【正文】 畢 業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 33 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(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(wú)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 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) 。 、 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。同時(shí)為了保證各硬件控制性，利用主控芯片 Rabbit RCM5700 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。 西南科 技大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 34 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(guò)177。 、 系統(tǒng)軟硬件綜合性能測(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)，即驗(yàn)證系統(tǒng)軟硬件綜合測(cè)試正常。首先對(duì)某一環(huán)境下的一氧化碳?xì)怏w進(jìn)行檢測(cè)，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(guò)一些特殊手段，改變環(huán)境的一氧化碳?xì)怏w含量，同時(shí)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(dá)到一定限制值時(shí)，報(bào)警電路是否可以正常報(bào)警。V/℃；放大倍數(shù) G1 是有 %的偏差。70 /(179。103 – 20179。 r13=50179。10 3 A/D 轉(zhuǎn)換的誤差 r2 主要來(lái)自參考電源和 A/D 轉(zhuǎn)換的量化誤差，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)的參考電壓是系統(tǒng)的電源電壓，波動(dòng)比較大，所以本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)事增加了一路由 構(gòu)成的基準(zhǔn)電壓， A/D 轉(zhuǎn)換參考電壓源的誤差主要來(lái)自基準(zhǔn)電壓，其誤差大小為 r21=30179。10 4 r2= 222221 rr ? ≈179。 通過(guò)查閱大量資料，本文提出了幾種可行性方案， 對(duì)硬件電路的實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行了分析對(duì)比， 并最終選擇了基于 MiniCore RCM5700 模塊的實(shí)現(xiàn)方案。 在現(xiàn)代電子科技的高速發(fā)展過(guò)程中，微型化、集成化、高密度化以及設(shè)備的高精度化已經(jīng)成為一種長(zhǎng)期的趨勢(shì)，這就要求我們力求使用更精確的設(shè)備。 西南科 技大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 37 致 謝 兩年半 的讀書(shū)生活在這個(gè)季節(jié)即將劃上一個(gè)句號(hào)，而于我的人生卻只是一個(gè)逗號(hào)，我將面對(duì) 新的 征程。您治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，思想深邃，視野 遼 闊，為我營(yíng)造了 一種良好的 學(xué)習(xí) 氛圍。 實(shí)驗(yàn) 178。 在此讓我 感謝所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過(guò)我的良師益友和同學(xué) ， 感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計(jì)的環(huán)境，以及在設(shè)計(jì)中被我引用或參考的論著的作者。 偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻(xiàn)給一位平凡的人，我的 老 師。 就在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)形勢(shì)出現(xiàn)低迷的情況下 ,電子產(chǎn)品要找到新的增長(zhǎng)點(diǎn)，唯一的出路是數(shù)字化。其可靠性和穩(wěn)定性都達(dá)到了很好的效果。10 3 由于 r1%，所以此系統(tǒng)的測(cè)量精度在理論上算滿足要求。70 /=179。70 /100=179。70)+1 – 100]/100≈179。10 3 AD623 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Δ西南科 技大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 35 T=70℃，由 AD623 的 增益公式 G=1+100k?/Rti，可得 r12=[100179。 假設(shè)系統(tǒng)工作環(huán)境的溫度變化Δ T=70℃，由其失調(diào)電壓漂移可以計(jì)算出 r11=1179。根據(jù) AD623 的特征可知，其輸入失調(diào)電壓為 100181。并實(shí)現(xiàn)各部分功能的綜合測(cè)試。 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) 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。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。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。 2）將 RCM5700 模塊安裝在接口板上，用 USB 電纜連接接口板和電腦。 西南科 技大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 32 圖 310 針對(duì) 基于 MiniCoreCM5700 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) 。具體的 RCM5700配置情況可以參考表 38。 電磁閥與 RCM5700 的連接如下 圖 37。 從而打開(kāi)和關(guān)閉閥門(mén)，電動(dòng)執(zhí)行器可搭配大部份之閥門(mén)，安裝配套容易。 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。 圖 36 主控制器與顯示屏的接口設(shè)計(jì) 、 氣體自動(dòng)控制閥的原理 臺(tái)灣 SUN YEH 電動(dòng)閥門(mén) 它是 一種直角回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，它與閥門(mén)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。當(dāng) RS 和 RW共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)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(xiě)入數(shù)據(jù)。 但 RCM5700 自帶有看門(mén)狗 ，看門(mén)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(mén)狗發(fā)出一個(gè)復(fù)位信號(hào)，使其復(fù)位端保持無(wú)效。 （ 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(kāi)，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。 在設(shè)計(jì)制作時(shí)要注意如下 3 個(gè)問(wèn)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) 的陶瓷電容連接到地，用作去 耦電容。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(gè)I/O 周期輸出。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。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(kāi)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。 TLC2543 的工作過(guò)程分為兩個(gè)周期 :I/O 周期和轉(zhuǎn)換周期。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束端，向外部輸出。 VREF+：正基準(zhǔn)電壓端，一般接 +5V。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。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。 西南科 技大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 25 圖 33 信號(hào)采集放大電路 西南科 技大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 26 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。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 由 AD623 構(gòu)成的放大電路如圖 33 所示。單電源供電（ +~ +12V）能達(dá)到最佳性能。 、 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(guò)放大電路放大，之后方可進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 可燃?xì)怏w傳感器輸出的模擬量經(jīng)過(guò)放大電路放大后，再經(jīng)過(guò) AD 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，數(shù)據(jù)西南科 技大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 24 采用串行方式與 RCM5700 模塊連接，其中 RCM5700 模塊中 PA0、 PA PA 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。 所謂的模塊化設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是程序的編寫(xiě)不是開(kāi)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(guò)程等框架把軟件的主 要結(jié)構(gòu)和流程描述出來(lái)，并定義和調(diào)試好各個(gè)框架之間的輸入、輸出鏈接關(guān)系。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。NGCO001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)。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 ( 12 或 16 位 )、輸出數(shù)據(jù)的順序 (以 MSB開(kāi)始或 LSB 開(kāi)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。 TLC2543 是 l2 位開(kāi)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)、輸入 /輸出時(shí)鐘 (I/O CLK)及地址數(shù)據(jù)輸入端 (DATA INPUT)。 6V 內(nèi)部功率耗散 650mW 差分輸入電壓 177。 AD623 出現(xiàn)以前，儀表放大器的性能都達(dá)不到如此水平 [14]。 ）時(shí)，仍然能提供優(yōu)良的性能。 AD623 通過(guò)提供極好的隨增益增大而增大的交流共模抑制比（ AC CMRR）而保持最小的誤差。 縱坐標(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(cè)試回路與上面的氫氣傳感器類(lèi)似。 1或 3：傳感器 4或 6：傳感器 2 ：加熱器 5 ：加熱器 圖 213 圖 212 西南科 技大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 18 圖 214 、 烷類(lèi)傳感器的選擇 TGS813 傳感器 如圖 215 對(duì)甲烷、丙烷、丁烷的靈敏度高，對(duì)天然氣、液化氣的監(jiān)視也很理想。這種傳感器具有極性，所以 VC 需用直流電源。 圖 211 圖 210 西南科 技大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 17 右圖 212 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。 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 0— 1000ppm 輸出電流 40177。傳感器與外部電路連接部位通過(guò)接插元件完成，利于傳感器與電子線路的兼容與互換。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。產(chǎn)品組裝工藝簡(jiǎn)化，有利的降低了產(chǎn)品成本。 圖 25 RCM5700 模塊端口說(shuō)明 RCM5700 模塊管腳功能及說(shuō)明詳見(jiàn)表 26 此次 西南科 技大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 11 西南科 技大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 12 西南科 技大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 26模塊管腳功能及說(shuō)明 西南科 技大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 14 、 傳感器的選擇 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窍到y(tǒng)重要的組成部分之一，