家用煤氣報(bào)警器畢業(yè)設(shè)計(jì)

當(dāng)今社會上，出現(xiàn)了許多煤氣報(bào)警器，而這些產(chǎn)品大都是針對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)水平和自動化程度。因此對這些原理和結(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)對家用煤氣的控制功能，由NG-C0-001電化學(xué)一氧化碳?xì)怏w傳感器對煤氣進(jìn)行檢測，將所得的濃度值與設(shè)定濃度值相比較得到偏差。通過對偏差信號的處理獲得控制信號，去調(diào)節(jié)煤氣出氣閥的通斷，四個單元的煤氣濃度對應(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)對家用煤氣漏氣的控制。整個系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)合理，性能安全可幕。關(guān)鍵詞：電位器采樣；報(bào)警臨界值；煤氣濃度AbstractInthecurrentsociety,alotofcoalgasalarmshaveappeared,andtheseproductsaremostlytolettingoutcorrespondingalarmsmadeofcoalgas,itisfamily.Butwiththedevelopmentofsociety,coalgasalarmdeveloptoo.Microcomputercontroltechnology,sensorsintheindustrialcontrolmechatronics,smartinstrumentation,communications,householdappliances,etc.hasbeenwidelyapplied,significantlyimprovedthetechnologicallevelofequipmentanddegreeofautomation.Thusthestructureoftheseprinciplesandweneedtounderstandandgraspthegood?CoalgaswarningsystemadoptRCM57OOcomputerCPUofsystem,Designarealizationthroughasinglesliceofmachinesystemtothecontrolfunctionofhousehold-usecoalgas.TheNG-CO-OOlelectricitychemistrycarbonmonoxideairspreadsafeelingmachinetocarryonanexaminationtothecoalgasandcomparesdensityvalueandenactmentdensityvaluegainingtogetdeviation,theprocessingthatpassestothedeviationsignalacquirescontrolsignalandregulatecoalgastogiveventtoangertheofvalvebreak.fourcoalgasdensitycorrespondinganalogquantityofunitutilizeA/Dpersonwhochangesfigureinto,andhasjoinedkeyin,carryoutthecontrolthatleaksairtothehousehold-usecoalgasthus.Thehardwarecircuitofthewholesystemisreasonableindesign,performanceissafeandreliable.Keywords:Potentiometerssampling;Alarmthreshold;GasconcentrationTOC\o"1-5"\h\z摘要 IAbstract II1................................................................................................................................................................1\o"CurrentDocument"1.1課題研究的背景 1\o"CurrentDocument"課題研究的目的 1\o"CurrentDocument"L3系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本內(nèi)容 2\o"CurrentDocument"系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ) 3\o"CurrentDocument"2.1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案與選擇 3\o"CurrentDocument"2.1.1基于單片機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案 3基于MiniCore的實(shí)現(xiàn)方案 3方案選擇. 42.2MiniCore芯片選擇 5RCM3700的簡介 52.2.2 RCM3700的優(yōu)點(diǎn) 6RCM3700硬件組成 6RCM5700模塊接口定義 7\o"CurrentDocument"2.3傳感器的選擇 13\o"CurrentDocument"—氧化碳傳感器的選擇 14\o"CurrentDocument"2.3.2 氫氣傳感器的選擇 16\o"CurrentDocument"2.3.3烷類傳感器的選擇 17\o"CurrentDocument"儀表放大器的選擇 18A/D轉(zhuǎn)換器選擇 20\o"CurrentDocument"基于RCM5700的系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 21\o"CurrentDocument"3.1系統(tǒng)硬件電路總體設(shè)計(jì) 21\o"CurrentDocument"系統(tǒng)硬件電路 22\o"CurrentDocument"3.3信號采集放大電路的設(shè)計(jì) 23\o"CurrentDocument"3.4運(yùn)放電路及A/D轉(zhuǎn)換電路 25RCM5700內(nèi)置看門狗的利用 27\o"CurrentDocument"3.6主控制器與顯示屏的接口設(shè)計(jì) 27

\o"CurrentDocument"3?7通信接口電路設(shè)計(jì) 283.8電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 29\o"CurrentDocument"4系統(tǒng)電路調(diào)試 30\o"CurrentDocument"4.1模塊的連通性調(diào)試 30\o"CurrentDocument"4.2系統(tǒng)各硬件的檢測及控制性調(diào)試 30\o"CurrentDocument"4.3系統(tǒng)主控硬件的通信性能調(diào)試 31\o"CurrentDocument"4.4系統(tǒng)軟硬件綜合性能測試 31\o"CurrentDocument"4?5系統(tǒng)誤差分析 315總結(jié)參考文獻(xiàn)致謝….335總結(jié)參考文獻(xiàn)致謝….3334353636附錄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(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，全國均有不少事例。有棋者，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，煤氣的主要成分是屮烷，屮烷是一種可燃性氣體，遇到明火會發(fā)生燃燒棋至爆炸，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)，屮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其至?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)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國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。1.2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?bào)警器是對付燃?xì)鉄o形殺手的重要手段之一。燃?xì)鈱＜抑赋?，燃?xì)庑孤┗驈U氣排放而大量產(chǎn)生的一氧化碳是燃?xì)庵卸臼马憫?yīng)的根源，如釆有用燃?xì)庑孤﹫?bào)警器就能得到及時的警示。有關(guān)部門經(jīng)長期測試同樣得出結(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)93%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(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量和控制的一個問題。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(bào)警系統(tǒng)。1.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本內(nèi)容針對經(jīng)常發(fā)生的煤氣泄漏中毒事件，釆用煤氣、屮烷、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、報(bào)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(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)山硬件和軟件兩大部分組成。其中硬件部分山各報(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。氣敬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，再山感應(yīng)器控制器對各感應(yīng)信號進(jìn)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，山主控器對其采取相應(yīng)的警報(bào)動作。報(bào)警信號加至報(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，同時研究電路設(shè)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 系統(tǒng)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?；?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)自動化等）的實(shí)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(shí)現(xiàn)全方位的無縫信息集成，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)、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(shí)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(shí)現(xiàn)方案，分別為基于80"單片機(jī)實(shí)現(xiàn)方案以及基于RabbitRCM5700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)。2.1.1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傳感器輸岀為模擬量，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(jī)；晶振和鍵盤控制作為8031單片機(jī)的外圉輸入電路，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2-1基于8051單片機(jī)的實(shí)現(xiàn)2.1.2基于MiniCore的實(shí)現(xiàn)方案基于MiniCore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、RabbitRCM5700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RabbitRCM5700模塊電路：晶振和鍵盤控制作為RabbitRCM5700模塊電路的外圉輸入電路，蜂鳴器作為報(bào)警用的RabbitRCM5700模塊電路的外圉輸出電路；顯示電路采用7LED顯示，由RabbitRCM5700模塊電路控制實(shí)現(xiàn)顯示。圖2-2基于MiniCore的實(shí)現(xiàn)2.1.3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中釆用的是RabbitRCM5700模塊實(shí)現(xiàn)煤氣報(bào)警器，該方案基于RabbitRCM5700模塊進(jìn)行開發(fā)設(shè)訃，RabbitMiniCore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)釆用我們經(jīng)過業(yè)界廣為驗(yàn)證的DynamicC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(jì)算機(jī)通過USB端口或串口下載程序，立即在LI標(biāo)硬件上進(jìn)行調(diào)試一一無需在線仿真器。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(fèi)的TCP/IP及其源代碼。RabbitMiniCore系列產(chǎn)品釆用超小型miniPCIExpress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(jì)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Rabbit5000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。針對其應(yīng)用擴(kuò)展，本設(shè)計(jì)選擇了方案2,基于RabbitRCM5700模塊實(shí)現(xiàn)煤氣報(bào)警器的方案。既基于MiniCore實(shí)現(xiàn)的家用煤氣報(bào)警系統(tǒng)，利用可燃?xì)怏w傳感器檢測某一環(huán)境中可燃?xì)怏w含量的指標(biāo)，對于可燃?xì)怏w的檢測，山于可燃?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RabbitRCM5700模塊，當(dāng)其含量超過設(shè)定值時，由主芯片

RabbitRCM5700模塊控制蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。2.2MiniCore芯片選擇2.1 RCM5700的簡介MiniCoreRCM5700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、低價格、可實(shí)現(xiàn)控制或釆集且支持網(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。MiniCore芯片選擇了RabbitRCM5700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。MiniCore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)人員可以為他們設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方便可靠增加網(wǎng)絡(luò)連接[12]oRabbitSemiconductor公司專注于此，推出的產(chǎn)品在行業(yè)內(nèi)被廣泛應(yīng)用，十兒年來,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MiniCoreRCM5700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MiniCoreRCM5700模塊在體積極其緊湊的miniPCIExpress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，MiniCoreRCM5700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2-3RCM5700RCM5700具備Rabbit5000微處理器，工作主頻可達(dá)50.0MHz,flashmemory,兩個時鐘(主晶振和時間晶振)和為Rabbit5000內(nèi)置實(shí)時時鐘/片內(nèi)SRAM提供后備電池所需的重啟/管理電路。52-pinminiPCIExpress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。圖2-3RCM5700通過客戶定制開發(fā)的母板，RCM5700接收+3.3V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)：微處理器為Rabbit5000(內(nèi)含128KB的SDRAM),主頻為50MHz；程序存儲器為1MB閃存；32個GPIO(可配置)；6個(可配置)CMOS兼容的$E1；帶實(shí)時時鐘(電池供電)；10個8位定時器，10位和16位定時器各1個；有兩路觸發(fā)輸入和兩路正交解碼輸入；帶有看門狗；支持10/lOOBase—T以太網(wǎng)功能；接口為MiniPCIExpress接口。RabbitCoreMiniCore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)釆用我們經(jīng)過業(yè)界廣為驗(yàn)證的DynamicC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(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)動函數(shù)庫和例程、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)和測試軟件。標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)包包括你設(shè)計(jì)基于該微處理器系統(tǒng)所需要的基本組件和完整的DynamicC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。DigitalI/O和串口板可以立即運(yùn)行DynamicC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模塊編寫和測試包括以太網(wǎng)和TCP/IP應(yīng)用在內(nèi)的軟件。2.2.2RCM5700的優(yōu)點(diǎn)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。比購買和組裝單獨(dú)組件更具競爭力的價格。簡單的C語言程序開發(fā)和調(diào)試。用于下載經(jīng)編譯的DynamicC.bin文件的RabbitFieldUtility。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。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。2.2.3RCM5700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(jìn)行編程的USB線。2.2.4RCM5700模塊接口定義接口板設(shè)計(jì)原理圖霍ii二冒.ssgfe〔RRmEsBmInsILSmH一Is直屋碧-sl^lssIs-i攔a?；鬷i二冒.ssgfe〔RRmEsBmInsILSmH一Is直屋碧-sl^lssIs-i攔a矗M?=-茴三圖2-4接口板設(shè)汁原理圖s工竄今一?碁一1W-K圖2-5接口板設(shè)汁原理圖?33VRx+Rx-ACTPE1PE3PEG/RESET_IN?33VRx+Rx-ACTPE1PE3PEG/RESET_INPD1PD3PC1PC3PCS/RxB/RESETPB3PB5PB7PA1PA3PA5PA7VBAT_EXTPB1/CLKAPC6/TxAPC7/RxA.?3.3VGNCTx+Tx-LNKPECPE2PE5PE7FT>CPD2PCCPC2PC4/TXEPBO/SCLKPB2PB4PB€PACPA2PA4PAE/IORC/IOWRSTATUSSMODEGNC51RCM5700模塊接口包括了52個接口，各個接口定義如圖2-6所示。TopBottomTop圖2-6RCM5700模塊接口左義根據(jù)RCM5700模塊接口定義可知拓2個接口可以劃分為兒個主要部分:端口PortA.PortB、PortC、PortD、PortE、SerialPortA、RAM、Misc.I/O等,具體如圖2-7所示。PC0,PC2,PC4PCL,PC3,PC5PBLPC6.STATUSPCVRESETJN.SMODEO.SMODflTxD3,...TxD0RxIX3,…RacIM)PA0-PA71PB0-PB7PD0-PD71端口A端口B端口D端口C<申行口BsC和D>.：RABBITT5000端口E串行口EsF編程口C串行口A)實(shí)時時鐘看門狗11個計(jì)時器其他I/O以太陶從端口時鐘倍頻器RAMRabbit5000內(nèi)宣備用電池支持內(nèi)存和I/O按口 k/RESET/IOKD/IOWRPE0-PE5PE5-PE7圖2-7RCM5700模塊端口說明RCM57OO模塊管腳功能及說明詳見表。表2-1-1引腳功能說明表PinPinNameDefaultUseAlternateUseNotes1GXD2-3.3V3Tx-Etkernet425Tx-6壯-7INKSACT9PEOInputOutputVOStrobe10AJOTunerCOTC1KFINTOQRD1B10PEIInputOutputVQStrobeIIA21TunerC1RXDRCLKFINTIQRD1AInputCiptuie11PE2InputOutputVOStrobe12A22TimerC2TXFDRIQOQRD2B12PE3IcpwOutputIOStrobe13A23TunerC3RXC.KXF'SCLKDDREQ]QRD2AInpurCaptuie13PE5InputOutputIrOStrobe15INTIPWMlRXBRCLKEInputCapme表2-1-2引腳功能說明表PinPinNameDefaultUseAlternateUseNotes14PE6Input'OutputIOStroX16TKEDREQOSerialPortE15PE7InputOutputIOSttobe17PXTM3RXA--RXESCLKCDREQLInputCapture16RESETJNInputInputtoResetGenerator17PDOInput'OutputIOStrobe10TinnerCODSINTOSCLWTCLKFQRD1BISPD1Input'OutputIA6IOStrobeILTimerClD9INTIRXDRCUCFQRD1AInputCaptme19PD2Input'OutputIOStrobe12TinnerC2DIGDREQOTXFSCLKCQRD2BSerialPortF20PD3Input'OutputIA7IOSttobe13TimerC3DllDREQLRXC1OTQRD2AInputCapture

表2-1-3引腳功能說明表PinPinNameDefaultUseAItemateUseNotes21PCOInputOutputTXDI'OStrobe10TunerCOTCLKTSenalPortD22PCIInputOutputRXD-TXDI/OStrobeIITinierClRCLKFInputCapture23PC2InputOutputTXCTXFI/OStrobe12TimerClSenalPortC24PC3InputOutputRXCCTXCRXFI/OStrobe13TimerC325PC4InputOutputTXBI'OStrode14PWMOSenalPoitB26PC5Inp-utOutputRXBTXBI/OStrode15PWM127PBOInputOrxtputSCLKBExternalI'OAddressIA6SCLKB2SPRESETitesetoutputResetinputResetoutputfi-omResetGenjeratororexternalresetLnput29PB2InpxitOxitput■SUTtExternal10AddiesLAO30PB3InputOxitput?SRDExternalIOAddressIA131PB4InputOutputSAOExternalIOAddressLA232PBSInput'OrrtputSAIExternalI'OAddressIA333PB6InputOxitputscsExternalIOAddressIA42.3傳感器的選擇對于煤氣報(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*不/iL*o

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(shí)際應(yīng)用和成本性價比,本設(shè)計(jì)一氧化碳?xì)怏w傳感器選擇了NG-C0-001型電化學(xué)一氧化碳?xì)怏w傳感器，其詳情如下⑷：NG-C0-001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(jì)，使其具有長壽命、高靈敬度、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；氣體訃量器具；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-C0-001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+H：O二C02+2H++2H對電極： 0：+4H'+4e=2H:0總反應(yīng)： 2C0+0:=2C0: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2-9圖2-9電化學(xué)傳感器原理圖（2）傳感器基本結(jié)構(gòu):SensingElectrodeCurrentCollectorsCounterElectrode圖2-10電化學(xué)氣體傳感器典型構(gòu)造ElectrolyteSensingElectrodeCurrentCollectorsCounterElectrode圖2-10電化學(xué)氣體傳感器典型構(gòu)造Electrolyte氣體傳感器山工作電極、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鉗、金、銀、錯、碳、

釘、鋰等，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(jìn)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。CapillaryDiffusionBarrier（3） 電化學(xué)氣體傳感器優(yōu)點(diǎn)：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(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：XG-C0-001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(jì)，使其具有長壽命、高靈墩度、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(jì)?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。圖2-11工作及保存條件：工作溫度工作濕度保存環(huán)境溫度工作溫度工作濕度保存環(huán)境溫度工作氣壓20—50°C15—90%RH0—20°Clatm土10%保存期限6個月以內(nèi)密閉容器檢知對象氣體測定范圍輸出電流重復(fù)性誤差響應(yīng)時間(t90)—氧化碳0一lOOOppm40±10nAppm±2%〈30秒圖2-12靈敏度施L100.1I10 100 1000 圖2-12靈敏度施L100.1I10 100 1000 1O0CO氣體濃應(yīng)(ppm)圖2-13基準(zhǔn)線位移(-20—50°C) <100ppm2.3.2氫氣傳感器的選擇TGS822TF傳感器因裝有活性炭過濾器，消除了雜質(zhì)氣體的影響，對有機(jī)溶劑或其他揮發(fā)性氣體的靈敏度低，而對氫氣和一氧化碳的靈敬度高，非常適合用于檢測人工煤制氣。在這里我們主要他對對氫氣的檢測功能能。右圖是典型的靈敬度特性，全部是在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下得出的結(jié)果?？v坐標(biāo)以傳感器電阻比(Rs/Ro)表示，Rs,Ro的定義如下：Rs=不同濃度氣體中的電阻值Ro=1000ppm—氧化碳中的電阻值基本測試回路：此傳感器需要施加2個電壓：加熱器電壓(VH)和回路電壓(VC)o這個VH用于維持敬感素子處于與對象氣體相適應(yīng)的特定溫度而施加在集成的加熱器上。VC則是用于測定與傳感器串聯(lián)的負(fù)載電阻(RL)上的兩端電壓(VRL)o這種傳感器具有極性，所以VC需用直流電源。只要能滿足傳感器的電性要求，VC和VH可以共用同一個電源電路。為了將判定值水平最佳化，并使敬感素子的功耗(PS)低于15mW的限度值，需要選擇RL的值。管腳連接:

1或3：傳感器4或6：傳感器2 :加熱器型 號TGS822TF棗r類型8點(diǎn)列型 號TGS822TF棗r類型8點(diǎn)列標(biāo)準(zhǔn)封裝型料和金屬網(wǎng)外裝活件窩過虢器對彖氣體人工煤制氣中氧氣檢測范麗200—5.000ppm標(biāo)準(zhǔn)冋路條件丿川熱器電圧VH5.0±0.2VDC/AC回路電壓VCMAX24VPs^15mW負(fù)較電阻RL可變Ps^15mW標(biāo)準(zhǔn)試駿條件卜?的電學(xué)特性加熱器業(yè)唄RH38土3.0Q（宅汎〉加貽器功耗PH660±55mWVH=5.0V傳感器電陽Rs300ppmX氣中1?12KQ靈敏皮（Rs的變化率）Rs(H2:300ppm)0.4?0.63—s Rs(H2:100ppm)標(biāo)準(zhǔn)試於條件試艙氣體條件20土20 65±5%RH冋路條件VC=10.0±0.1VDC/ACVH=50士005VDC/ACRL=100KQ士1%険熱時間7天以I:<—25圖2-15規(guī)格結(jié)構(gòu)及尺寸2.3.3烷類傳感器的選擇TGS813傳感器對中烷、丙烷、丁烷的靈敏度高，對天然氣、液化氣的監(jiān)視也很理想。這種傳感器可檢知多種可燃?xì)怏w，所以是對各種應(yīng)用方式都很優(yōu)越的低成本傳感器。這里我們主要利用他對烷類氣體的檢測。圖2-16靈敏度特性:0.1!0011?010000氣體濃(ppm)圖0.1!0011?010000氣體濃(ppm)圖2-17靈敏度特性烷烷毋丁氣甲乙異氫右圖是典型的靈敏度特性，全部是在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下得出的結(jié)果?？v坐標(biāo)以傳感器電阻比（Rs/Ro）表示，Rs,Ro的定義如下：Rs=不同濃度氣體中的電阻值Ro=1000ppm甲烷中的電阻值基本測試回路與上面的氫氣傳感器類似。結(jié)構(gòu)及尺寸：型 號TGS813京子類型8系列標(biāo)準(zhǔn)封裝卑料、SUS雙亜金屬網(wǎng)對彖氣仲町燃性氣體檢測范1刊500^10.000ppm杯準(zhǔn)冋路條fl加熱器電爪VH5.0±0.2VDC/AC冋路電壓VCMAX24VPs5i5mW負(fù)我電狙RL可變Ps^15mW標(biāo)血爲(wèi)條件卜的電學(xué)特性加熱器電阻RH30士30P（室溫〉加熱器功耗PH835±90mWVH=5.0V傳感器電阻Rs甲烷1000ppm屮5-15KQ靈觸說（Rs的變化率）Rs(CH4.3000ppm)06+005 _Rs(CH4:1000ppm)杯準(zhǔn)試船條件試於氣體條件20±2-C. 65±5%RH回路條件VC=10.0+01VDC/ACVH=5.0±0.05VDC/ACRL=4.0KU±1%預(yù)熱時間7天以上圖2-18規(guī)格結(jié)構(gòu)及尺2.4儀表放大器的選擇AD623是一個集成單電源儀表放大器，它能在單電源（+3V至IJ+12V）下提供滿電源幅度的輸出。AD623允許使用單個增益設(shè)置電阻進(jìn)行增益編程，以得到更好的用戶靈活性，且符合8引腳的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)引腳配置[13]o在無外接電阻條件下，AD623被設(shè)置為單位增益（G二1）,在接入外接電阻后，AD623可編程設(shè)置增益，其增益最高可達(dá)1000倍。

AD623通過提供極好的隨增益增大而增大的交流共模抑制比（ACCMRR）而保持最小的誤差。線路噪聲及諧波將山于共模抑制比（CMRR）在高達(dá)200Hz時仍保持恒定而受到抑制。AD623具有較寬的共模輸入范圍，它可以放大具有低于地電平150mV共模電壓的信號，雖然AD623是按照工作于單電源方式進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計(jì)，但當(dāng)它工作于雙電源（土2.5V至土6.0V）時，仍然能提供優(yōu)良的性能。低功耗（3V時1.5mW）>寬電源電壓范圍、滿電源幅度輸出，使AD623成為電池供電應(yīng)用的理想選擇。在低電源電壓下工作時，滿電源幅度輸出級使動態(tài)范圍達(dá)到最大。AD623可取代分立的儀表放大器設(shè)計(jì)，且在最小的空間內(nèi)提供很好的線性度、溫度穩(wěn)定性和可靠性。AD623出現(xiàn)以前，儀表放大器的性能都達(dá)不到如此水平[13]o主要特點(diǎn)：便于使用，性能優(yōu)于分立設(shè)計(jì)，單電源或雙電源工作，滿電源幅度輸出輸入電壓范圍擴(kuò)展至低于地150mV（單電源），低功耗，最大575UA電源電流。+vOUTPUTREF單個外接電阻增益設(shè)置：增益范圍1（無外接電阻）到1000c高精度DC性能：+vOUTPUTREFTOC\o"1-5"\h\z0.1%增益誤差（G二1） 匚rg」0.35%增益誤差（G>1） r*IN225ppm增益漂移（G=l） ；200uV最大輸入失調(diào)電壓（AD623A） 5L2nV/°C最大輸入失調(diào)漂移（AD623A） 隹100uV最大輸入失調(diào)電壓（AD623B）1PV/°C最大輸入失調(diào)漂移（AD623B） 圖2T825nA最大輸入偏置電流噪聲:35nV/Hz針對輸入端（RTI）噪聲@lkHz（G=l）良好的AC特性：最小90dB共模抑制比（CMRR）最小84dB共模抑制比（CMRR）（@60Hz,lk非平衡信號源）(G=10)(G二5)800kHz帶寬(G=l)到終值0.01%的建立時間20Ps(G二10)引腳排列極限參數(shù)如下：電源電壓內(nèi)部功率耗散差分輸入電壓±6V650mW±6V輸出短路持續(xù)時間 不確定儲存溫度范圍（\,R,RM） -65°C至+125°C工作溫度范圍：AD623A -40°C至+85°C引腳溫度范圍（焊接，10秒）+300°C2.5A/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12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）o它被廣泛運(yùn)用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中［2］。TLC2543是12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/OCLK）及地址數(shù)據(jù)輸入端（DATAINPUT）o它還可以通過一個串行的3態(tài)輸出端（DATAOUT）與主處理器或其它外圉的串行口通訊，輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。通過編程器件的DATAINPUT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［%f+,Vref-,（匕甲+%J/2］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（二進(jìn)制）或雙極性（二進(jìn)制補(bǔ)碼）格式。其特點(diǎn)有：1） 12bit分辨率A/D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66kb/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(jì)1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(jìn)行數(shù)據(jù)分析。山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個性質(zhì)不同的傳感器，對其進(jìn)行分別處理。NG-C0-001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(jìn)行精密的單項(xiàng)檢測。其他2種傳感分別對其中2類的可燃?xì)怏w進(jìn)行檢測。對RCM5700植入軟件程序后，控制整個電路的運(yùn)行?？諝庵械臍怏w濃度信號同時進(jìn)入主芯片，主芯片對其進(jìn)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(dá)到設(shè)定的任意一個危險(xiǎn)區(qū)域（包括可燃?xì)怏w濃度危險(xiǎn)區(qū)和毒性氣體濃度危險(xiǎn)區(qū)）值時，主控芯片將輸出信號驅(qū)動報(bào)警，控制顯示器顯示出相應(yīng)空氣質(zhì)量等級即為“差”，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲響，報(bào)警LED發(fā)光，同時控制電磁閥關(guān)閉。以讓監(jiān)控人員進(jìn)行處理。故障排除后，報(bào)警完畢自動回到警戒狀態(tài)，等待下一次報(bào)警。電源信號放大器信號放大器信號放大器電源信號放大器信號放大器信號放大器系統(tǒng)采用模塊化設(shè)汁。所謂的模塊化設(shè)計(jì)，簡單地說就是程序的編寫不是開始就逐條錄入汁算機(jī)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(bào)警器內(nèi)提供備用電源，在沒有市電的悄況下，交直流供電自動切換，確保系統(tǒng)在停電時能繼續(xù)工作。3.2系統(tǒng)硬件電路?II--?I~H-l L—1-?1十I…卜卜卜I三二|=Grf-3T十H十I」十l￡i含巻窈3羽談也耳憑巧as諄豈§于呂巧廊□呂殳戸爰護(hù)SXSiSixSSi[?■*.*??1?II--?I~H-l L—1-?1十I…卜卜卜I三二|=Grf-3T十H十I」十l￡i含巻窈3羽談也耳憑巧as諄豈§于呂巧廊□呂殳戸爰護(hù)SXSiSixSSi[?■*.*??1T—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)。V—??9or?；Ff9卜含去*左女龍總主査養(yǎng)出產(chǎn)諄▽—*■-圖3-2系統(tǒng)總體硬件原理圖使用RabbitRCM5700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PAO、PA2、PA4、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RXDo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。3.3信號采集放大電路的設(shè)計(jì)山于氣體傳感器釆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(jìn)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(jì)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]oAD623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二1+lOOkQRti,其中G可達(dá)1000,從而給用戶帶來了極大方便。其輸入共模范圉很寬，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(±2.5?±6.0)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(diǎn)。在本設(shè)計(jì)中，采用恒壓供電方式為氣體傳感器供電，且在正常使用中釆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)中同時接地即可。

圖3-3信號采集放大電路illAD623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，氣體傳感器與電阻R34、R35和R39構(gòu)成電橋釆集信號，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111LM324輸出決定，曲于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。Q］、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。

LM324系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標(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，(同相輸入端)管腳連接圖圖3-43.4運(yùn)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(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)放后信號送入A/D轉(zhuǎn)換器。圖3-5中AINO—AIN10為模擬輸入端；/CS為片選端；DI\為串行數(shù)據(jù)輸入端；DOUT為A/D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(同相輸入端)管腳連接圖圖3-43.4運(yùn)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(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)放后信號送入A/D轉(zhuǎn)換器。圖3-5中AINO—AIN10為模擬輸入端；/CS為片選端；DI\為串行數(shù)據(jù)輸入端；DOUT為A/D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I/O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。AIN0-AIX10：11路模擬量輸入引腳。CS：片選端，山高到低有效，由外部輸入。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束端，向外部輸出。AIN0AIN1A1K2,AIN3AIN4AIN5AIN6AIN72345671098765437EOCCLKDINDOUTREF+REF?AIN10AIN9圖3-5TLC2543I/0CLOCK：控制輸入輸出的時鐘，由外部輸入。DATAINPUT：控制字輸入端，用于選擇轉(zhuǎn)換及輸出數(shù)據(jù)格式。DATAOUT：A/D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/OCLOCK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(jìn)入I/O周期后同時進(jìn)行兩種操作。在I/OCLOCK的前8個脈沖的上升沿，以MSB前導(dǎo)方式從DATAINPUT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/OCLOCK脈沖的下降沿開始對所選信號進(jìn)行采樣，直到最后一個I/OCLOCK脈沖的下降沿。I/O周期的時鐘脈沖個數(shù)與輸出數(shù)據(jù)長度（位數(shù)）同時山輸入數(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,DATAINPUT無效。在DATAOUT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，則笫一個輸出數(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)位均山后續(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/OCLOCK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(jìn)行逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換，其工作山與I/OCLOCK同步的內(nèi)部時鐘控制。轉(zhuǎn)換完成后EOC變高,轉(zhuǎn)換結(jié)果鎖存在輸岀數(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(jìn)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(jì)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0.1nF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10UF的鈕電容，這樣能夠減小噪聲的影響。（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。3.5RCM5700內(nèi)置看門狗的利用山于需要通過A/D轉(zhuǎn)換器對來自于氣敏傳感器的各種模擬量進(jìn)行多次采樣，外部干擾有可能會影響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(jìn)入死循環(huán)造成系統(tǒng)失效，111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(jì)液晶屏采用1602液晶屏（單+5V電源供電）1602釆用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：第1腳：VSS為地電源第2腳：YDD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，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(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)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7?14腳：D0?D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15?16腳：空腳RCM5700與1602顯示屏的接口，本設(shè)訃釆用直接訪問方式接口電路。

3.7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是由美國電子工業(yè)協(xié)會（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（ElectronicIndustryAssociation）代表美國電子工業(yè)協(xié)會，其中RS是RecommendedStandard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(jī)械、電氣特性、信號功能及傳送過程?，F(xiàn)在，訃算機(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1?2個標(biāo)準(zhǔn)RS-232C串口，即通道C0H1和COM2。具體的RCM5700配置情況可以參考3-1。表3-1RCM5700配置情況DefciultRCM5700SignalHeaderSerialPortConnectedviaAlternateConnectionHeaderPinsHeaderPinPCOJ3SerialPortJD(KS?2弓2)JP51-2JPG1PCI3-42PC2J3/J4XSerialPortC(RS-232)5-63PC37-84PE6JSSerialPortE(RS-232)JP81-2IPP1PE73—42PCMJS/J6*SerialPortB(RS-232)5-63PC57-S4PDO—JP111-2JP121PD1JI-FlowEnable3—42PD2SerialPortF(RS?485)5-63PD37-8■1

i14C24119TimR2outRlcutT2in丁loutR2inRlinT2out217—二C3f40?LLECrxCl其中電平轉(zhuǎn)換芯片釆用了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。1UFi14C24119TimR2outRlcutT2in丁loutR2inRlinT2out217—二C3f40?LLECrxCl其中電平轉(zhuǎn)換芯片釆用了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。1UF1210圖3-7MAX232典型電路連接系統(tǒng)中電源除了+5V以外，還包括了+3.3V,其電源轉(zhuǎn)換電路釆用了芯片LT1764-3.3實(shí)現(xiàn)+5V到+3.3V的轉(zhuǎn)換，其電路連接如圖3-9所示。121213IN

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SENSELT1764-3.3+5圖3-8LT1764-3.3電源轉(zhuǎn)換電路+5本章小結(jié)：本章針對基于MiniCoreRCM5700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，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(jìn)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山主控芯片RabbitRCM5700模塊進(jìn)行控制；對系統(tǒng)主控芯片RabbitRCM5700模塊的通信進(jìn)行測試；結(jié)合系統(tǒng)軟件測試，利用硬件平臺進(jìn)行功能性檢測，最終驗(yàn)證系統(tǒng)軟硬件綜合功能的實(shí)現(xiàn)。1） 安裝DynamicC。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(yùn)作。4.1模塊的連通性調(diào)試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RabbitRCM5700模塊之間的連接、LED與RabbitRCM5700模塊之間的連接、晶振以及蜂鳴器與RabbitRCM5700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(jìn)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。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(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。同時為了保證各硬件控制性，利用主控芯片RabbitRCM5700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RabbitRCM5700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采集到的模擬輸入信號進(jìn)行正確的釆樣和轉(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(yàn)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(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(shí)驗(yàn)氣體濃度之差不超過±5%LEL。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(shí)現(xiàn)RCM5700與PC機(jī)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(jìn)行調(diào)試和測試，保證通信可以正常運(yùn)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(jìn)行功能性檢測，即驗(yàn)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(shí)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(yàn)證一氧化碳?xì)怏w綜合測試情況。首先對某一環(huán)境下的一氧化碳?xì)怏w進(jìn)行檢測，植入