【基于單片機(jī)的甲烷氣體檢測(cè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)案例3300字】

)PIC16F1937單片機(jī)控制電路單片機(jī)最小系統(tǒng)電路是系統(tǒng)中最核心的部分，其承擔(dān)著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理任務(wù)，并且控制著各部分程序的執(zhí)行。引腳鏈接圖如圖4.3所示。圖4.3PIC16F1937引腳連接圖電源電路本文設(shè)計(jì)儀器為了提高其便攜性，采用三節(jié)1.5V干電池串聯(lián)供電，供電電壓可達(dá)4.5V，采用穩(wěn)壓模塊控制輸入電壓的波動(dòng)范圍，將輸入電壓控制在合適的范圍之內(nèi)，且該模塊還能夠?qū)⑤斎腚妷航祲褐疗渌骷枰?V恒壓值。還在電源和地之間增加了濾波電容，保護(hù)電源的安全。由其特殊的制作材料以及制作工藝降低了重量減小了體積。故此其效率很高。本系統(tǒng)的電源電路原理圖如圖4.4所示。圖4.4電源電路TLC27L4ID高性能運(yùn)算放大器是一種高增益的電壓放大器，它的工作狀態(tài)為直流耦合差動(dòng)輸入，因此功耗較低，通常情況下為單端輸出。本文設(shè)計(jì)儀器由甲烷傳感器檢測(cè)到模擬信號(hào)后由轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，在通過(guò)放大小信號(hào)再進(jìn)行下一步處理。若在正常工況下，即空氣中時(shí)，輸出值為零，則設(shè)備工作正常，此時(shí)若設(shè)別檢測(cè)到待檢測(cè)氣體組分并經(jīng)過(guò)差分放大后，輸出的電壓值在0~4.96V之間。本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的運(yùn)算放大器電路如圖4.5所示。圖4.5運(yùn)算放大器電路圖DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)使用DS1302為時(shí)鐘芯片，它具有較高的工作性能且工作能耗較低，該器件自帶內(nèi)部存儲(chǔ)器，能夠保存自身的計(jì)時(shí)信息，該器件所需要的觸發(fā)最低電壓在2.5V最高不超過(guò)5.5V。其帶有串行通信接口，能夠與主控芯片進(jìn)行通信。該器件進(jìn)行通信需要復(fù)位和串行I/O等三個(gè)I/O引腳，其一次能夠發(fā)送多數(shù)據(jù)位的時(shí)鐘信號(hào)。設(shè)備工作時(shí)，復(fù)位引腳接受到一個(gè)單位的邊沿變化就會(huì)觸發(fā)一次數(shù)據(jù)傳輸。器件數(shù)據(jù)的謝榮和數(shù)據(jù)的讀取分別在邊沿變化的前后執(zhí)行，在邊沿上升前進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫操作，在邊沿下降后進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀操作。另外，需要外接時(shí)鐘震蕩電路，通過(guò)X1X2引腳與外部晶振相連接，由外部晶振提供震蕩信號(hào)?？梢杂糜诟信d趣數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄。系統(tǒng)能夠?qū)υ摃r(shí)鐘芯片初始化和讀寫等操作，且系統(tǒng)可以通過(guò)按鍵將始終信息展示到數(shù)碼管上。系統(tǒng)時(shí)鐘電路原理圖如圖4.6所示。圖4.6DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路圖DS18B20溫度傳感器本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)通過(guò)采集工作環(huán)境的溫度值，該器件的測(cè)量輸出值能夠直接被主控部分所處理和使用，故使用簡(jiǎn)單，占用空間小，測(cè)量范圍能夠達(dá)到使用要求，占用接口較少等。DS18B20僅使用單信號(hào)線即可完成與MCU的信號(hào)傳輸，且在實(shí)際使用過(guò)程中不必增加其他外圍元件。本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的DS18B20電路圖如圖4.7所示。圖4.7DS18B20電路圖聲光報(bào)警電路本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)在工作時(shí)能及時(shí)的檢測(cè)到環(huán)境中甲烷氣體含量并在濃度超過(guò)一定閾值時(shí)進(jìn)行提示，系統(tǒng)通過(guò)聽覺和視覺的多維度多信號(hào)方式進(jìn)行報(bào)警。系統(tǒng)工作中會(huì)對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理得到標(biāo)準(zhǔn)化的輸入值，將該值與單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)的設(shè)定閾值進(jìn)行對(duì)比，如果檢測(cè)值高于系統(tǒng)的設(shè)定上限，則系統(tǒng)立即發(fā)出信號(hào)報(bào)警。其中，聽覺部分采用無(wú)源蜂鳴器實(shí)現(xiàn)該功能，其對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)要求不高，且不需要獨(dú)立電源供電并且能夠發(fā)出高頻的提示音，具有很強(qiáng)的識(shí)別性。而光報(bào)警信號(hào)則是通過(guò)發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)的，發(fā)光二極管在接收到了報(bào)警要求時(shí)不斷閃爍以起到報(bào)警作用。報(bào)警電路的可靠實(shí)現(xiàn)需要驅(qū)動(dòng)三極管的支撐，本文采用一種開關(guān)三極管，當(dāng)達(dá)到三極管導(dǎo)通條件時(shí)，蜂鳴器以及發(fā)光二極管則會(huì)發(fā)出各自的報(bào)警信號(hào)。本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的聲光報(bào)警電路圖如圖4.8所示。圖4.8聲光報(bào)警電路圖LED數(shù)碼管電路本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用的顯示部件是以發(fā)光二極管為基礎(chǔ)的LED數(shù)碼管，其由八個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成。當(dāng)某個(gè)二極管的陽(yáng)極處于搞點(diǎn)平時(shí)，對(duì)應(yīng)二極管被點(diǎn)亮，本文采用的是共陰極數(shù)碼管，其內(nèi)部發(fā)光二極管的陰極被連接到一起并連接到低電平點(diǎn)。數(shù)碼管顯示內(nèi)容可以通過(guò)字段表編碼查詢，一般可以通過(guò)軟件生成需要顯示的內(nèi)容程序。本文使用的數(shù)碼管僅做顯示數(shù)字用，故僅表示出0~9十個(gè)數(shù)字即可。本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的LED數(shù)碼管引腳圖如4.9所示。圖4.9LED數(shù)碼管引腳圖鍵盤電路本系統(tǒng)中應(yīng)用的是獨(dú)立機(jī)械按鍵，其優(yōu)點(diǎn)在于物理結(jié)構(gòu)清晰，程序編寫簡(jiǎn)單，但是由于其每個(gè)按鍵需要一個(gè)接口，因此會(huì)占用大量單片機(jī)I/O引腳，每個(gè)引腳互相獨(dú)立，按鍵信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生干擾。通過(guò)循環(huán)掃描方式判斷按鍵是否被激活，本系統(tǒng)中模式選擇按鍵與RB0口相連，左移、加一、確認(rèn)按鍵分別與RB1、2、3口相連接。當(dāng)端口處于低電平時(shí)，表示與其連接按鍵被觸發(fā)。本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)鍵盤電路圖如圖4.10所示。圖4.10鍵盤電路圖在線串行變成ICSP模塊由于本系統(tǒng)采用便攜式設(shè)計(jì)，故系統(tǒng)預(yù)留了在線編程接口以及變成模塊。在變成模式下，要經(jīng)過(guò)串行通信對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行程序編寫燒錄。