǒng)的居住環(huán)境，對家庭及住宅小區(qū)提出了更高的要求，智能化被引入家庭，并迅速在世界各地發(fā)展起來。人們對居住環(huán)境要求的日見增高，體現(xiàn)在希望住宅不僅更便利、舒適而且更安全。單片機在日用電子產(chǎn)品中的應(yīng)用越來越廣泛，煤氣泄漏則是人們?nèi)粘Ｉ钪谐３Ｐ枰獪y量和控制的一個問題。單片機有利于為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施。為了防止中毒事件再次發(fā)生，提出利用單片機系統(tǒng)進行有效的預(yù)防對策。所以怎樣防止煤氣中毒與爆炸已成為人們的迫切需要。為此我們開發(fā)研制了智能煤氣報警系統(tǒng)。1.3、 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)民

4、用可燃?xì)怏w報警器為居民家庭用的燃?xì)鈭缶?，一般安裝在廚房，遇燃?xì)庑孤r，報警器可發(fā)出聲光報警，或同時伴有數(shù)字顯示，同時聯(lián)動外部設(shè)備。有的報警器可自動開啟排風(fēng)扇，把燃?xì)馀懦鍪彝猓挥械膱缶髟趫缶瘯r可自動關(guān)閉燃?xì)忾y門，以防燃?xì)饫^續(xù)泄漏8。在應(yīng)用方面，目前最廣泛的是可燃性氣體氣敏元件傳感器，已普及應(yīng)用于氣體泄漏檢測和監(jiān)控，從工廠企業(yè)到居民家庭，應(yīng)用十分廣泛。僅以用于安全保護家用燃?xì)庑孤﹫缶鳛槔?，日本早?980年1月開始實行安裝城市煤氣、液化石油氣報警器法規(guī)，1986年5月日本通產(chǎn)省又實施了安全器具普及促進基本方針。美國目前已有6個州立法，規(guī)定家庭、公寓等都要安裝CO報警器。報警器種類也相當(dāng)繁多，

5、有用于一般家庭、集體住宅、飲食餐店、醫(yī)院、學(xué)校、工廠的各種氣體報警器和系統(tǒng)，有單體分離型報警器、外部報警系統(tǒng)、集中監(jiān)視系統(tǒng)、遮斷連動系統(tǒng)、防止中毒報警防護系統(tǒng)等。結(jié)構(gòu)型式有袖珍型便攜式、手推式、固定式報警等；工業(yè)用固定式報警又有壁掛式、臺放式、單臺監(jiān)控式、多路巡檢式等。氣體檢測技術(shù)與計算機技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了智能化、多功能化。美國工業(yè)科學(xué)公司（ISC）一臺攜帶式氣體監(jiān)控儀可實現(xiàn)4種氣體監(jiān)測，采用了統(tǒng)一的軟件，只需要換氣體傳感器，即可實現(xiàn)對特定氣體監(jiān)測。美國國際傳感器技術(shù)（IST）公司應(yīng)用一種“MegaCas傳感器和微程序控制單元，可檢測100種以上毒性氣體和可燃性氣體，通過其“氣體檢索”功能掃描

6、，能很快確定是哪一種氣體?？扇?xì)怏w傳感器的發(fā)展也成為氣體檢測系統(tǒng)的代表性標(biāo)志。近年來，由于在工業(yè)生產(chǎn)、家庭安全、環(huán)境監(jiān)測和醫(yī)療等領(lǐng)域?qū)怏w傳感器的精度、性能、穩(wěn)定性方面的要求越來越高，因此對氣體傳感器的研究和開發(fā)也越來越重要。隨著先進科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，氣體傳感器發(fā)展的趨勢是微型化、智能化和多功能化。深入研究和把握有機、無機、生物和各種材料的特性及相互作用，理解各類氣體傳感器的工作原理和作用機理，正確選擇各類傳感器的敏感材料，靈活運用微機械加工技術(shù)、敏感薄膜形成技術(shù)、微電子技術(shù)、光纖技術(shù)等，使傳感器性能最優(yōu)化是氣體傳感器的發(fā)展方向。國外氣體傳感器發(fā)展很快，一方面是由于人們安全意識增強，對環(huán)境安全性

7、和生活舒適性要求提高；另一方面是由于傳感器市場增長受到政府安全法規(guī)的推動。因此，國外氣體傳感器技術(shù)得到了較快發(fā)展，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計猜測，美國1996年2002年氣體傳感器年均增長率為（2730）。目前，氣體傳感器的發(fā)展趨勢集中表現(xiàn)為：一是提高靈敏度和工作性能，降低功耗和成本，縮小尺寸，簡化電路，與應(yīng)用整機相結(jié)合，這也是氣體傳感器一直追求的目標(biāo)。如日本費加羅公司推出了檢測（0.110）106硫化氫低功耗氣體傳感器，美國IST提供了壽命達10年以上的氣體傳感器，美國FirstAlert公司推出了生物模擬型（光化反應(yīng)型）低功耗CO氣體傳感器等。二是增強可靠性，實現(xiàn)元件和應(yīng)用電路集成化，多功能化，發(fā)展MEM

8、S技術(shù)，發(fā)展現(xiàn)場適用的變送器和智能型傳感器。如美國GeneralMonitors公司在傳感器中嵌入微處理器，使氣體傳感器具有控制校準(zhǔn)和監(jiān)視故障狀況功能，實現(xiàn)了智能化；還有前已涉及的美國IST公司的具有微處理器的“MegaGas”傳感器實現(xiàn)了智能化、多功能化。氣敏元件傳感器作為新型敏感元件傳感器在國家列為重點支持發(fā)展的情況下，國內(nèi)已有一定的基礎(chǔ)。其現(xiàn)狀是：（1）燒結(jié)型氣敏元件仍是生產(chǎn)的主流，占總量90以上；接觸燃繞式氣敏元件已具備了生產(chǎn)基礎(chǔ)和能力；電化學(xué)氣體傳感器有了試制產(chǎn)品；（2）在工藝方面引入了表面摻雜、表面覆膜以及制作表面催化反應(yīng)層和修隔離層等工藝，使燒結(jié)型元件由廣譜性氣敏發(fā)展成選擇性氣敏

9、；在結(jié)構(gòu)方面研制了補償復(fù)合結(jié)構(gòu)、組合差動結(jié)構(gòu)以及集成化陣列結(jié)構(gòu)；在氣敏材料方面SnO2和Fe2O3材料已用于批量生產(chǎn)氣敏元件，新研究開發(fā)的Al2O3氣敏材料、石英晶體和有機半導(dǎo)體等也開始用于氣敏材料；（3）低功耗氣敏元件（如一氧化碳，甲烷等氣敏元件）已從產(chǎn)品研究進入中試；（4）國內(nèi)氣敏元件傳感器產(chǎn)量已超過“九五”初期的400萬支。產(chǎn)量超過20萬支的主要廠家有5家，黑龍江敏感集團、太原電子廠、云南春光器材廠、天津費加羅公司（合資）、北京電子管廠（特種電器廠），其中前四家都超過100萬支，據(jù)行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，1998年全國氣敏元件總產(chǎn)量已超過600萬支?？偟目磥?，我國氣敏元件傳感器及其應(yīng)用技術(shù)有了較快

10、進展，但與國外先進水平仍有較大的差距，主要是產(chǎn)品制造技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用等方面的差距，與日本比較仍要落后10年。1.4、 系統(tǒng)設(shè)計基本內(nèi)容針對經(jīng)常發(fā)生的煤氣泄漏中毒事件，采用煤氣、甲烷、乙烷及一氧化碳等氣體傳感器、單片機、電磁閥和電鈴，設(shè)計一套有毒氣體檢測、報警電路，顯示室內(nèi)空氣質(zhì)量（分優(yōu)、良、中、好、差五級），用單片機模塊分路控制繼電器、發(fā)光二極管和電鈴。報警系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。其中硬件部分由各報警感應(yīng)器、感應(yīng)器控制器、主控器等設(shè)備組成。軟件部分主要是報警系統(tǒng)控制程序。氣敏傳感器用來檢測空氣中煤氣的濃度，當(dāng)空氣中煤氣含量超過允許標(biāo)準(zhǔn)濃度后，感應(yīng)器所獲得的感應(yīng)信號均被感應(yīng)器控制器所接收

11、，再由感應(yīng)器控制器對各感應(yīng)信號進行相應(yīng)識別和處理，并將處理后的感應(yīng)信號通過串口送至主控器，由主控器對其采取相應(yīng)的警報動作。報警信號加至報警聲響電路的控制端后，報警聲響電路被觸發(fā)，發(fā)出報警聲，同時關(guān)閉總氣閥。本課題在硬件設(shè)計方面主要研究組成家用煤氣泄漏報警控制系統(tǒng)的單片機芯片、氣體傳感器總線的使用方法，同時研究電路設(shè)計思路、電路組成，包括控制芯片、氣體傳感器、單片機、顯示電路等的選用和設(shè)計，最后給出結(jié)構(gòu)框圖、電路原理圖。系統(tǒng)軟件設(shè)計方面的分析設(shè)計包括主機和從機程序設(shè)計分析等。2 系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)基礎(chǔ)微處理器的出現(xiàn)極大地促進了生產(chǎn)力的發(fā)展，提高了人們生活的質(zhì)量，實現(xiàn)了工業(yè)的現(xiàn)代化和自動化。Intern

12、et技術(shù)的飛速發(fā)展，使得基于分組交換技術(shù)的通信性能、通信質(zhì)量和可靠性得到穩(wěn)步提高?；?位和16位單片機的嵌入式設(shè)備(如儀器儀表、數(shù)據(jù)采集和顯示、過程控制、工業(yè)自動化等)的實時應(yīng)用、測控系統(tǒng)正在走向網(wǎng)絡(luò)智能化。這就要求企業(yè)從現(xiàn)場控制層到管理層能實現(xiàn)全方位的無縫信息集成，實現(xiàn)遠(yuǎn)程維護、智能診斷以及遠(yuǎn)程管理功能，提供一個開放的基礎(chǔ)構(gòu)架，并具有高可靠性、分散控制、集中監(jiān)視和管理的功能。2.1、 系統(tǒng)實現(xiàn)方案與選擇針對目前主要處理芯片的不同，本文提出了2種實現(xiàn)方案，分別為基于8051單片機實現(xiàn)方案以及基于Rabbit RCM5700實現(xiàn)方案。并最終選擇了一種方案進行系統(tǒng)實現(xiàn)。2.1.1、 基于單片機的

13、實現(xiàn)方案基于8051單片機實現(xiàn)的煤氣報警器的具體方案如圖2-1所示。該方案主要包括了可燃?xì)怏w傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、鍵盤控制電路、8051單片機電路、晶振、蜂鳴器以及LED顯示電路1?？扇?xì)怏w傳感器輸出為模擬量，需要利用A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送給8051單片機；晶振和鍵盤控制作為8051單片機的外圍輸入電路，蜂鳴器作為報警用的8051單片機的外圍輸出電路；顯示電路采用了LED顯示，由8051單片機控制實現(xiàn)顯示。圖2-1 基于8051單片機的實現(xiàn)2.1.2、 基于Mini Core的實現(xiàn)方案基于Mini Core實現(xiàn)的煤氣報警器的具體方案如圖2-2所示。該方案主要包括了可燃?xì)怏w傳感器、A

14、/D轉(zhuǎn)換器、鍵盤控制電路、Rabbit RCM5700模塊電路、晶振、蜂鳴器以及LED顯示電路?？扇?xì)怏w傳感器輸出為模擬量，需要利用A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送給Rabbit RCM5700模塊電路；晶振和鍵盤控制作為Rabbit RCM5700模塊電路的外圍輸入電路，蜂鳴器作為報警用的Rabbit RCM5700模塊電路的外圍輸出電路；顯示電路采用了LED顯示，由Rabbit RCM5700模塊電路控制實現(xiàn)顯示。圖2-2 基于Mini Core的實現(xiàn)2.1.3、 方案選擇方案1中采用的是8051單片機實現(xiàn)煤氣報警器，該方案具有結(jié)構(gòu)化設(shè)計簡單，器件成本較低的特點，是一種較為廣泛采用的實現(xiàn)

15、方案。方案2中采用的是Rabbit RCM5700模塊實現(xiàn)煤氣報警器，該方案基于 Rabbit RCM5700模塊進行開發(fā)設(shè)計，Rabbit MiniCore模塊用于加速嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)和實施。編程開發(fā)采用我們經(jīng)過業(yè)界廣為驗證的 Dynamic C開發(fā)系統(tǒng), 一個包括編輯器、鏈接器、裝載器和編譯器在內(nèi)的C語言集成開發(fā)環(huán)境。從你的計算機通過 USB端口或串口下載程序，立即在目標(biāo)硬件上進行調(diào)試無需在線仿真器。這種開發(fā)環(huán)境減少了工作量，加速了軟硬件集成。Rabbit 提供了廣泛的驅(qū)動函數(shù)庫和例程、免費的TCP/IP及其源代碼。Rabbit MiniCore系列產(chǎn)品采用超小型mini PCI Expr

16、ess接口，具有可互相兼容的以太網(wǎng)與Wi-Fi無線網(wǎng)兩個版本，除了擁有Mini的外型，使得產(chǎn)品的設(shè)計更加容易之外，它還配置了32個通用輸入/輸出端口、6個串行端口和一臺Rabbit 5000微處理器。這些特點使其成為超小型產(chǎn)品中最具成本效益的網(wǎng)絡(luò)連接解決方案，既可用于網(wǎng)絡(luò)連接也可用于控制。由于該模塊具有設(shè)計靈活，外圍擴展功能強大的特點，可以構(gòu)成當(dāng)今體積最緊湊、成本最低的嵌入式解決方案，可以為系統(tǒng)方便可靠增加網(wǎng)絡(luò)連接。針對其應(yīng)用擴展，本設(shè)計選擇了方案2，基于Rabbit RCM5700模塊實現(xiàn)煤氣報警器的方案。既基于Mini Core實現(xiàn)的家用煤氣報警系統(tǒng)，利用可燃?xì)怏w傳感器檢測某一環(huán)境中可燃?xì)?/p>

17、體含量的指標(biāo)，對于可燃?xì)怏w的檢測，由于可燃?xì)怏w傳感器輸出量為模擬量，需要將其進行A/D轉(zhuǎn)換后送給Rabbit RCM5700模塊，當(dāng)其含量超過設(shè)定值時，由主芯片Rabbit RCM5700模塊控制蜂鳴器進行報警。2.2、 Mini Core芯片選擇2.2.1、 RCM5700的簡介Mini Core RCM5700是Rabbit半導(dǎo)體公司在2008年9月30日推出的一款尺寸緊湊的經(jīng)濟型核心模塊，設(shè)計人員可以將其用于小尺寸、低價格、可實現(xiàn)控制或采集且支持網(wǎng)絡(luò)功能的系統(tǒng)中去，是高性能低成本的嵌入式解決方案。典型應(yīng)用在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)記錄和上傳、儲罐監(jiān)控、自動抄表系統(tǒng)、遠(yuǎn)程能源管理等領(lǐng)域。Mini Core

18、芯片選擇了Rabbit RCM5700模塊。Rabbit充分結(jié)合了易于使用和最大限度的降低產(chǎn)品成本提供可以構(gòu)成當(dāng)今體積最緊湊、成本最低的嵌入式解決方案。Mini Core系列也是Rabbit產(chǎn)品中體積最近湊和成本最低的嵌入式解決方案，設(shè)計人員可以為他們設(shè)計的系統(tǒng)方便可靠增加網(wǎng)絡(luò)連接12。Rabbit Semiconductor公司專注于此，推出的產(chǎn)品在行業(yè)內(nèi)被廣泛應(yīng)用，十幾年來，以其產(chǎn)品質(zhì)量的高穩(wěn)定性、容易開發(fā)、資源豐富、支持聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)點獲得業(yè)界的高度認(rèn)可，譬如RCM3200、LP3500在工控和水利、電力領(lǐng)域已經(jīng)成為行業(yè)內(nèi)的經(jīng)典應(yīng)用。這里要介紹的是Rabbit公司新推出的一款全新產(chǎn)品MiniC

19、ore RCM5700核心模塊，它價格低廉、尺寸小、開發(fā)容易、支持網(wǎng)絡(luò)控制。新的Mini Core RCM5700 模塊在體積極其緊湊的mini PCI Express板型結(jié)構(gòu)內(nèi)集成了豐富的嵌入式功能，并且成本極低。另外的一個好處是，MiniCore RCM5700為任何嵌入式解決方案提供可極小的結(jié)構(gòu)尺寸。RCM5700可以在任何客戶定制開發(fā)的母板上增加新的網(wǎng)絡(luò)連接。圖2-3RCM5700具備Rabbit 5000微處理器，工作主頻可達50.0 MHz, flash memory，兩個時鐘(主晶振和時間晶振)和為Rabbit 5000內(nèi)置實時時鐘/片內(nèi)SRAM 提供后備電池所需的重啟/管理電路

20、。52-pin mini PCI Express插槽式的板邊連接器引出了RCM5700的 I/O總線，并行端口和串口到 RCM5700固定的母板上，如圖2-3。通過客戶定制開發(fā)的母板，RCM5700 接收+3.3 V供電并和其它數(shù)字設(shè)備實現(xiàn)所有CMOS兼容的接口。 主要特點：(1) 微處理器為Rabbit5000(內(nèi)含128 KB的SDRAM)，主頻為50MHz；(2) 程序存儲器為1 MB閃存；(3) 32個GPIO(可配置)；(4) 6個(可配置)CMOS兼容的串El；(5) 帶實時時鐘(電池供電)；(6) 10個8位定時器，10位和l6位定時器各1個；(7) 有兩路觸發(fā)輸入和兩路正交解碼

21、輸入；(8) 帶有看門狗；(9) 支持10100BaseT以太網(wǎng)功能；(10) 接口為Mini PCI Express接口。Rabbit Core Mini Core模塊用于加速嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)和實施。編程開發(fā)采用我們經(jīng)過業(yè)界廣為驗證的 Dynamic C開發(fā)系統(tǒng)，一個包括編輯器、鏈接器、裝載器和編譯器在內(nèi)的C語言集成開發(fā)環(huán)境。從計算機通過 USB端口或串口下載程序，立即在目標(biāo)硬件上進行調(diào)試 ，無需在線仿真器。這種開發(fā)環(huán)境減少了工作量，加速了軟硬件集成。Rabbit提供了廣泛的驅(qū)動函數(shù)庫和例程、免費的TCP/IP及其源代碼。有兩種類型的開發(fā)包供用戶進行開發(fā)和測試軟件。標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)包包括你設(shè)計基于該

22、微處理器系統(tǒng)所需要的基本組件和完整的Dynamic C 軟件開發(fā)系統(tǒng)。RCM5700開發(fā)包還包括你評測RCM5700所需要的開發(fā)板。Digital I/O 和串口板可以立即運行Dynamic C中的例程從而快速演示RCM5700的產(chǎn)品特點。你可以立即為RCM5700模塊編寫和測試包括以太網(wǎng)和TCP/IP應(yīng)用在內(nèi)的軟件。2.2.2、 RCM5700 的優(yōu)點 1）使用完整設(shè)計和生產(chǎn)的，具有“運行就緒/ 編程就緒”的微處理器模塊，能使您快速完成產(chǎn)品開發(fā)并投入市場。2）比購買和組裝單獨組件更具競爭力的價格。3）簡單的 C 語言程序開發(fā)和調(diào)試。用于下載經(jīng)編譯的 Dynamic C.bin 文件的Rabb

23、it Field Utility。4）能容納數(shù)萬行代碼大型程序并存儲豐富數(shù)據(jù)的大容量存儲器。5）參考設(shè)計使集成的以太網(wǎng)能利用無需特許權(quán)的 TCP/IP 軟件實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。2.2.3、 RCM5700硬件組成RCM5700 標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)包包含了您使用 RCM5700 模塊所必須的必備硬件。下述物品在開發(fā)包的標(biāo)準(zhǔn)版本中提供。RCM5700 模塊。配有支架/ 接頭的接口板。配有支架/ 接頭的應(yīng)用電路開發(fā)板。能通過接口板對 RCM5700 進行編程的 USB 線。2.2.4、 RCM5700模塊接口定義RCM5700模塊接口包括了52個接口，各個接口定義如圖2-4所示。圖2-4 RCM5700模塊接口定義

24、根據(jù)RCM5700模塊接口定義可知，52個接口可以劃分為幾個主要部分：端口Port A、Port B、Port C、Port D、Port E、Serial Port A、RAM、Misc. I/O等，具體如圖2-5所示。圖2-5 RCM5700模塊端口說明RCM5700模塊管腳功能及說明詳見表2-6此次圖2-6模塊管腳功能及說明2.3、 傳感器的選擇對于煤氣報警器的實現(xiàn)，感應(yīng)器的選擇也相當(dāng)?shù)闹匾?，是系統(tǒng)重要的組成部分之一，其性能對于系統(tǒng)的精確度和實現(xiàn)范圍有這相當(dāng)大的影響，也是體現(xiàn)煤氣監(jiān)控發(fā)展現(xiàn)狀的標(biāo)志。2.3.1、 一氧化碳傳感器的選擇市面上的煤氣感應(yīng)器多種多樣，特性價格也各有不同。根據(jù)實際

25、應(yīng)用和成本性價比，本設(shè)計一氧化碳?xì)怏w傳感器選擇了NG-CO-001型電化學(xué)一氧化碳?xì)怏w傳感器，如圖2-7，2-8，2-9，2-10其詳情如下4圖2-7NG-CO-001型電化學(xué)一氧化碳?xì)怏w傳感器屬工業(yè)級別產(chǎn)品，通過成熟的電極制備處理技術(shù)及傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其具有長壽命、高靈敏度、液體密閉性良好等技術(shù)特點。傳感器與外部電路連接部位通過接插元件完成，利于傳感器與電子線路的兼容與互換。產(chǎn)品組裝工藝簡化，有利的降低了產(chǎn)品成本。用途：工廠一氧化碳濃度檢測儀器；氣體計量器具；空氣質(zhì)量監(jiān)測器；氣體變送器；便攜式儀器配套元件等等。（1）NG-CO-001電化學(xué)一氧化碳?xì)怏w傳感器基本原理電化學(xué)氣體傳感器由工作電

26、極、參比電極、對電極構(gòu)成，根據(jù)外部恒電位電路，傳感器工作電極保持一個穩(wěn)定的工作電位，一氧化碳?xì)怏w傳感器基本工作原理如下面公式所示：UCTURE工作電極：CO+H2O=CO2+2H+2e-對電極： O2+4H+4e-=2H2O總反應(yīng)： 2CO+O2=2CO2這樣電化學(xué)氣體傳感器根據(jù)電化學(xué)反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移，從而定性并定量的檢測出被測氣體。參比電極主要作用是保持工作電極維持電化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定工作電壓，工作電極與對電極之間因電化學(xué)反應(yīng)形成的電流與被測氣體濃度成線性關(guān)系。此傳感器屬于三電極方式，具有檢出信號穩(wěn)定和線性關(guān)系良好等優(yōu)越性，在一般工業(yè)得到較為廣泛的應(yīng)用。圖2-8 電化學(xué)傳感器原理圖（2）傳感器基本結(jié)

27、構(gòu)氣體傳感器由工作電極、對電極、參比電極、電解質(zhì)、液體保持材料、過濾干擾氣體物質(zhì)、貴金屬引線、接線柱等組成，使用的典型電極材料包括鉑、金、銀、銠、碳、釕、鈀等，傳感器信號通過引線傳導(dǎo)到外部電路，通過放大等處理進行顯示。為了提高對被測氣體的選擇性，通常在傳感器通氣孔位置設(shè)置過濾劑，以消除干擾氣體造成的不準(zhǔn)確信號。圖2-9 電化學(xué)氣體傳感器典型構(gòu)造（3）電化學(xué)氣體傳感器優(yōu)點1）對于氣體的濃度能夠線形輸出信號重現(xiàn)性好2）對被測氣體具有良好選擇性，不受溫濕度的影響3）空氣中的輸出值漂移小，可以獲得穩(wěn)定的輸出信號4）功耗低，電池即可驅(qū)動器工作5）體積小，重量輕，作為便攜式儀器首選6）本質(zhì)安全結(jié)構(gòu)，機械性

28、能穩(wěn)定（4）電化學(xué)一氧化碳?xì)怏w傳感器基本特點：本質(zhì)特征：NG-CO-001型電化學(xué)一氧化碳?xì)怏w傳感器屬工業(yè)級別產(chǎn)品，通過成熟的電極制備處理技術(shù)及傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其具有長壽命、高靈敏度、液體密閉性良好等技術(shù)特點。傳感器與外部電路連接部位通過接插元件完成，利于傳感器與電子線路的兼容與互換。產(chǎn)品組裝工藝簡化，有利的降低了產(chǎn)品成本。用途：工廠一氧化碳濃度檢測儀器；氣體計量器具；空氣質(zhì)量監(jiān)測器；氣體變送器；便攜式儀器配套元件等等。工作及保存條件： 圖2-10工作溫度 2050工作濕度 1590%RH保存環(huán)境溫度 020工作氣壓 1atm 10% 保存期限6個月以內(nèi)密閉容器檢知對象氣體 一氧化碳測定范圍

29、 01000ppm輸出電流 4010nAppm重復(fù)性誤差 2%響應(yīng)時間(t90) 30秒基準(zhǔn)線位移(-2050) 1）25ppm增益漂移（G=1）200V最大輸入失調(diào)電壓（AD623A）2V /最大輸入失調(diào)漂移（AD623A）100V最大輸入失調(diào)電壓（AD623B）圖2-181V /最大輸入失調(diào)漂移（AD623B）25nA最大輸入偏置電流噪聲：35nV/ Hz 針對輸入端（RTI）噪聲1kHz（G=1）良好的AC特性：最小90dB共模抑制比（CMRR）（G=10）最小84dB共模抑制比（CMRR）（G=5）（60Hz，1k非平衡信號源）800kHz帶寬（G=1）到終值0.01%的建立時間20s

30、（G=10）引腳排列極限參數(shù)如下：電源電壓 6V內(nèi)部功率耗散 650mW差分輸入電壓 6V輸出短路持續(xù)時間 不確定儲存溫度范圍（N，R，RM） -65至+125工作溫度范圍： AD623A 40至+85引腳溫度范圍（焊接，10秒） +3002.5、 A/D轉(zhuǎn)換器選擇本文A/D轉(zhuǎn)換器選擇了TLC2543，該芯片是7LC2543是德州儀器公司(TI)新型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，具有l(wèi)2位的分辨率，使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成AD轉(zhuǎn)換過程，提供的最大采樣率為66KSPS，供電電流僅需1mA(典型值)。它除具有高速的轉(zhuǎn)換器和通用的控制能力外，還具有通用靈活的串行接口(SPI)。它被廣泛運用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

31、中2。TLC2543是l2位開關(guān)電容逐次逼近型ADC 每個器件有三個控制輸入端：片選(CS)、輸入/輸出時鐘(I/O CLK)及地址數(shù)據(jù)輸入端(DATA INPUT)。它還可以通過一個串行的3態(tài)輸出端(DATA OUT)與主處理器或其它外圍的串行口通訊，輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。通過編程器件的DATA INPUT管腳串行輸入的8位通道/方式控制字節(jié)的高4位(MSBs)，可選擇11個模擬輸入通道中的任一個?？捎猛瑯拥姆椒ㄟx用另外三個測試電壓,用于轉(zhuǎn)換器的枝正或其它用途。通道方式控制字節(jié)的低四位(LSBs)用于選擇輸出數(shù)據(jù)的長度(8、12或16位)、輸出數(shù)據(jù)的順序(以MSB開始或LSB開始)和是否需要單極性(

32、二進制)或雙極性(二進制補碼)格式。其特點有：1) 12 bit分辨率AD轉(zhuǎn)換器；2) 在工作溫度范圍內(nèi)10s轉(zhuǎn)換時間；3) 11個模擬輸入通道；4) 3路內(nèi)置自測試方式；5) 采樣率為66 kb/s；6) 線性誤差+1LSB(max)；7) 有轉(zhuǎn)換結(jié)束(EOC)輸出；8) 具有單、雙極性輸出；9) 可編程的MSB或LSB前導(dǎo)；10) 可編程的輸出數(shù)據(jù)長度。3 基于RCM5700的系統(tǒng)電路設(shè)計3.1、 系統(tǒng)硬件電路總體設(shè)計系統(tǒng)的工作原理如下圖3-1是利用煤氣傳感器將煤氣濃度變換為mV級模擬電流信號，放大器把信號放大后，經(jīng)低通濾波濾掉干擾信號送到A/D轉(zhuǎn)換器，變換成數(shù)字量送主控芯片進行數(shù)據(jù)分析。

33、由于煤氣泄漏出來的氣體的主要性質(zhì)可以分為毒性氣體和可燃性氣體2種，所以本設(shè)計中才用了3個性質(zhì)不同的傳感器，對其進行分別處理。NG-CO-001型電化學(xué)一氧化碳?xì)怏w傳感器主要是對毒性并可燃的一氧化碳?xì)怏w進行精密的單項檢測。其他2種傳感分別對其中2類的可燃?xì)怏w進行檢測。對RCM5700植入軟件程序后，控制整個電路的運行?？諝庵械臍怏w濃度信號同時進入主芯片，主芯片對其進行分析，并輸出信號到顯示器，控制其提示出“好、優(yōu)、良、中、差”等5個等級的空氣質(zhì)量提示。當(dāng)感應(yīng)信號達到設(shè)定的任意一個危險區(qū)域（包括可燃?xì)怏w濃度危險區(qū)和毒性氣體濃度危險區(qū)）值時，主控芯片將輸出信號驅(qū)動報警，控制顯示器顯示出相應(yīng)空氣質(zhì)量等

34、級即為“差”，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲響，報警LED發(fā)光，同時控制電磁閥關(guān)閉。以讓監(jiān)控人員進行處理。故障排除后，報警完畢自動回到警戒狀態(tài)，等待下一次報警。CO傳感器蜂鳴器RCM5700A/D報警燈A/D信號放大器氫氣傳感器顯示器A/D信號放大器烷類傳感器電磁閥晶振電源其他擴展串口圖3-1 系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計。所謂的模塊化設(shè)計，簡單地說就是程序的編寫不是開始就逐條錄入計算機語句和指令，而是首先用主程序、子程序、子過程等框架把軟件的主要結(jié)構(gòu)和流程描述出來，并定義和調(diào)試好各個框架之間的輸入、輸出鏈接關(guān)系。用戶端自動報警器內(nèi)提供備用電源，在沒有市電的情況下，交直流供電自動切換，確保系統(tǒng)在停電時能繼

35、續(xù)工作。3.2、 系統(tǒng)硬件電路系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計主要包括了RCM5700模塊電路設(shè)計、可燃?xì)怏w傳感器電路設(shè)計、A/D轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計以及通信接口電路設(shè)計如下圖3-2。圖3-2 系統(tǒng)總體硬件原理圖使用Rabbit RCM5700芯片PB3接虛擬時鐘線，利用PB5口線接虛擬數(shù)據(jù)線DATA。可燃?xì)怏w傳感器輸出的模擬量經(jīng)過放大電路放大后，再經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，數(shù)據(jù)采用串行方式與RCM5700模塊連接，其中RCM5700模塊中PA0、PA2、PA4、PC6分別與AD轉(zhuǎn)換器的CLK、DIN、DOUT、CS相連，以此實現(xiàn)可燃?xì)怏w傳感器和RCM5700模塊的相連，將可燃?xì)怏w傳感器輸出送入RCM5700模塊

36、中處理。串口通信主要利用RCM5700模塊端口PB3和PB5作為串口通信端口，分別定義為TXD和RXD。蜂鳴器則有RCM5700模塊PD1輸出端口實現(xiàn)控制。使用 RCM5700模塊PB2，并電阻連接 LED。3.3、 信號采集放大電路的設(shè)計由于氣體傳感器采集的電信號一般很小，而且存在共模成分，需要經(jīng)過放大電路放大，之后方可進行A/D轉(zhuǎn)換。氣體傳感器輸出的信號幅度很小，存在著不同程度的電磁干擾，因此在本設(shè)計中，放大電路采用儀表放大器AD623，對來自傳感器的信號經(jīng)行精密放大，同時抑制共模成分提高信號質(zhì)量6。AD623的主要特點是：使用一只外接電阻設(shè)置增益G，計算公式為G=1+100k/Rti，其

37、中G可達1000，從而給用戶帶來了極大方便。其輸入共模范圍很寬，允許比地電壓低150mV的共模電壓。單電源供電（+3.0 +12V）能達到最佳性能。但雙電源供電（2.56.0）也能夠提供優(yōu)良的性能：低功耗、寬電源范圍和電源限輸出特性非常合適電池供電的應(yīng)用場合；可取代分立器見構(gòu)成的儀表放大器，具有線性度優(yōu)良、溫度穩(wěn)定性高和體積小、可靠性高等優(yōu)點。在本設(shè)計中，采用恒壓供電方式為氣體傳感器供電，且在正常使用中采樣電路的輸出為單極性輸出，AD623的REF端同TLC2543的AD參考電壓輸入端在設(shè)計中同時接地即可由AD623構(gòu)成的放大電路如圖3-3所示。在圖中接口J4為氣體傳感器的接口，氣體傳感器與電

38、阻R34、R35和R39構(gòu)成電橋采集信號，直流+2.5電壓用過LM324同相輸入端獲得一個穩(wěn)定的輸出電壓，Q1的通斷由LM324輸出決定，由于Q1的B極電源比較穩(wěn)定，而B級電流決定三級管導(dǎo)通時的放大倍數(shù)，因此通過CE極的電壓也比較穩(wěn)定。Q1、LM324與LT1764-3.3構(gòu)成恒壓電路，為電橋提供恒壓。AD623的REF接地，OUTPUT端接入TLC2543的AD模塊引腳。圖3-3 信號采集放大電路LM324系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的

39、靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸 圖3-4 LM324的引腳排列出端Vo的信號與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見上圖3-4。3.4、 運放電路及A/D轉(zhuǎn)換電路從一氧化碳傳感器輸出信號為差分信號，該模擬信號需要經(jīng)過運放后送入A/D轉(zhuǎn)換器。本系統(tǒng)中運放采用了AD623儀用放大器實現(xiàn)，運放后信號送入A/

40、D轉(zhuǎn)換器。圖3-5中AIN0AIN10為模擬輸入端；CS為片選端；DIN為串行數(shù)據(jù)輸入端；DOUT為AD轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端；EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束端；CLK為IO時鐘；REF+為正基準(zhǔn)電壓端；REF一為負(fù)基準(zhǔn)電壓端；VCC為電源；GND為地。VCC：正電源端，一般接+5V。GND：正電源地。VREF+：正基準(zhǔn)電壓端，一般接+5V。V -：負(fù)基準(zhǔn)電壓端，一般接地。 圖3-5AIN0AIN10：11路模擬量輸入引腳。CS：片選端，由高到低有效，由外部輸入。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束端，向外部輸出。IO CLOCK：控制輸入輸出的時鐘，由外部輸入。DATA INPUT：控制字輸入端，用于選擇轉(zhuǎn)換及輸出數(shù)據(jù)格式

41、。DATA OUT：AD轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出端。TLC2543的工作過程分為兩個周期:I/O周期和轉(zhuǎn)換周期。a) I/O周期I/O周期由外部提供的I/O CLOCK定義,延續(xù)8、12或16個時鐘周期,決定于選定的輸出數(shù)據(jù)長度。器件進入I/O周期后同時進行兩種操作。在I/O CLOCK的前8個脈沖的上升沿,以MSB前導(dǎo)方式從DATA INPUT端輸入8位數(shù)據(jù)流到輸入寄存器。其中前4位為模擬通道地址,控制14通道模擬多路器從11個模擬輸入和三個內(nèi)部測電壓中選通一路送到采樣保持電路,該電路從第4個I/O CLOCK脈沖的下降沿開始對所選信號進行采樣,直到最后一個I/O CLOCK脈沖的下降沿。I/O周期的

42、時鐘脈沖個數(shù)與輸出數(shù)據(jù)長度(位數(shù))同時由輸入數(shù)據(jù)的D3、D2位選擇為8、12或16。當(dāng)工作于12或16位時,在前8個時鐘脈沖之后,DATA INPUT無效。在DATA OUT端串行輸出8、12或16位數(shù)據(jù)。當(dāng)CS保持為低時,第一個數(shù)據(jù)出現(xiàn)在EOC的上升沿。若轉(zhuǎn)換由CS控制,則第一個輸出數(shù)據(jù)發(fā)生在CS的下降沿。這個數(shù)據(jù)串是前一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果,在第一個輸出數(shù)據(jù)位之后的每個后續(xù)位均由后續(xù)的I/O時鐘下降沿輸出。b) 轉(zhuǎn)換周期在I/O周期的最后一個I/O CLOCK下降沿之后,EOC變低,采樣值保持不變,轉(zhuǎn)換周期開始,片內(nèi)轉(zhuǎn)換器對采樣值進行逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換,其工作由與I/O CLOCK同步的內(nèi)部時鐘

43、控制。轉(zhuǎn)換完成后EOC變高,轉(zhuǎn)換結(jié)果鎖存在輸出數(shù)據(jù)寄存器中,待下一個I/O周期輸出。I/O周期和轉(zhuǎn)換周期交替進行,從而可減小外部的數(shù)字噪聲對轉(zhuǎn)換精度的影響。c)接口時序可以用四種傳輸方法使TLC2543得到全12位分辯率,每次轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳遞可以使用12或16個時鐘周期。一個片選脈沖要插到每次轉(zhuǎn)換的開始處,或是在轉(zhuǎn)換時序的開始處變化一次后保持為低,直到時序結(jié)束。在設(shè)計制作時要注意如下3個問題：（1）電源去耦當(dāng)使用TLC2543這種12位A/D器件時，每個模擬IC的電源端必須用一個0.1F的陶瓷電容連接到地，用作去耦電容。在噪聲影響較大的環(huán)境中，建議每個電源和陶瓷電容端并一個10F的鉭電容，這樣能

44、夠減小噪聲的影響。（2）接地對模擬器件和數(shù)字器件，電源的地線回路必須分開，以防止數(shù)字部分的噪聲電流通過模擬地回路引入，產(chǎn)生噪聲電壓，從而對模擬信號產(chǎn)生干擾。所有的地線回路都有一定的阻抗，因此地線要盡可能寬或用地線平面，以減小阻抗，連線應(yīng)當(dāng)盡可能短，如果使用開關(guān)電源，則開關(guān)電源要遠(yuǎn)離模擬器件。（3）電路板布線使用TLC2543時一定要注意電路板的布線，電路板的布線要確保數(shù)字信號和模擬信號隔開，模擬線和數(shù)字線特別是時鐘信號線不能互相平行，也不能在 TLC2543芯片下面布數(shù)字信號線。TLC2543對時序要求特別嚴(yán)格，數(shù)每隔一小段時間就會有變化。解決的辦法：采集關(guān)中斷。3.5、 RCM5700內(nèi)置看

45、門狗的利用由于需要通過A/D轉(zhuǎn)換器對來自于氣敏傳感器的各種模擬量進行多次采樣，外部干擾有可能會影響CPU的正常運行，從而引起混亂。但RCM5700自帶有看門狗，看門狗電路作為程序運行監(jiān)控器，每隔一定時間，由控制器向看門狗發(fā)出一個復(fù)位信號，使其復(fù)位端保持無效。程序一旦跑飛或進入死循環(huán)造成系統(tǒng)失效，由看門狗發(fā)出一個復(fù)位信號，使系統(tǒng)能盡快復(fù)位并恢復(fù)正常工作。3.6、 主控制器與顯示屏的接口設(shè)計液晶屏采用1602液晶屏（單+5V電源供電）1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：第1腳：VSS為地電源第2腳：VDD接5V正電源第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，

46、對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第1516腳：空腳RCM5700與1602顯示屏的接口，如圖3-6，本設(shè)計采用直接訪問方式接口電路。圖3-6 主控制器與顯示屏的接口設(shè)計3.7、

47、氣體自動控制閥的原理臺灣SUN YEH電動閥門它是一種直角回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，它與閥門定位器配套使用，可實現(xiàn)比例調(diào)節(jié)；V型閥芯最適用于各種調(diào)節(jié)場合，具有額定流量系數(shù)大，可調(diào)比大，密封效果好，調(diào)節(jié)性能零敏，體積小，可豎臥安裝。適用于控制氣體、蒸汽、液體等介質(zhì)。 氣動活塞執(zhí)行機構(gòu)采用壓縮空氣作動力源，通過活塞的運動帶動曲臂進行90度回轉(zhuǎn)，達到使閥門自動啟閉。它的組成部分為：調(diào)節(jié)螺栓、執(zhí)行機構(gòu)箱體、曲臂、氣缸體、氣缸軸、活塞、連桿、萬向軸。氣動調(diào)節(jié)閥的工作原理：氣動調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)組成。執(zhí)行機構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的推力部件，它按控制信號壓力的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，推動調(diào)節(jié)機構(gòu)動作。閥體是氣動調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)部件，它

48、直接與調(diào)節(jié)介質(zhì)接觸，調(diào)節(jié)該流體的流量。PVC電動調(diào)節(jié)三通球閥是閥與電動執(zhí)行器組成，由調(diào)節(jié)電動執(zhí)行器接受420mA信號啟動旋轉(zhuǎn)帶動閥體轉(zhuǎn)角為090從而打開和關(guān)閉閥門，電動執(zhí)行器可搭配大部份之閥門，安裝配套容易。執(zhí)行器電壓：AC:1110V、1220V、3220V、3380V、3440V、24V; DC24V 消費電力： AC10W300W 關(guān)閉時間： 8sec / 58sec 090 電磁閥與RCM5700的連接如下圖3-7。圖3-7 主控制器與自動氣閥接口設(shè)計3.8、 通信接口電路設(shè)計本設(shè)計中通信接口電路采用了RS-232實現(xiàn)，RS-232C是由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）正式公布的，在異步串行

49、通信中應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)總線。RS-232C 標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議）的全稱是EIA-RS-232C 標(biāo)準(zhǔn)，其中EIA(Electronic Industry Association)代表美國電子工業(yè)協(xié)會，其中RS是Recommended Standard的縮寫，代表推贈標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識符，C代表RS-232的最新一次修改（1969年），在這之前，有過RS-232A、RS-232B標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定連接電纜和機械、電氣特性、信號功能及傳送過程?，F(xiàn)在，計算機上的串行通信端口（RS-232）是標(biāo)準(zhǔn)配置端口，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，計算機上一般都有12個標(biāo)準(zhǔn)RS-232C串口，即通道COM1和COM2。具體的RCM5700

50、配置情況可以參考表3-8。表3-8 RCM5700配置情況其中電平轉(zhuǎn)換芯片采用了MAXIM公司的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232實現(xiàn)。其典型電路連接如圖3-9所示。圖3-9 MAX232典型電路連接3.9、 電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計系統(tǒng)中電源除了+5V以外，還包括了+3.3V，其電源轉(zhuǎn)換電路采用了芯片LT1764-3.3實現(xiàn)+5V到+3.3V的轉(zhuǎn)換，其電路連接如圖3-10所示。圖3-10 LT1764-3.3電源轉(zhuǎn)換電路針對基于MiniCoreCM5700模塊的實現(xiàn)方案，給出了系統(tǒng)實現(xiàn)的總體硬件電路設(shè)計。并分別對RCM5700模塊碳?xì)怏w傳感器電路、放大電路，A/D轉(zhuǎn)換器電路、以及通信接口電路的設(shè)計進行了

51、詳細(xì)闡述。4 系統(tǒng)電路調(diào)試在進行硬件電路的實驗調(diào)試時，首先檢測電路板各個主要模塊之間的連通性，即保證硬件電路焊接及連接無誤，是否有短路、虛焊現(xiàn)象發(fā)生；對系統(tǒng)各硬件電路進行檢測，保證各模塊可以正常工作，同時保證各主要硬件電路可以由主控芯片Rabbit RCM5700模塊進行控制；對系統(tǒng)主控芯片Rabbit RCM5700模塊的通信進行測試；結(jié)合系統(tǒng)軟件測試，利用硬件平臺進行功能性檢測，最終驗證系統(tǒng)軟硬件綜合功能的實現(xiàn)。1）安裝Dynamic C。2）將 RCM5700 模塊安裝在接口板上，用 USB 電纜連接接口板和電腦。3）植入軟件程序，檢測無誤后，將驅(qū)動各功能運作。4.1、 模塊的連通性調(diào)試

52、該部分電路的測試主要完成各個主要模塊之間連通性測試，包括了一氧化碳?xì)怏w傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器之間的連接、A/D轉(zhuǎn)換器和Rabbit RCM5700模塊之間的連接、LED與Rabbit RCM5700模塊之間的連接、晶振以及蜂鳴器與Rabbit RCM5700模塊之間的連接等。按照逐級檢查的方式，對各個連接電路部分進行仔細(xì)測試檢查，保證整體系統(tǒng)的連通性正確。連通性調(diào)試期間，各模塊均以LED代替，外接一個發(fā)光二級管，控制每個端口的連接，直到各個接口燈亮，連通性調(diào)試結(jié)束。4.2、 系統(tǒng)各硬件的檢測及控制性調(diào)試系統(tǒng)各硬件的檢測及控制性主要包括了各主要模塊的功能性驗證，即一氧化碳?xì)怏w傳感器電路、鍵盤電路、

53、LED顯示等電路各自可以正常工作。同時為了保證各硬件控制性，利用主控芯片Rabbit RCM5700模塊完成對各部分硬件電路控制性的測試，保證硬件電路各個環(huán)節(jié)工作正常且均可以由Rabbit RCM5700模塊實現(xiàn)控制。1）放大電路與A/D轉(zhuǎn)換電路的調(diào)試A/D轉(zhuǎn)換電路的主要工作是對采集到的模擬輸入信號進行正確的采樣和轉(zhuǎn)換，所得到的數(shù)字信號量應(yīng)該與原模擬信號量一致。在試驗中采用編組器產(chǎn)生模擬輸入信號量，讀取其A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量經(jīng)行比較。實驗的結(jié)果表明A/D采樣精度滿足系統(tǒng)功能要求。2）一氧化碳?xì)怏w檢測測試此模塊的主要功能是采集煤氣氣體濃度的信號，按照國際中規(guī)定，要求測量值同相應(yīng)的實驗氣體濃度之差

54、不超過5%LEL。3）串口通信模塊測試串口通信調(diào)試主要借助串口調(diào)試助手實現(xiàn)RCM5700與PC機之間的通信，保證發(fā)送數(shù)據(jù)與接收數(shù)據(jù)正常。4.3、 系統(tǒng)主控硬件的通信性能調(diào)試系統(tǒng)主控硬件電路的通信性能調(diào)試主要是對RS-232電路進行調(diào)試和測試，保證通信可以正常運行。4.4、 系統(tǒng)軟硬件綜合性能測試結(jié)合系統(tǒng)軟件測試，利用硬件平臺進行功能性檢測，即驗證系統(tǒng)軟硬件綜合測試正常。主要包括了溫濕度傳感器電路、二氧化碳?xì)怏w傳感器電路、鍵盤輸入、液晶顯示等功能的正常。并實現(xiàn)各部分功能的綜合測試。二氧化碳?xì)怏w檢測綜合測試該綜合測試主要在系統(tǒng)調(diào)試正常的情況下，驗證一氧化碳?xì)怏w綜合測試情況。首先對某一環(huán)境下的一氧化

55、碳?xì)怏w進行檢測，植入液晶屏，觀察液晶顯示屏顯示的一氧化碳?xì)怏w含量數(shù)值；其次，通過一些特殊手段，改變環(huán)境的一氧化碳?xì)怏w含量，同時觀察液晶顯示屏顯示的一氧化碳?xì)怏w含量數(shù)值是否發(fā)生變化；當(dāng)一氧化碳?xì)怏w含量指標(biāo)達到一定限制值時，報警電路是否可以正常報警。4.5、 系統(tǒng)誤差分析放大電路的誤差r1的計算。根據(jù)AD623的特征可知，其輸入失調(diào)電壓為100V；失調(diào)電壓漂移為1V/；放大倍數(shù)G1是有0.35%的偏差。而其輸入失調(diào)電壓造成的誤差在調(diào)試時會被電橋的調(diào)節(jié)補償，放大倍數(shù)的誤差也會在放大電路的調(diào)試中被補償。假設(shè)系統(tǒng)工作環(huán)境的溫度變化T=70，由其失調(diào)電壓漂移可以計算出r11=110-670/(3.310-

56、2)2.110-3AD623的外接電阻為精密電阻，其溫漂為20ppm/，假設(shè)系統(tǒng)工作環(huán)境的溫度變化T=70，由AD623的增益公式G=1+100k/Rti，可得r12=100103/(1.021032010-670)+1100/1001.410-6AD623的增益會隨溫度的變化而變化，在增益大于1時，其典型值為50ppm/，而且這個變化值與外接的精密電阻無關(guān)。r13=5010-670/100=3.510-3r1=2.110-3A/D轉(zhuǎn)換的誤差r2主要來自參考電源和A/D轉(zhuǎn)換的量化誤差，因為本系統(tǒng)的參考電壓是系統(tǒng)的電源電壓，波動比較大，所以本系統(tǒng)在設(shè)計事增加了一路由LT1764-3.3構(gòu)成的基準(zhǔn)

57、電壓，A/D轉(zhuǎn)換參考電壓源的誤差主要來自基準(zhǔn)電壓，其誤差大小為r21=3010-670/2.5=8.410-4本系統(tǒng)采用的是12位的A/D轉(zhuǎn)換器，可以計算出r22=1/212=2.4410-4r2=8.7510-4系統(tǒng)誤差r=3.4710-3由于r1%，所以此系統(tǒng)的測量精度在理論上算滿足要求?？?結(jié)本文從整體到部分詳細(xì)介紹了家用煤氣泄露報警控制器的設(shè)計。通過查閱大量資料，本文提出了幾種可行性方案，對硬件電路的實現(xiàn)方案進行了分析對比，并最終選擇了基于MiniCore RCM5700模塊的實現(xiàn)方案。在比較重要的部分進行了詳細(xì)的論述，并且給出了程序及說明。其可靠性和穩(wěn)定性都達到了很好的效果。本課題實用性強，綜合應(yīng)用了數(shù)字電路、模擬電路、傳感器技術(shù)、單片機通信與控制技術(shù)等電子信息工程大學(xué)本科教育的主要基礎(chǔ)知識，具有較高