【文章內(nèi)容簡介】 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 每個器件有三個控制輸入端：片選 (CS)、輸入 /輸出時鐘 (I/O CLK)及地址數(shù)據(jù)輸入端 (DATA INPUT)。它還可以通過一個串行的 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 [ ?REFV , ?REFV ,? ? 2/?? ? REFREF VV ]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 ( 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。其特點有： 1) 12 bit 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 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)長度。 二、基于 RCM5700 的系統(tǒng)電路設(shè)計 系統(tǒng)硬件電路總體設(shè)計 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。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)計中才用了 3 個性質(zhì)不同的傳感器，對其進(jìn)行分別處理。 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。 空氣中的氣體濃度信號同時進(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)定的任意一個危險區(qū)域（包括可燃?xì)怏w濃度危險區(qū)和毒性氣體濃度危險區(qū)）值時，主控芯片將輸出信號驅(qū)動報警，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，報警完畢自動回到警戒狀態(tài)，等待下一次報警。 圖 系 統(tǒng)原理框圖 系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計。所謂的模塊化設(shè)計，簡單地說就是程序的編寫不是開始就逐條錄入計算機(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 A/D A/D 晶振 串口 RCM5700 蜂鳴器 顯示器 電磁閥 報警燈 其他擴(kuò)展 CO 傳感器 信號放大器 A/D 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，交直流供電自動切換，確保系統(tǒng)在停電時能繼續(xù)工作。 信號采集放大電路的設(shè)計 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。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]。 AD623 的主要特點是：使用一只外接電阻設(shè)置增益 G，計算公式為 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（ +~ +12V）能達(dá)到最佳性 能。但雙電源供電（ 177?！?177。）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。 在本設(shè)計中，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)計中同時接地即可。 由 AD623 構(gòu)成的放大電路如圖 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 R3 R35 和 R39 構(gòu)成電橋采集信號，直流 + 電壓用過LM324 同相輸入端獲得一個穩(wěn)定的輸出電壓， Q1 的通斷由 LM324 輸出決定，由于 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 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。該