家用煤氣泄漏報(bào)警控制器設(shè)計(jì)

1、畢畢 業(yè)業(yè) 論論 文文畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：家用煤氣泄漏報(bào)警控制器家用煤氣泄漏報(bào)警控制器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 系系 別：別： 機(jī)電工程系機(jī)電工程系 摘摘 要要當(dāng)今社會(huì)上，出現(xiàn)了許多煤氣報(bào)警器，而這些產(chǎn)品大都是針對(duì)煤氣的泄漏所做出的相應(yīng)的報(bào)警，即為家庭式。但是隨著社會(huì)的發(fā)展，煤氣報(bào)警器也在發(fā)展。微機(jī)控制技術(shù)、傳感器在工業(yè)控制、機(jī)電一體化、智能儀表、通信、家用電器等方面得到了廣泛應(yīng)用，顯著提高了各種設(shè)備的技術(shù)水平和自動(dòng)化程度。因此對(duì)這些原理和結(jié)構(gòu)我們就需要很好的了解并掌握。煤氣報(bào)警系統(tǒng)采用了 rcm5700 為系統(tǒng)的 cpu，通過單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)家用煤氣的控制功能，由 ng-co-001 電化學(xué)一氧

2、化碳?xì)怏w傳感器對(duì)煤氣進(jìn)行檢測(cè)，將所得的濃度值與設(shè)定濃度值相比較得到偏差。通過對(duì)偏差信號(hào)的處理獲得控制信號(hào)，去調(diào)節(jié)煤氣出氣閥的通斷，四個(gè)單元的煤氣濃度對(duì)應(yīng)模擬量利用a/d 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并加入了鍵盤輸入，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)家用煤氣漏氣的控制。整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)合理，性能安全可靠。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞： 電位器采樣 報(bào)警臨界值 煤氣濃度目目 錄錄1、緒論.11.1、課題研究的背景.11.2、課題研究的目的.11.3、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài).21.4、系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本內(nèi)容.42、系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ).52.1、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案與選擇.52.2、mini core 芯片選擇 .72.3、一氧化碳傳感器的選擇.152.4、儀

3、表放大器的選擇.212.5、a/d 轉(zhuǎn)換器選擇.233、基于 rcm5700 的系統(tǒng)電路設(shè)計(jì).243.1、系統(tǒng)硬件電路總體設(shè)計(jì).243.2、信號(hào)采集放大電路的設(shè)計(jì).263.3、運(yùn)放電路及 a/d 轉(zhuǎn)換電路.283.4、rcm5700 內(nèi)置看門狗的利用.303.5、通信接口電路設(shè)計(jì).313.6、電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì).344、系統(tǒng)電路調(diào)試.344.1、模塊的連通性調(diào)試.344.2、系統(tǒng)各硬件的檢測(cè)及控制性調(diào)試.354.3、系統(tǒng)主控硬件的通信性能調(diào)試.354.4、系統(tǒng)軟硬件綜合性能測(cè)試.364.5、系統(tǒng)誤差分析.36總結(jié).37參考文獻(xiàn).38致謝.39附錄.40家用煤氣泄漏報(bào)警控制器設(shè)計(jì)家用煤氣泄漏報(bào)警控

4、制器設(shè)計(jì)1 1、緒論、緒論1.11.1、課題研究的背景、課題研究的背景隨著我國(guó)燃?xì)獾淖兏锛拔鳉鈻|輸工程的進(jìn)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(guó)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(shí)會(huì)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(huì)發(fā)生燃燒甚至爆炸，所以如果在煤氣泄漏時(shí)打電話，使用家用電器的話，煤氣遇到電火花可能會(huì)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(huì)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(huì)

5、迅速與血液中的紅細(xì)胞結(jié)合導(dǎo)致人體中毒昏迷，如果長(zhǎng)時(shí)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(shí)發(fā)現(xiàn)及治療，將會(huì)危及生命。近年來，我國(guó)部分地區(qū)非職業(yè)性一氧化碳中毒事件時(shí)有發(fā)生。特別是冬春季高發(fā)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó) 2006 年因非職業(yè)性一氧化碳中毒，造成至少 3850 人中毒，142 人死亡。2007 年 3-5 月份，南匯區(qū)發(fā)生了2 起非職業(yè)性一氧化碳中毒事件。1.21.2、課題研究的目的、課題研究的目的人們面對(duì)燃?xì)庑孤┒斐傻姆N種事故威脅，就真的沒有一個(gè)徹底的解決辦法嗎？據(jù)有關(guān)專家介紹，使用燃?xì)鈭?bào)警器是對(duì)付燃?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

6、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﹫?bào)警器就能得到及時(shí)的警示。有關(guān)部門經(jīng)長(zhǎng)期測(cè)試同樣得出結(jié)論，燃?xì)鈭?bào)警器防止一氧化碳中毒事故發(fā)生的有效率達(dá) 95%以上。計(jì)算機(jī)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(duì)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(duì)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(jī)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(cè)量和控制的一個(gè)問題。單片機(jī)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(jī)系統(tǒng)進(jìn)行有效的

7、預(yù)防對(duì)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(bào)警系統(tǒng)。1.31.3、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)民用可燃?xì)怏w報(bào)警器為居民家庭用的燃?xì)鈭?bào)警器，一般安裝在廚房，遇燃?xì)庑孤r(shí)，報(bào)警器可發(fā)出聲光報(bào)警，或同時(shí)伴有數(shù)字顯示，同時(shí)聯(lián)動(dòng)外部設(shè)備。有的報(bào)警器可自動(dòng)開啟排風(fēng)扇，把燃?xì)馀懦鍪彝猓挥械膱?bào)警器在報(bào)警時(shí)可自動(dòng)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(cè)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(hù)家用燃?xì)庑孤﹫?bào)警器為例，日本早在 1980 年 1 月開始實(shí)行安裝城市

8、煤氣、液化石油氣報(bào)警器法規(guī)，1986 年 5 月日本通產(chǎn)省又實(shí)施了安全器具普及促進(jìn)基本方針。美國(guó)目前已有 6 個(gè)州立法，規(guī)定家庭、公寓等都要安裝 co 報(bào)警器。報(bào)警器種類也相當(dāng)繁多，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(bào)警器和系統(tǒng)，有單體分離型報(bào)警器、外部報(bào)警系統(tǒng)、集中監(jiān)視系統(tǒng)、遮斷連動(dòng)系統(tǒng)、防止中毒報(bào)警防護(hù)系統(tǒng)等。結(jié)構(gòu)型式有袖珍型便攜式、手推式、固定式報(bào)警等；工業(yè)用固定式報(bào)警又有壁掛式、臺(tái)放式、單臺(tái)監(jiān)控式、多路巡檢式等。氣體檢測(cè)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了智能化、多功能化。美國(guó)工業(yè)科學(xué)公司（isc）一臺(tái)攜帶式氣體監(jiān)控儀可實(shí)現(xiàn) 4 種氣體監(jiān)測(cè)，采用了統(tǒng)一的軟件，只需

9、要換氣體傳感器，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)特定氣體監(jiān)測(cè)。美國(guó)國(guó)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(cè) 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，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(cè)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(cè)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(duì)氣體傳感器的研究和開發(fā)也越來越重要。隨著先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，氣體傳感器發(fā)展的趨勢(shì)是微型化、智能化和多功能化。深入研究和把握有機(jī)、無機(jī)、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(jī)理，正確選擇各類傳

10、感器的敏感材料，靈活運(yùn)用微機(jī)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(guó)外氣體傳感器發(fā)展很快，一方面是由于人們安全意識(shí)增強(qiáng)，對(duì)環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高；另一方面是由于傳感器市場(chǎng)增長(zhǎng)受到政府安全法規(guī)的推動(dòng)。因此，國(guó)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(jì)猜測(cè)，美國(guó)1996 年2002 年氣體傳感器年均增長(zhǎng)率為（2730）。目前，氣體傳感器的發(fā)展趨勢(shì)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(jiǎn)化電路，與應(yīng)用整機(jī)相結(jié)合，這也是氣體傳感器一直追求的目標(biāo)。如日本費(fèi)加羅公司推出了檢測(cè)（0.110）106 硫化氫低功耗氣體傳

11、感器，美國(guó) ist 提供了壽命達(dá) 10 年以上的氣體傳感器，美國(guó)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(qiáng)可靠性，實(shí)現(xiàn)元件和應(yīng)用電路集成化，多功能化，發(fā)展 mems 技術(shù)，發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)適用的變送器和智能型傳感器。如美國(guó) 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(shí)現(xiàn)了智能化；還有前已涉及的美國(guó) ist 公司的具有微處理器的“megagas”傳感器實(shí)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(guó)家列為重點(diǎn)支持發(fā)展的情況下，國(guó)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

12、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；在結(jié)構(gòu)方面研制了補(bǔ)償復(fù)合結(jié)構(gòu)、組合差動(dòng)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(jī)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(jìn)入中試；（4）國(guó)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

13、 5 家，黑龍江敏感集團(tuán)、太原電子廠、云南春光器材廠、天津費(fèi)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(huì)統(tǒng)計(jì)，1998 年全國(guó)氣敏元件總產(chǎn)量已超過 600 萬支。總的看來，我國(guó)氣敏元件傳感器及其應(yīng)用技術(shù)有了較快進(jìn)展，但與國(guó)外先進(jìn)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。1.41.4、系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本內(nèi)容、系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本內(nèi)容針對(duì)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(jī)、電磁閥和電鈴，設(shè)計(jì)一套有毒氣體檢測(cè)、報(bào)警電路，顯示室內(nèi)空氣質(zhì)量（分優(yōu)、良、中、好、差五級(jí)） ，用單

14、片機(jī)模塊分路控制繼電器、發(fā)光二極管和電鈴。報(bào)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(bào)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(bào)警系統(tǒng)控制程序。氣敏傳感器用來檢測(cè)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(hào)均被感應(yīng)器控制器所接收，再由感應(yīng)器控制器對(duì)各感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)識(shí)別和處理，并將處理后的感應(yīng)信號(hào)通過串口送至主控器，由主控器對(duì)其采取相應(yīng)的警報(bào)動(dòng)作。報(bào)警信號(hào)加至報(bào)警聲響電路的控制端后，報(bào)警聲響電路被觸發(fā)，發(fā)出報(bào)警聲，同時(shí)關(guān)閉總氣閥。本課題在硬件設(shè)計(jì)方面主要研究組成家用煤氣泄漏報(bào)警控制系統(tǒng)的單片機(jī)芯片、氣體傳感器總線的使用方法，同時(shí)研究電路設(shè)

15、計(jì)思路、電路組成，包括控制芯片、氣體傳感器、單片機(jī)、顯示電路等的選用和設(shè)計(jì)，最后給出結(jié)構(gòu)框圖、電路原理圖。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方面的分析設(shè)計(jì)包括主機(jī)和從機(jī)程序設(shè)計(jì)分析等。 2 2、系統(tǒng)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ)微處理器的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展，提高了人們生活的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)的現(xiàn)代化和自動(dòng)化。internet 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。基于 8 位和 16 位單片機(jī)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(dòng)化等)的實(shí)時(shí)應(yīng)用、測(cè)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(chǎng)控制層到管理層能實(shí)現(xiàn)全方位的無縫信息集成，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)

16、、智能診斷以及遠(yuǎn)程管理功能，提供一個(gè)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。2.12.1、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案與選擇、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案與選擇針對(duì)目前主要處理芯片的不同，本文提出了 2 種實(shí)現(xiàn)方案，分別為基于8051 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)方案以及基于 rabbit rcm5700 實(shí)現(xiàn)方案。并最終選擇了一種方案進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。2.1.12.1.1、基于單片機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案、基于單片機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案基于 8051 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的煤氣報(bào)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(jī)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

17、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(jī)；晶振和鍵盤控制作為 8051 單片機(jī)的外圍輸入電路，蜂鳴器作為報(bào)警用的 8051 單片機(jī)的外圍輸出電路；顯示電路采用了 led 顯示，由8051 單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)顯示。圖 5.1 基于 8051 單片機(jī)的實(shí)現(xiàn)2.1.22.1.2、基于、基于 minimini corecore 的實(shí)現(xiàn)方案的實(shí)現(xiàn)方案基于 mini core 實(shí)現(xiàn)的煤氣報(bào)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/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

18、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(bào)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(shí)現(xiàn)顯示。圖 6.1 基于 mini core 的實(shí)現(xiàn)2.1.32.1.3、方案選擇、方案選擇方案 1 中采用的是 8051 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)煤氣報(bào)警器，該方案具有結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，器件成本較低的特點(diǎn)，是一種較為廣泛采用的實(shí)現(xiàn)方案。方案 2 中采用的是 rabbit rcm5700

19、模塊實(shí)現(xiàn)煤氣報(bào)警器，該方案基于 rabbit rcm5700 模塊進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，rabbit minicore 模塊用于加速嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)和實(shí)施。編程開發(fā)采用我們經(jīng)過業(yè)界廣為驗(yàn)證的 dynamic c 開發(fā)系統(tǒng), 一個(gè)包括編輯器、鏈接器、裝載器和編譯器在內(nèi)的 c 語(yǔ)言集成開發(fā)環(huán)境。從你的計(jì)算機(jī)通過 usb 端口或串口下載程序，立即在目標(biāo)硬件上進(jìn)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(dòng)函數(shù)庫(kù)和例程、免費(fèi)的 tcp/ip 及其源代碼。rabbit minicore 系列產(chǎn)品采用超小型 mini pci express 接口，具有可互相兼容的

20、以太網(wǎng)與 wi-fi 無線網(wǎng)兩個(gè)版本，除了擁有 mini 的外型，使得產(chǎn)品的設(shè)計(jì)更加容易之外，它還配置了 32 個(gè)通用輸入/輸出端口、6 個(gè)串行端口和一臺(tái)rabbit 5000 微處理器。這些特點(diǎn)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(jì)靈活，外圍擴(kuò)展功能強(qiáng)大的特點(diǎn)，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(duì)其應(yīng)用擴(kuò)展，本設(shè)計(jì)選擇了方案 2，基于 rabbit rcm5700 模塊實(shí)現(xiàn)煤氣報(bào)警器的方案。既基于 mini core 實(shí)現(xiàn)的家用煤氣報(bào)警系統(tǒng)，利用可燃?xì)怏w傳感器檢測(cè)某一環(huán)境中可燃?xì)怏w

21、含量的指標(biāo)，對(duì)于可燃?xì)怏w的檢測(cè)，由于可燃?xì)怏w傳感器輸出量為模擬量，需要將其進(jìn)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(shí)，由主芯片 rabbit rcm5700 模塊控制蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。2.22.2、minimini corecore 芯片選擇芯片選擇2.2.12.2.1、rcm5700rcm5700 的簡(jiǎn)介的簡(jiǎn)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(jì)型核心模塊，設(shè)計(jì)人員可以將其用于小尺寸、低價(jià)格、可實(shí)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

22、應(yīng)用在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)記錄和上傳、儲(chǔ)罐監(jiān)控、自動(dòng)抄表系統(tǒng)、遠(yuǎn)程能源管理等領(lǐng)域。mini core 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(jì)人員可以為他們?cè)O(shè)計(jì)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(diǎn)獲得業(yè)界的高度認(rèn)可，譬如 rcm3200、lp3500

23、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minicore rcm5700 核心模塊，它價(jià)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(gè)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。rcm5700 具備 rabbit 5000 微處理器，工作主頻可達(dá) 50.0 mhz, flash me

24、mory，兩個(gè)時(shí)鐘(主晶振和時(shí)間晶振)和為 rabbit 5000 內(nèi)置實(shí)時(shí)時(shí)鐘/片內(nèi) sram 提供后備電池所需的重啟/管理電路。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。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(shí)現(xiàn)所有 cmos 兼容的接口。 主要特點(diǎn)：(1) 微處理器為 rabbit5000(內(nèi)含 128 kb 的 sdram)，主頻為 50mhz；(2) 程序存儲(chǔ)器為 1 mb 閃存；(3) 32 個(gè) gpio(可配置)；(4) 6個(gè)(

25、可配置)cmos兼容的串el；(5) 帶實(shí)時(shí)時(shí)鐘(電池供電)；(6) 10個(gè)8位定時(shí)器，10位和l6位定時(shí)器各1個(gè)；(7) 有兩路觸發(fā)輸入和兩路正交解碼輸入；(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(shí)施。編程開發(fā)采用我們經(jīng)過業(yè)界廣為驗(yàn)證的 dynamic c 開發(fā)系統(tǒng)，一個(gè)包括編輯器、鏈接器、裝載器和編譯器在內(nèi)的 c 語(yǔ)言集成開發(fā)環(huán)境。從計(jì)算機(jī)通過 usb 端口或串口下載程序，立即在目標(biāo)硬件上進(jìn)行調(diào)試 ，無需在線仿真器。這種開發(fā)環(huán)境減少

26、了工作量，加速了軟硬件集成。rabbit 提供了廣泛的驅(qū)動(dòng)函數(shù)庫(kù)和例程、免費(fèi)的 tcp/ip 及其源代碼。有兩種類型的開發(fā)包供用戶進(jìn)行開發(fā)和測(cè)試軟件。標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)包包括你設(shè)計(jì)圖 8.1基于該微處理器系統(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(píng)測(cè) rcm5700 所需要的開發(fā)板。digital i/o 和串口板可以立即運(yùn)行 dynamic c 中的例程從而快速演示 rcm5700 的產(chǎn)品特點(diǎn)。你可以立即為 rcm5700 模塊編寫和測(cè)試包括以太網(wǎng)和 tcp/ip 應(yīng)用在內(nèi)的軟件。2.2.22.2.2、rcm5700rcm5700 的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn) 1）

27、使用完整設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的，具有“運(yùn)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(chǎng)。2）比購(gòu)買和組裝單獨(dú)組件更具競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格。3）簡(jiǎn)單的 c 語(yǔ)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 rabbit field utility。4）能容納數(shù)萬行代碼大型程序并存儲(chǔ)豐富數(shù)據(jù)的大容量存儲(chǔ)器。5）參考設(shè)計(jì)使集成的以太網(wǎng)能利用無需特許權(quán)的 tcp/ip 軟件實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。2.2.32.2.3、rcm5700rcm5700 硬件組成硬件組成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。rcm57

28、00 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(duì) rcm5700 進(jìn)行編程的 usb 線。2.2.42.2.4、rcm5700rcm5700 模塊接口定義模塊接口定義接口板設(shè)計(jì)原理圖圖 10.1圖 11.1rcm5700 模塊接口包括了 52 個(gè)接口，各個(gè)接口定義如圖 12.1 所示。圖12.1 rcm5700模塊接口定義根據(jù) rcm5700 模塊接口定義可知，52 個(gè)接口可以劃分為幾個(gè)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 12.2 所

29、示。圖12.2 rcm5700模塊端口說明rcm5700 模塊管腳功能及說明詳見表。表 13.1表14.1表15.12.32.3、傳感器、傳感器的選擇的選擇對(duì)于煤氣報(bào)警器的實(shí)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(duì)于系統(tǒng)的精確度和實(shí)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。 2.3.12.3.1、一氧化碳傳感器的選擇、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(jià)格也各有不同。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用和成本性價(jià)比，本設(shè)計(jì)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，其詳情如下4：ng-co-001 型電化學(xué)一氧化碳?xì)怏w傳感器屬工業(yè)級(jí)

30、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(jì)，使其具有長(zhǎng)壽命、高靈敏度、液體密閉性良好等技術(shù)特點(diǎn)。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(jiǎn)化，有利的降低了產(chǎn)品成本。用途：工廠一氧化碳濃度檢測(cè)儀器；氣體計(jì)量器具；空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)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極、參比電極、對(duì)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(gè)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(duì)電極： o2

31、+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(cè)出被測(cè)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(duì)電極之間因電化學(xué)反應(yīng)形成的電流與被測(cè)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(hào)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 16.1圖 17.1 電化學(xué)傳感器原理圖（2）傳感器基本結(jié)構(gòu)：氣體傳感器由工作電極、對(duì)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(hào)通過引線傳導(dǎo)

32、到外部電路，通過放大等處理進(jìn)行顯示。為了提高對(duì)被測(cè)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(hào)。圖 17.2 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(diǎn)：1）對(duì)于氣體的濃度能夠線形輸出信號(hào)重現(xiàn)性好2）對(duì)被測(cè)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(hào)4）功耗低，電池即可驅(qū)動(dòng)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(jī)械性能穩(wěn)定（4）電化學(xué)一氧化碳?xì)怏w傳感器基本特點(diǎn)：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(jí)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(jì)，使其具有長(zhǎng)壽命

33、、高靈敏度、液體密閉性良好等技術(shù)特點(diǎn)。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(jiǎn)化，有利的降低了產(chǎn)品成本。用途：工廠一氧化碳濃度檢測(cè)儀器；氣體計(jì)量器具；空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)器；氣體變送器；便攜式儀器配套元件等等。工作及保存條件： 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(gè)月以內(nèi)密閉容器檢知對(duì)象氣體 一氧化碳測(cè)定范圍 01000ppm輸出電流 4010nappm重復(fù)性誤差 2%響應(yīng)時(shí)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（a

34、d623a）2v /最大輸入失調(diào)漂移（ad623a）100v 最大輸入失調(diào)電壓（ad623b）1v /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(duì)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(hào)源）800khz 帶寬（g=1）到終值 0.01%的建立時(shí)間 20s（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圖 22.1輸出短路持續(xù)時(shí)間 不確定儲(chǔ)存溫度范圍（n，r，rm）

35、-65至+125工作溫度范圍： ad623a 40至+85引腳溫度范圍（焊接，10 秒） +3002.52.5、a/da/d 轉(zhuǎn)換器選擇轉(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 l2 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(yùn)用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中2。tlc2543 是 l2 位開關(guān)電容逐次逼近型 adc 每個(gè)器件有三個(gè)控制輸入端：片選(cs)

36、、輸入/輸出時(shí)鐘(i/o clk)及地址數(shù)據(jù)輸入端(data input)。它還可以通過一個(gè)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(gè)模擬輸入通道中的任一個(gè)?？捎猛瑯拥姆椒ㄟx用另外三個(gè)測(cè)試電壓,用于轉(zhuǎn)換器的refvrefv2/refrefvv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(zhǎng)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(二進(jìn)制)或雙極性(二進(jìn)

37、制補(bǔ)碼)格式。其特點(diǎn)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(shí)間；3) 11 個(gè)模擬輸入通道；4) 3 路內(nèi)置自測(cè)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(zhǎng)度。3 3、基于、基于 rcm5700rcm5700 的系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)的系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)3.13.1、系統(tǒng)硬件電路總體設(shè)計(jì)、系統(tǒng)硬件電路總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)的工作原理是利用煤氣傳感器將煤氣濃度變換為 mv 級(jí)模擬電流信號(hào)，放大器把信號(hào)放大后，經(jīng)低通濾波濾掉

38、干擾信號(hào)送到 a/d 轉(zhuǎn)換器，變換成數(shù)字量送主控芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。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(jì)中才用了 3 個(gè)性質(zhì)不同的傳感器，對(duì)其進(jìn)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(duì)毒性并可燃的一氧化碳?xì)怏w進(jìn)行精密的單項(xiàng)檢測(cè)。其他 2 種傳感分別對(duì)其中 2 類的可燃?xì)怏w進(jìn)行檢測(cè)。對(duì) rcm5700 植入軟件程序后，控制整個(gè)電路的運(yùn)行?？諝庵械臍怏w濃度信號(hào)同時(shí)進(jìn)入主芯片，主芯片對(duì)其進(jìn)行分析，并輸出信號(hào)到顯示器，控制其提示出“好、優(yōu)、良、中、差”等 5 個(gè)等級(jí)的空氣質(zhì)量提示。當(dāng)感應(yīng)信號(hào)達(dá)到設(shè)定的任意一個(gè)危險(xiǎn)區(qū)域（包括可燃?xì)怏w濃度

39、危險(xiǎn)區(qū)和毒性氣體濃度危險(xiǎn)區(qū)）值時(shí)，主控芯片將輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)報(bào)警，控制顯示器顯示出相應(yīng)空氣質(zhì)量等級(jí)即為“差”，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲響，報(bào)警 led 發(fā)光，同時(shí)控制電磁閥關(guān)閉。以讓監(jiān)控人員進(jìn)行處理。故障排除后，報(bào)警完畢自動(dòng)回到警戒狀態(tài)，等待下一次報(bào)警。圖 24.1 系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)。所謂的模塊化設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單地說就是程序的編寫不是氫氣傳感器烷類傳感器信號(hào)放大器信號(hào)放大器信號(hào)放大器a/da/da/d晶振串口rcm5700蜂鳴器顯示器電磁閥報(bào)警燈其他擴(kuò)展電源co 傳感器開始就逐條錄入計(jì)算機(jī)語(yǔ)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(gè)框架之間的

40、輸入、輸出鏈接關(guān)系。用戶端自動(dòng)報(bào)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(dòng)切換，確保系統(tǒng)在停電時(shí)能繼續(xù)工作。 3.23.2、系統(tǒng)硬件電路、系統(tǒng)硬件電路系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計(jì)主要包括了 rcm5700 模塊電路設(shè)計(jì)、可燃?xì)怏w傳感器電路設(shè)計(jì)、a/d 轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)以及通信接口電路設(shè)計(jì)。圖 25.1 系統(tǒng)總體硬件原理圖使用 rabbit rcm5700 芯片 pb3 接虛擬時(shí)鐘線，利用 pb5 口線接虛擬數(shù)據(jù)線data?？扇?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

41、、pc6 分別與 ad 轉(zhuǎn)換器的 clk、din、dout、cs 相連，以此實(shí)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(shí)現(xiàn)控制。使用 rcm5700 模塊 pb2，并電阻連接 led。3.33.3、信號(hào)采集放大電路的設(shè)計(jì)、信號(hào)采集放大電路的設(shè)計(jì)由于氣體傳感器采集的電信號(hào)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(jìn)行 a/d 轉(zhuǎn)換。氣體傳感器輸出的信號(hào)幅度很小

42、，存在著不同程度的電磁干擾，因此在本設(shè)計(jì)中，放大電路采用儀表放大器 ad623，對(duì)來自傳感器的信號(hào)經(jīng)行精密放大，同時(shí)抑制共模成分提高信號(hào)質(zhì)量6。ad623的主要特點(diǎn)是：使用一只外接電阻設(shè)置增益 g，計(jì)算公式為 g=1+100k/rti，其中 g 可達(dá) 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(dá)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(chǎng)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(diǎn)。在本設(shè)

43、計(jì)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(jì)中同時(shí)接地即可。圖 27.1 信號(hào)采集放大電路由 ad623 構(gòu)成的放大電路如圖 27.1 所示。在圖中接口 j4 為氣體傳感器的接口，氣體傳感器與電阻 r34、r35 和 r39 構(gòu)成電橋采集信號(hào)，直流+2.5 電壓用過 lm324 同相輸入端獲得一個(gè)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(jí)電流決定三級(jí)管導(dǎo)通時(shí)的放大倍數(shù)，因此通過 ce 極的電壓也比較穩(wěn)定。q1、lm324 與

44、 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。lm324 系列器件為價(jià)格便宜的帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。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(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。它有 5 個(gè)引出腳，其中“+”、 “-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端， “v+”、 “v-”為正、負(fù)電源端， “vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，vi-（-）為反相

45、輸入端，表示運(yùn)放輸出端 vo 的信號(hào)與該輸入端的位相反；vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相同。lm324 的引腳排列見右圖。3.43.4、運(yùn)放電路及、運(yùn)放電路及 a/da/d 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路從一氧化碳傳感器輸出信號(hào)為差分信號(hào)，該模擬信號(hào)需要經(jīng)過運(yùn)放后送入 a/d 轉(zhuǎn)換器。本系統(tǒng)中運(yùn)放采用了 ad623 儀用放大器實(shí)現(xiàn)，運(yùn)放后信號(hào)送入 a/d 轉(zhuǎn)換器。圖 28.2 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(shí)鐘；ref+為正基準(zhǔn)電壓端

46、；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。圖28.2tlc254vref+：正基準(zhǔn)電壓端，一般接+5v。v -：負(fù)基準(zhǔn)電壓端，一般接地。ain0ain10：11 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(shí)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。data out：ad 轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出端。tlc2543 的工作過程分為兩個(gè)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

47、定義,延續(xù) 8、12 或 16 個(gè)時(shí)鐘周期,決定于選定的輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。器件進(jìn)入 i/o 周期后同時(shí)進(jìn)行兩種操作。在 i/o clock 的前 8 個(gè)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(gè)模擬輸入和三個(gè)內(nèi)部測(cè)電壓中選通一路送到采樣保持電路,該電路從第 4 個(gè) i/o clock 脈沖的下降沿開始對(duì)所選信號(hào)進(jìn)行采樣,直到最后一個(gè) i/o clock 脈沖的下降沿。i/o 周期的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)與輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度(位數(shù))同時(shí)由輸入數(shù)據(jù)的 d3、d2 位選擇為 8、12 或 16。當(dāng)工作于

48、 12 或 16 位時(shí),在前8 個(gè)時(shí)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(shí),第一個(gè)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(gè)輸出數(shù)據(jù)發(fā)生在 cs 的下降沿。這個(gè)數(shù)據(jù)串是前一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果,在第一個(gè)輸出數(shù)據(jù)位之后的每個(gè)后續(xù)位均由后續(xù)的 i/o 時(shí)鐘下降沿輸出。b) 轉(zhuǎn)換周期在 i/o 周期的最后一個(gè) 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(duì)采樣值進(jìn)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(shí)鐘控制。轉(zhuǎn)換完成后 eoc 變高

49、,轉(zhuǎn)換結(jié)果鎖存在輸出數(shù)據(jù)寄存器中,待下一個(gè) i/o 周期輸出。i/o 周期和轉(zhuǎn)換周期交替進(jìn)行,從而可減小外部的數(shù)字噪聲對(duì)轉(zhuǎn)換精度的影響。c)接口時(shí)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(gè)時(shí)鐘周期。一個(gè)片選脈沖要插到每次轉(zhuǎn)換的開始處,或是在轉(zhuǎn)換時(shí)序的開始處變化一次后保持為低,直到時(shí)序結(jié)束。在設(shè)計(jì)制作時(shí)要注意如下 3 個(gè)問題：（1）電源去耦當(dāng)使用 tlc2543 這種 12 位 a/d 器件時(shí)，每個(gè)模擬 ic 的電源端必須用一個(gè)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(gè)電源和陶瓷電容端并一個(gè) 1

50、0f 的鉭電容，這樣能夠減小噪聲的影響。（2）接地對(duì)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(duì)模擬信號(hào)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(shí)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(hào)和模擬信號(hào)隔開，模擬線和數(shù)字線特別是時(shí)鐘信號(hào)線不能互相平行，也不能在tlc2543 芯片下面布數(shù)字信號(hào)線。tlc2543 對(duì)時(shí)序要求特別嚴(yán)格，數(shù)每隔一小段時(shí)間就會(huì)有變化。解決的辦法：采集關(guān)中斷。3

51、.53.5、rcm5700rcm5700 內(nèi)置看門狗的利用內(nèi)置看門狗的利用由于需要通過 a/d 轉(zhuǎn)換器對(duì)來自于氣敏傳感器的各種模擬量進(jìn)行多次采樣，外部干擾有可能會(huì)影響 cpu 的正常運(yùn)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(yùn)行監(jiān)控器，每隔一定時(shí)間，由控制器向看門狗發(fā)出一個(gè)復(fù)位信號(hào)，使其復(fù)位端保持無效。程序一旦跑飛或進(jìn)入死循環(huán)造成系統(tǒng)失效，由看門狗發(fā)出一個(gè)復(fù)位信號(hào)，使系統(tǒng)能盡快復(fù)位并恢復(fù)正常工作。 3.63.6、主控制器與顯示屏的接口設(shè)計(jì)、主控制器與顯示屏的接口設(shè)計(jì)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

52、 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(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10k 的電位器調(diào)整對(duì)比度第 4 腳：rs 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第 5 腳：rw 為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng) rs 和 rw 共同為低電平時(shí)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(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) rs 為高電平 rw 為低電平時(shí)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(shí)，液晶模塊

53、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，本設(shè)計(jì)采用直接訪問方式接口電路。圖 31.1 主控制器與顯示屏的接口設(shè)計(jì)3.73.7、氣體自動(dòng)控制閥的原理、氣體自動(dòng)控制閥的原理臺(tái)灣 sun yeh 電動(dòng)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(shí)現(xiàn)比例調(diào)節(jié)；v 型閥芯最適用于各種調(diào)節(jié)場(chǎng)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(dòng)活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用壓縮空氣作動(dòng)力源，通過活塞的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)曲臂進(jìn)行90 度回轉(zhuǎn)，達(dá)到使閥門自動(dòng)啟閉。它的組成部分為

54、：調(diào)節(jié)螺栓、執(zhí)行機(jī)構(gòu)箱體、曲臂、氣缸體、氣缸軸、活塞、連桿、萬向軸。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的工作原理：氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的推力部件，它按控制信號(hào)壓力的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，推動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。閥體是氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)部件，它直接與調(diào)節(jié)介質(zhì)接觸，調(diào)節(jié)該流體的流量。pvc 電動(dòng)調(diào)節(jié)三通球閥是閥與電動(dòng)執(zhí)行器組成，由調(diào)節(jié)電動(dòng)執(zhí)行器接受420ma 信號(hào)啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)閥體轉(zhuǎn)角為 090從而打開和關(guān)閉閥門，電動(dòng)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(fèi)電力： ac10w300w 關(guān)閉時(shí)間： 8

55、sec / 58sec 090 電磁閥與 rcm5700 的連接如下圖 32.1 主控制器與自動(dòng)氣閥接口設(shè)計(jì)3.83.8、通信接口電路設(shè)計(jì)、通信接口電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中通信接口電路采用了 rs-232 實(shí)現(xiàn)，rs-232c 是由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（eia）正式公布的，在異步串行通信中應(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(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)，其中 rs 是 recommended standard的縮寫，代表推贈(zèng)標(biāo)準(zhǔn)，232 是標(biāo)識(shí)符，c 代表 rs-232 的最新一次修

56、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(jī)械、電氣特性、信號(hào)功能及傳送過程。現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)上一般都有 12 個(gè)標(biāo)準(zhǔn) rs-232c 串口，即通道 com1 和 com2。具體的 rcm5700 配置情況可以參考表 33.1。表33.1 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(shí)現(xiàn)。其典型電路連接如圖 33.2 所示。圖33.2 max232典型電路連接3.83.8、電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)、電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)中電源除了+5v

57、 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(shí)現(xiàn)+5v 到+3.3v 的轉(zhuǎn)換，其電路連接如圖 34.1 所示。圖34.1 lt1764-3.3電源轉(zhuǎn)換電路本章小結(jié)：本章針對(duì)基于 minicore rcm5700 模塊的實(shí)現(xiàn)方案，給出了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的總體硬件電路設(shè)計(jì)。并分別對(duì) 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(jì)進(jìn)行了詳細(xì)闡述。4 4、系統(tǒng)電路調(diào)試、系統(tǒng)電路調(diào)試在進(jìn)行硬件電路的實(shí)驗(yàn)調(diào)試時(shí)，首先檢測(cè)電路板各個(gè)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(duì)系統(tǒng)各硬件電路進(jìn)行檢測(cè)，保證各模塊

58、可以正常工作，同時(shí)保證各主要硬件電路可以由主控芯片 rabbit rcm5700 模塊進(jìn)行控制；對(duì)系統(tǒng)主控芯片 rabbit rcm5700模塊的通信進(jìn)行測(cè)試；結(jié)合系統(tǒng)軟件測(cè)試，利用硬件平臺(tái)進(jìn)行功能性檢測(cè)，最終驗(yàn)證系統(tǒng)軟硬件綜合功能的實(shí)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(cè)無誤后，將驅(qū)動(dòng)各功能運(yùn)作。4.14.1、模塊的連通性調(diào)試、模塊的連通性調(diào)試該部分電路的測(cè)試主要完成各個(gè)主要模塊之間連通性測(cè)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

59、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(jí)檢查的方式，對(duì)各個(gè)連接電路部分進(jìn)行仔細(xì)測(cè)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(gè)發(fā)光二級(jí)管，控制每個(gè)端口的連接，直到各個(gè)接口燈亮，連通性調(diào)試結(jié)束。4.24.2、系統(tǒng)各硬件的檢測(cè)及控制性調(diào)試、系統(tǒng)各硬件的檢測(cè)及控制性調(diào)試系統(tǒng)各硬件的檢測(cè)及控制性主要包括了各主要模塊的功能性驗(yàn)證，即一氧化碳?xì)怏w傳感器電路、鍵盤電路、led 顯示等電路各自可以正常工作。同時(shí)為了保證各硬件控制性，利用主控芯片 rabbit rcm57

60、00 模塊完成對(duì)各部分硬件電路控制性的測(cè)試，保證硬件電路各個(gè)環(huán)節(jié)工作正常且均可以由 rabbit rcm5700 模塊實(shí)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(duì)采集到的模擬輸入信號(hào)進(jìn)行正確的采樣和轉(zhuǎn)換，所得到的數(shù)字信號(hào)量應(yīng)該與原模擬信號(hào)量一致。在試驗(yàn)中采用編組器產(chǎn)生模擬輸入信號(hào)量，讀取其 a/d 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量經(jīng)行比較。實(shí)驗(yàn)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(cè)測(cè)試此模塊的主要功能是采集煤氣氣體濃度的信號(hào)，按照國(guó)際中規(guī)定，要求測(cè)量值同相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)氣體濃度之差不超過5%lel。3）串口通信模塊測(cè)試串口通信調(diào)試主要借助串口調(diào)試助手實(shí)現(xiàn) r