【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 3)MQ3 氣體傳感器的特點(diǎn) (1) 靈敏度高 (2) 快速響應(yīng)恢復(fù)特性 (3) 使用壽命長(zhǎng) (4) 穩(wěn)定性可靠 (5) 驅(qū)動(dòng)回路簡(jiǎn)單 (6) 可以抵抗 其他氣體 的干擾 (7) 具有信號(hào)輸出指示 (8) 雙路信號(hào)輸出，并具有信號(hào)輸出指示 (9) TTL 輸出有效信號(hào)為低電平 (10) 輸出電壓范圍為 05V 4)MQ3 氣體傳感器對(duì)酒精 氣體 濃度的標(biāo)定 第 6 頁 共 31 頁 傳感器 內(nèi)部 的 氣敏電阻的輸出阻值與酒精氣體濃度有關(guān)，它隨著酒精濃度 的變化而變化。如圖 33 所示，其中 : Rs 是 MQ3 酒精氣體傳感器的輸出阻值，它在不同氣體以及不同濃度下 是 不同的； R0 是 MQ3 酒精氣體傳感器在潔凈空氣中的電阻值。從圖中可以看出 Rs/R0 的值 與酒精濃度成某種關(guān)系，而 Vs 與 Rs、V0 與 R0 也都成正比，所以 Vs/V0=Rs/R0，所以 Vs/V0 與酒精濃度也成同樣的關(guān)系。通過查 看 手冊(cè)，找出了這種關(guān)系。如公式 31 所示： aleter = (V0/)/() (31) 在環(huán)境不變的情況下 V0 是一個(gè)定值，所以只需要算出 MQ3 氣體傳感器在酒精氣體環(huán)境下的輸出電壓值，就可以算出酒精氣體的濃度。 Vs 是根據(jù)公式 32算出的。 Vs= Adc_avg * / 4 096 (32) 式中的 Adc_avg 是 A/D 轉(zhuǎn)換器輸出的平均值， Vs 是傳感器在有酒精氣體環(huán)境中的輸出電壓。 圖 33 中的 Rs/R0 與酒精濃度的關(guān)系 是建立在如下環(huán)境中的： 溫度： 20176。C 相對(duì)濕度： 65% 圖 33 MQ3 的 靈敏度特性曲線 單片機(jī)介紹 在本課題中選用的單片機(jī)型號(hào)是 STM32F103VCT6，它的管腳分布如圖 34所示。 STM32 F103xxx 系列單片機(jī)的功能以及外部設(shè)備配置如表 31 所示。 第 7 頁 共 31 頁 圖 34 STM32F103VCT6 單片機(jī)管腳分布 表 31 STM32F103xx 系列單片機(jī)功能及外部設(shè)備配置 外設(shè) STM32F103Tx STM32F103Cx STM32F103Rx STM32F103Vx 閃存（ K 字節(jié) ） 64 64 128 64 128 64 128 SRAM（ K 字節(jié)） 20 20 20 20 定時(shí)器 通用 3 個(gè)（ TIM TIM TIM4） 高級(jí)控制 1 個(gè)（ TIM1） 通信接口 SPI 1 個(gè)（ SPI1） 2 個(gè)（ SPI SPI2） I2C 1 個(gè)（ I2C1） 2 個(gè)（ I2C I2C2） USART 2 個(gè) （ USART USART2） 2 個(gè) （ USART USART USART3） USB 1 個(gè)（ 全速） CAN 1 個(gè)（ 主動(dòng)） GPIO 端口 26 37 51 80 12 位 ADC 模塊 （通道數(shù)） 2（ 10） 2（ 10） 2（ 16） 2（ 16） CPU 頻率 72MHz 工作電壓 工作溫度 環(huán)境溫度： 40℃ +80℃ 封裝 VFQFPN36 LQFP48 LQFP64 LQFP100 第 8 頁 共 31 頁 1)STM32F103VCT6 的主要特點(diǎn) (1) 核心處理器是 ARM Cortex M3 (2) 縮減的引腳數(shù)目 (3) 系統(tǒng)功耗低 (4) 計(jì)算性能優(yōu)越 (5) 高級(jí)的中斷系統(tǒng)響應(yīng) (6) 程序存儲(chǔ)器 256KB (7) 數(shù)據(jù)隨機(jī)存儲(chǔ)器 48KB (8) 工作電壓： 或 (9) 工作溫度： 40176。C +85176。C (10) 內(nèi)嵌 2個(gè) 12bit 的 A/D 轉(zhuǎn)換器，可用 A/D 通道 16 個(gè)，轉(zhuǎn)換范圍為 (11) 一共有 100 個(gè) 引腳，其中 80 個(gè)為 I/O 端口。絕大部分端口都可以接受5V 信號(hào) (12) 擁有 7 個(gè)定時(shí)器 2)低功耗模式 (1) 睡眠模式：在睡眠模式時(shí)，只有 CPU 停止，其他的外部設(shè)備都處于工作狀態(tài)， 可以通過中斷或事件來喚醒 CPU。 (2) 待機(jī)模式：在待機(jī)模式下會(huì)關(guān)閉內(nèi)部的電壓調(diào)壓器，電能消耗達(dá)到最低。并且此時(shí)內(nèi)部所有由 ；并且 RC 振蕩器也都會(huì)被關(guān)閉；在待機(jī)模式下，待機(jī)電路仍然在工作，但是，寄存器和 SRAM 的內(nèi)容將會(huì)消失，后備寄存器的內(nèi)容仍會(huì)保留。只需要滿足 NRST 上的外部復(fù)位信號(hào)或者是 WKUP管腳上的一個(gè)上升邊沿這兩個(gè)中的任意一個(gè)條件，就可以從待機(jī)模式中退出。 (3) 停機(jī)模式：在停機(jī)模式下，內(nèi)部由 供電的部分將不能工作， 并且RC 振蕩器也都會(huì)被關(guān)閉，可以把調(diào)壓器設(shè)置成低功耗和普通模式這兩種模式。把 CPU 從停機(jī)模式中喚醒的前提條件是配置一個(gè) EXTI 的信號(hào)， 這個(gè) 信號(hào)的來源有很多方式，比如說可以由 16 個(gè)外部 I/O 端 口中的任意產(chǎn)生，也可以是 PVD的輸出，也可以是 RTC 鬧鐘和 USB 的喚醒信號(hào) [8,9]。 3)I2C 總線 有多達(dá) 2 個(gè) I2C 總線接口，它們的特點(diǎn)如下 (1) 支持標(biāo)準(zhǔn)和快速模式 (2) 支持 7 位或 10 位尋址 (3) 可以使用 DMA 操作 (4) 支持 SMBus 和 PMBus 總線 4)定時(shí)器 第 9 頁 共 31 頁 STM32F103VCT6 中包含 7 個(gè)定時(shí)器，它們分別如下： (1) 高級(jí)控制定時(shí)器 1 個(gè)， 特點(diǎn) 如下 ① 可以被當(dāng)成是完整的通用定時(shí)器 ② 可以被當(dāng)成是三相 PWM 發(fā)生器 ③ 具有帶死區(qū)插入互補(bǔ) PWM 輸出 ④ 擁有四個(gè)獨(dú)立通道，它們都可以用于單脈沖輸出、輸入捕獲、輸出比較以及產(chǎn)生 PWM ⑤ 計(jì)數(shù)器可以被凍結(jié)，用于調(diào)試 (2) 通用定時(shí)器（ TIMx） 有 3 個(gè)可以同步運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)器，特點(diǎn)如下 ① 擁有一個(gè) 16 位自動(dòng)加載遞加計(jì)數(shù)器，也可以用作遞減計(jì)數(shù)器 ② 擁有一個(gè) 16 位預(yù)分頻器 ③ 擁有 4 個(gè)獨(dú)立的通道 ， 可以用于單脈沖模式輸出、輸入捕獲 以及 輸出比較 (3) 獨(dú)立看門狗定時(shí)器 1 個(gè) 它的時(shí)鐘是由一個(gè)內(nèi)部獨(dú)立的 40KHz 的 RC 振蕩器來提供的，并且這個(gè) RC振蕩器獨(dú)立于主時(shí)鐘，所以它可以在待機(jī)模式和停機(jī)模式之間切換。它的特點(diǎn)如下： ① 可以復(fù)位整個(gè)系統(tǒng) ② 可以為應(yīng)用程序提供超時(shí)管理 ③ 可以通過硬件或者軟件啟動(dòng) ④ 有一個(gè) 12 位的遞減計(jì)數(shù)器 ⑤ 有一個(gè) 8 位的預(yù)分頻器 (4) 窗口看門狗定時(shí)器 1 個(gè)，特點(diǎn)如下 ① 有一個(gè) 7 位的遞減計(jì)數(shù)器 ② 可以被配置為自由運(yùn)行 ③ 可以復(fù)位整個(gè)系統(tǒng) ④ 有早期預(yù)警中斷的功能 (5) 系統(tǒng)時(shí)基定時(shí)器 1 個(gè) 它既可以用于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，也可以用作是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的遞減計(jì)數(shù)器。它具有以下四個(gè)特點(diǎn)： ① 24 位的遞減計(jì)數(shù)器 ② 可編程時(shí)鐘源 ③ 當(dāng)計(jì)數(shù)器為 0 時(shí)能夠產(chǎn)生一個(gè)可屏蔽系統(tǒng)的中斷 第 10 頁 共 31 頁 ④ 自動(dòng)重加載功能 5)通用輸入輸出接口（ GPIO） 每一個(gè) GPIO 引腳都能夠通過軟件來配置，可以將它們?cè)O(shè)置成輸入、輸出或復(fù)用端口。除了那些具有模擬輸入功能的端口，其余的 GPIO 引腳都能夠通過大電流。如果想要將 I/O 引腳的外設(shè)功能鎖定，那么只需要進(jìn)行一個(gè)特定的操作就可以了，這樣就可以防止意外寫入 I/O 寄存器。 6)ADC STM32F103VCT6 單片機(jī)內(nèi)部嵌有 2 個(gè) 12 位的模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換器，這兩個(gè)轉(zhuǎn)換器有以下幾個(gè)特點(diǎn)： (1) 每一個(gè) ADC 都擁 用 16 個(gè)外部通道 (2) 可以實(shí)現(xiàn)單次或掃描轉(zhuǎn)換 (3) 在掃描模式下，可以自動(dòng)切換為選定的模擬輸入中的任何一個(gè) ADC 接口上其它的邏輯功能還包括 (1) 交叉采樣和保持 (2) 同步采樣和保持 (3) 單次采樣 充電芯片 1)工作原理 整個(gè)設(shè)計(jì) 使用 鋰電池來供電，當(dāng)鋰電池電能用完時(shí)，就要對(duì)它進(jìn)行充電。 在本設(shè)計(jì) 中 選擇了 TP4054 這塊 充電芯片，它是一款采用恒定電壓 /電流的單節(jié)鋰電池線性充電器，它能夠提供 800mA 的 充電電流 ， 它采用的是 SOT25 封裝，并且外部元件數(shù)目較少，因此 TP4054 是 便攜式應(yīng)用的最佳選擇，它可以通過USB 電源和適配器電源對(duì)鋰電池進(jìn)行充電，并且它的內(nèi)部有防倒充電路，所以沒有必要在外部單獨(dú)設(shè)計(jì)檢測(cè)電路和隔離二極管。它的輸出電壓穩(wěn)定于 ，而且充電電流是可以進(jìn)行設(shè)置的，只需要在外部設(shè)計(jì)一個(gè)電阻器就可以了。讓一個(gè)充電循環(huán)開始的條件有 3 個(gè)，它們分別是 (1) Vcc 引腳的電壓大于 UVLO 門限電壓 (2) 5 引腳與地之間連接一個(gè)設(shè)定電阻器 (3) 3 引腳連接一塊電池 2)工作模式 (1) 涓流充電模式 TP4054 進(jìn)入涓流充電模式的條件是 3 引腳的電壓小于 。在該模式下，TP4054 提供的電流只有設(shè)定充電電流的 1/10，當(dāng)電流電壓大于安全的電平時(shí)，就可以達(dá)到滿電流進(jìn)行充電。 第 11 頁 共 31 頁 (2) 恒定電流模式 TP4054 進(jìn)入恒定電流模式的條件是 3 引腳的電壓大于 ，在此模式下向電池提供穩(wěn)定的電流進(jìn)行充電。 (3) 恒定電壓模式 TP4054 進(jìn)入恒定電壓模式的條件是 3 引腳的電壓達(dá)到最終浮充電壓 ，在此模式下充電電流開始慢慢地減小。當(dāng)充電電流小于設(shè)定值的 1/10 的時(shí)候 ，整個(gè)充電循環(huán)就結(jié)束了。 當(dāng)輸入電壓被斷開的時(shí)候， TP4054 自行變成低電流的狀態(tài)，將電流下降至2uA 以下。也可以將 TP4054 設(shè) 置為停機(jī)模式，在此模式下供電電流為 45uA。 3)TP4054 的特點(diǎn) (1) 高達(dá) 800mA 的可編程充電電流 (2) 恒定電流 /電壓操作 (3) C/10 充電終止 (4) 自動(dòng)再充電 (5) 軟啟動(dòng)限制了浪涌電流 (6) 待機(jī)模式下的供電電流為 45uA (7) 精度達(dá)到 177。1%的 預(yù)設(shè)充電電壓 (8) 充電電流監(jiān)視器 (9) 欠壓閉鎖 (10) 表示充電結(jié)束或是輸入電壓接入的狀態(tài)引腳 4)TP4054 引腳如圖 35 所示 圖 35 TP4054 引腳圖 5)引腳介紹 第 12 頁 共 31 頁 引腳 1（ CHRG）：漏極開路狀態(tài)下的輸出 引腳 2（ GND）：接地 引腳 3（ BAT）：該引腳向電池提供充電電流 引腳 4（ VCC）：該引腳接入正電源電壓。 Vcc 的值在 至 之間，并通過一個(gè)電容器進(jìn)行旁路，這個(gè)電容器的值至少為 1uF 引腳 5（ PROG)：該引腳的作用是對(duì)充電電流進(jìn)行監(jiān)控 /設(shè)定 和 停機(jī)。在該引腳與地之間連接了一個(gè)電阻器 PPROG，通過它來進(jìn)行 充電電流的設(shè)定。當(dāng)在穩(wěn)定電流模式下充電的時(shí)候，該引腳的電壓可以保持在 1V 左右 。并且在所有的模式下，充電電流都可以通過該引腳上的電壓來計(jì)算，如公式 33 所示： IBAT=（ VPROG/RPROG） *1 000 (33) PROG 引腳還可以用來關(guān)斷充電器。斷開設(shè)定電阻器與地的連接， PROG 引腳通過內(nèi)部一個(gè) 的電流件將電壓升至高電平，充電器啟動(dòng)停機(jī)模式，此時(shí)停止充電，并且將輸入電流降至 45uA。只需要將 RPROG 與地相連，就可以讓充電器恢復(fù)正常操作狀態(tài)。 低壓差調(diào)節(jié)器 由于整個(gè)設(shè)計(jì)的供電電壓是 ，但是鋰電池的輸出電壓是 ， 所以必須要選擇一款能穩(wěn)定輸出 的低壓差調(diào)節(jié)器。 KV5033 芯片 是由 SIPEX 公司生產(chǎn)的 ，它是一款 低功耗、低電壓調(diào)節(jié)器。它很適合用于某些電池供電的系統(tǒng)，比如無繩電話、便攜式 電子設(shè)備和一些無線控制系統(tǒng)等。其擁有低壓差、低靜態(tài)的電流等特性，而且具有非常小的初始容限，極低的線路調(diào)節(jié)率以及良好的負(fù)載等特性，并且擁有很低的溫度系數(shù)，所以適用于當(dāng)做低功耗電源。錯(cuò)誤的標(biāo)志輸出模塊還能夠?qū)ο到y(tǒng)的電壓進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)系統(tǒng)電壓不足或者是輸入的電壓下降等情況時(shí)，邏輯關(guān)斷模塊能夠改變調(diào)節(jié)器的開、關(guān)狀態(tài)。 它具體的一些特點(diǎn)如下 1) 輸出電壓： 及