【正文】 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4~20mA 信號啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)閥體轉(zhuǎn)角為 0~90176。 第 15～ 16 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。 、 RCM5700 內(nèi)置看門狗的利用 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(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。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 DATA OUT 端串行輸出 12 或 16 位數(shù)據(jù)。 DATA OUT： A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出端。 GND：正電源地。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。 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。 、信號采 集放大電路的設(shè)計(jì) 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(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 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計(jì)算機(jī)語句和指令，而是首先用主程序、子程序 、子過程等框架把氫氣傳感器 烷類傳感器 信號放大器 信號放大器 信號放大器 A/D A/D A/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 25 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)框架之間的輸入、輸出鏈接關(guān)系。 NGCO001 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。 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)、輸入 /輸出時(shí)鐘 (I/O CLK)及地址數(shù)據(jù)輸入端 (DATA INPUT)。 AD623 出現(xiàn)以前，儀表放大器的性能都達(dá)不到如此水平 [13]。 AD623 通過 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。 管腳連接 1 或 3：傳感器 4 或 6：傳感器 2 ：加熱器 5 ：加熱器 圖 圖 20 圖 、烷類傳感器的選擇 TGS813 傳感器對甲烷、丙烷、丁烷的靈敏度高，對天然氣、液化氣的監(jiān)視也很理想。在這里我們主要他圖 圖 19 對對氫氣的檢測功能能。 圖 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(dòng)器工作 5） 體積小，重量輕，作為便攜式儀器首選 18 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： NGCO001 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。 ? 配有支架 / 接頭的應(yīng)用電路開發(fā)板。 3）簡單的 C 語言程序開發(fā)和調(diào)試。 Rabbit 提供了廣泛的驅(qū)動(dòng)函數(shù)庫和例程、免費(fèi)的 TCP/IP 及其源代碼。 8 RCM5700 具備 Rabbit 5000 微處理器，工作主頻可達(dá) MHz, flash memory，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。 Mini Core 芯片選擇了 Rabbit RCM5700 模塊。 Rabbit 提供了廣泛的驅(qū)動(dòng)函數(shù)庫和例程、免費(fèi)的 TCP/IP 及其源代碼。 圖 基于 8051單 片機(jī)的實(shí)現(xiàn) 6 、基于 Mini Core 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 所示。 Inter 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。 報(bào)警系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。如日本費(fèi)加羅公司推出了檢測（ ～ 10） 10－ 6 硫化氫低功耗氣體傳感器，美國 IST 提供了壽命達(dá) 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。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，能很快確定是哪一種氣體。有的報(bào)警器可自動(dòng)開啟排風(fēng)扇，把燃?xì)馀懦鍪彝?；有的?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]。 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)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(shí)間吸入 泄露的煤氣甚至?xí)l(fā)生中毒死亡。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 NGCO001 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。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。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 2 更安全。 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。 可燃?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。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)場適用的變送器和智能型傳感器。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?；?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、測控系統(tǒng)正在走向網(wǎng)絡(luò)智能化。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。 Rabbit MiniCore 系列產(chǎn)品采用超小型 mini PCI Express 接口，具有可互相兼容的以太網(wǎng)與 WiFi 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 Rabbit 5000 微處理器。 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。 52pin 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。 有兩種類型的開發(fā)包供用戶進(jìn)行開發(fā)和測試軟件。用于下載經(jīng)編譯的 Dynamic 文件的 Rabbit Field Utility。 ? 能通過接口板對 RCM5700 進(jìn)行編程的 USB 線。產(chǎn)品組裝工藝簡化，有利的降低了產(chǎn)品成本。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。 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。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。線路噪聲及諧波將由于共模抑制比（ CMRR）在高達(dá) 200Hz時(shí)仍保持恒定而受到抑制。 22 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 575μ A 電源電流。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。其他 2種傳感分別對其中 2類的可燃?xì)怏w進(jìn)行檢測。 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。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(shí)抑制共模成分提高信號質(zhì)量 [6]。 27 圖 信號采集放大電路 由 AD623 構(gòu)成的放大電路如圖 所示。它有 5 個(gè)引出腳，其中 ―+‖、 ―‖為兩個(gè)信號輸入端，―V+‖、 ―V‖為正、負(fù)電源端， ―Vo‖為輸出端。 VREF+：正基準(zhǔn)電壓端，一般接 +5V。 TLC2543 的工作過程分為兩個(gè)周期 :I/O 周期和轉(zhuǎn)換周期。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。 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) 的陶瓷電容連接到地，用作去耦電容。 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，使其復(fù)位端保持無效。 圖 主控制器與顯示屏的接口設(shè)計(jì) 32 、氣體自動(dòng)控制閥的原理 臺灣 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。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。 表 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)。 3）植入軟件程序，檢測無誤后，將驅(qū)動(dòng)各功能運(yùn)作。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。 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。 r13=5010670/100=103 r1= 213212211 rrr ?? ≈103 A/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?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自基準(zhǔn)電壓，其 37 誤差大小為 r21=3010670/=104 本系統(tǒng)采用的是 12 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以計(jì)算出 r22=1/212=1 04 r2= 222221 rr ? ≈104 系統(tǒng)誤差 r= 2221 rr ? ≈103 由于 r1%，所以此系統(tǒng)的測量精度在理論上算滿足要求。 就在當(dāng)前亞洲金融風(fēng)暴使經(jīng)濟(jì)形勢出現(xiàn)低迷的情況下 ,電子產(chǎn)品要找到新的增長點(diǎn)，唯一的出路是數(shù)字化。在整個(gè)論文的選題、理論研究、需求分析、總體設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)的過程中，自始至終得到了導(dǎo)師劉林泉老師的悉心指導(dǎo)和深切關(guān)懷。還有一只在身邊支持的我組 員和同學(xué)， 在我遇到問題時(shí)，他們都盡心為我解答，如果遇到我們都不熟悉的問題，他們都和我一起動(dòng)手解決。 38 參考文獻(xiàn) [1]余錫存、曹國華，《單片機(jī)原理及接口設(shè)計(jì)》第二版，西安電子科技大學(xué)出版社 2021 [2]侯建華 ， 基于 TLC2543L 的 A／ D 轉(zhuǎn)換模板的設(shè)計(jì) [J]， 機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新， [3]顏克華 、 蘇開才 ， 串行 A/D 轉(zhuǎn)換器 TLC2543 與 80C196 的接口及編程 [J]， 電子質(zhì)量， [4 NGCO001CO sensor， 2021 [5]劉艷玲 ， 采用 MAX232實(shí)現(xiàn) MCS—51單片機(jī)與 PC機(jī)的通信 [J]， 天津理工學(xué)院學(xué)報(bào)， [6]周世龍，單電源供電運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)方法，電子工程師， 2021， 31 [7]丁國駿，陳敏，《圖解電子電路》，科學(xué)出版社， 2021 [8]王猛，姜旭，可燃?xì)怏w報(bào)警器計(jì)量檢定現(xiàn)狀與發(fā)展，沈陽市能源標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量所， 2021 [9]高吉祥，《數(shù)字系統(tǒng)與自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，電子工業(yè)版社， 2021 [10]謝自美，《電子線路綜合設(shè)計(jì)》，華中科技大學(xué)出版社， 2021 [11]謝自美，《電子線路設(shè)計(jì) 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(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行了分析對比，并最終選擇了基于 MiniCore RCM5700 模塊的實(shí)現(xiàn)方案。 、系統(tǒng)誤差分析 放大電路的誤差 r1 的計(jì)算。 5%LEL。 按照逐級