【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 預(yù)報(bào)警和報(bào)警閾值時(shí)，蜂鳴器發(fā)出的聲音以及LED閃爍的頻率會(huì)明顯不一樣，從而提醒用戶一氧化碳濃度達(dá)到何種濃度。以下為報(bào)警電路硬件電路圖310。圖310 報(bào)警電路硬件電路圖系統(tǒng)采用的報(bào)警系統(tǒng)為聲光報(bào)警裝置。由以上原理圖可以看出P26是控制整個(gè)報(bào)警裝置的引腳，處理芯片通過比較一氧化碳的濃度和用戶設(shè)定的預(yù)報(bào)警和報(bào)警閾值來控制P26信號(hào)的輸出，從而達(dá)到控制整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)的效果。同時(shí)，因?yàn)榉澍Q器的鳴叫和LED燈的閃爍都是由P26一個(gè)IO口控制的，所以LED燈閃爍的頻率和蜂鳴器的頻率是一致的，這一點(diǎn)可以更好的便于用戶判斷一氧化碳達(dá)到報(bào)警閾值或預(yù)報(bào)警閾值。根據(jù)設(shè)計(jì)，當(dāng)濃度達(dá)到預(yù)報(bào)警閾值時(shí)，蜂鳴器鳴叫的頻率為20HZ左右；而當(dāng)濃度達(dá)到報(bào)警閾值時(shí)，蜂鳴器鳴叫的頻率為100HZ左右；通過二者的頻率以及顯示的濃度，能夠清晰的判斷一氧化碳的濃度。本系統(tǒng)所針對(duì)的是目標(biāo)是家用，對(duì)系統(tǒng)要求能夠長(zhǎng)時(shí)間使用，能夠?qū)Νh(huán)境進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控，所以要求系統(tǒng)能有一個(gè)能夠持續(xù)供電的穩(wěn)定電源而并非使用干電池。根據(jù)使用要求，系統(tǒng)需要供電的硬件電路主要有：、一氧化碳傳感器模塊5V、12864液晶顯示屏5V、。綜合考慮，。所以，需要設(shè)計(jì)的只是5V電壓而已，而在5V電壓的轉(zhuǎn)化方面已經(jīng)很成熟了。本系統(tǒng)使用的方法很常見，然后再通過四個(gè)穩(wěn)壓二極管IN4007組成一個(gè)穩(wěn)壓電路，這樣交流電就變成了直流電；通過穩(wěn)壓芯片LM7805的穩(wěn)壓，最后輸出了5V的直流電。將處理芯片的核心板直接接上5V電。以下是電源電路的硬件電路圖311。圖311 電源電路硬件連接圖第4章 軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)以IAR Embedded Workbench作為開發(fā)平臺(tái)，采用c語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，大大提高了開發(fā)調(diào)試工作的效率，便于理解，同時(shí)便于移植其他模塊化的程序。本系統(tǒng)控制分為采集和處理兩方面，以下是整個(gè)程序的流程圖41。MSP430處理1: MSP430處理2:開始開始 MSP430初始化MSP430初始化 Y 預(yù)報(bào)警及報(bào)警閾值設(shè)定AD采樣MSP430處理 NnRF2401無線傳輸（接收器）nRF2401無線傳輸（發(fā)射器）顯示MSP430處理返回與預(yù)報(bào)警值比較報(bào)警 高 低與報(bào)警值比較報(bào)警 高返回圖41 程序流程圖MSP430芯片1主要用于采樣和發(fā)送數(shù)據(jù)。在一氧化碳傳感器檢測(cè)到空氣中的一氧化碳之后產(chǎn)生與之濃度相對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)之后，處理芯片1上的AD對(duì)該模擬信號(hào)進(jìn)行濾波和采樣，之后對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算并對(duì)其進(jìn)行溫度和濕度的補(bǔ)償，得到真實(shí)準(zhǔn)確的一氧化碳濃度之后通過nRF2401將數(shù)據(jù)發(fā)送給MSP430芯片2。MSP430芯片2主要用于濃度的顯示及報(bào)警。在進(jìn)行初始化時(shí)，用戶可以根據(jù)個(gè)人情況以及使用環(huán)境對(duì)默認(rèn)的預(yù)報(bào)警及報(bào)警閾值進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)設(shè)置完畢之后就可以和MSP430芯片1發(fā)送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，相應(yīng)的進(jìn)行預(yù)報(bào)警及報(bào)警。同時(shí)，發(fā)送過來的一氧化碳的濃度將在12864液晶顯示器上進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示，保證用戶能夠?qū)崟r(shí)掌握被測(cè)環(huán)境的一氧化碳的濃度。單片機(jī)的工作需要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)參考來控制，而能提供這種參考的就是時(shí)鐘模塊了，所以時(shí)鐘是單片機(jī)的心臟。MSP430X1XX系列的單片機(jī)基礎(chǔ)時(shí)鐘模塊有3個(gè)時(shí)鐘輸入源：低頻時(shí)鐘源LFXT1CLK、高頻時(shí)鐘源XT２CLK和數(shù)字控制RC振蕩器。高頻時(shí)鐘源XT２CLK外接標(biāo)準(zhǔn)高速晶振，通常為8MHZ，而將其作為時(shí)鐘源，對(duì)于本系統(tǒng)而言是綽綽有余的。MSP430核心板上集成了AD12模塊，所以可以很方便的使用而無需重新搭建AD采樣電路。MSP430核心板上的AD12模塊是一種精度為12位的AD采樣器，主要有以下部分構(gòu)成：輸入的16路模擬開關(guān)(外部8路，內(nèi)部4路)，ADC內(nèi)部電壓參考源，ADC12內(nèi)核，ADC時(shí)鐘源部分，采集與保持/觸發(fā)源部分，ADC數(shù)據(jù)輸出部分，ADC控制寄存器等。它提供四種采樣模式：①單通道單次轉(zhuǎn)換模式②序列通道單詞轉(zhuǎn)換模式③單通道多次轉(zhuǎn)換模式④序列通道多次轉(zhuǎn)換模式；而在本系統(tǒng)存在多個(gè)傳感器的多次采樣，所以選用序列通道多次轉(zhuǎn)換模式。此外，采樣完之后重要的就是數(shù)據(jù)的處理了。前面已經(jīng)提到過，傳感器的采樣受到溫度和濕度的影響，所以必須對(duì)采得的數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度和濕度的補(bǔ)償。以下是一氧化碳傳感器的溫度濕度特性圖42。Ro:1000ppm LPG中，33%RH，20℃下元件電阻。Rs：1000ppm LPG中不同溫度和濕度下元件的電阻。 圖42一氧化碳傳感器的溫度濕度特性圖傳感器的表面電阻Rs是通過與其串聯(lián)的負(fù)載電阻RL上的有效電壓信號(hào)VRL輸出而獲得的。二者之間的關(guān)系為：Rs/RL=(VcVRL)/VRL。根據(jù)以上關(guān)系可計(jì)算出VRL=Vc/((Rs/RL)+1)。而RL可調(diào)，當(dāng)矯正完傳感器之后RL一定（200歐）。根據(jù)一氧化碳傳感器的溫度濕度特性圖，發(fā)現(xiàn)可以將曲線線性化，可以得到有效電壓信號(hào)VRL與溫度和濕度的關(guān)系；最后，根據(jù)信號(hào)放大的倍數(shù)40倍即可對(duì)溫度和濕度進(jìn)行補(bǔ)償。nRF905無線芯片主要工作于433MHz、868MHz和915MHz的ISM頻段，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。以下是nRF905無線芯片收發(fā)的數(shù)據(jù)流程圖43和圖44以及工作時(shí)序圖446。無線模塊等待TX_EN=1 PWR_UP=1TRX_CE=0 SPI程序控制芯片加載ADDR和負(fù)載數(shù)據(jù)TRX_CE=1? NO YES發(fā)射器上電發(fā)射序列后DR=0nRF ShockBurst TX生成CRC和序列發(fā)送包，當(dāng)發(fā)送完成時(shí)DR=1 NO AUTO_RETRAN=1?TRX_CE=1? NO YES圖43 發(fā)射數(shù)據(jù)流程圖無線模塊等待TX_EN=1 PWR_UP=1TRX_CE=1? NO YES接收器上電接收器檢測(cè)數(shù)據(jù)，如果有數(shù)據(jù)CD=1ADDR正確？ NO YESAM=1AM=0接收數(shù)據(jù)DR=0AM=0CRC正確？ NO單片機(jī)通過SPI時(shí)鐘輸出 YESDR=1 YESTRX_CE=1無線模塊進(jìn)入STBY NO圖44 接收數(shù)據(jù)流程圖圖45 nRF905 SPI讀操作時(shí)序圖圖46 nRF905 SPI寫操作時(shí)序圖本系統(tǒng)中使用按鍵功能的主要是改變一氧化碳預(yù)報(bào)警閾值和報(bào)警閾值，所以采用獨(dú)立按鍵式鍵盤就足夠了。通常情況下給這幾個(gè)引腳以高電平，當(dāng)按鍵被按下時(shí)引腳變成低電平。因此，只要在判斷這幾個(gè)引腳的電平改變，就可以確定是否有按鍵按下，從而進(jìn)入相應(yīng)的中斷程序改變相應(yīng)的閾值。以下是按鍵模塊的硬件接線圖47。圖47 按鍵模塊硬件連接圖以上原理圖中一共為四個(gè)按鈕，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求P10和P11控制一氧化碳預(yù)報(bào)警閾值的增減，P12和P13控制著一氧化碳報(bào)警閾值的增減，其增減的單位為10ppm。這樣，用戶通過這四個(gè)按鍵可以達(dá)到改變一氧化碳預(yù)報(bào)警及報(bào)警閾值，使用起來更加人性化。第5章 結(jié)論與展望市場(chǎng)上的一氧化碳監(jiān)測(cè)儀種類較多，但普遍功能單一，使用起來不太方便。而本文旨在設(shè)計(jì)一種使用方便，性能可靠、成本低廉、人性化的一氧化碳檢測(cè)系統(tǒng)。本系統(tǒng)圍繞一氧化碳監(jiān)測(cè)為中心，以MSP430f169作為處理芯片，以IAR Embedded Workbench作為開發(fā)平臺(tái)，運(yùn)用了無線通訊等技術(shù)設(shè)計(jì)并完成指定的監(jiān)測(cè)功能。在該設(shè)計(jì)中從硬件電路到軟件程序都經(jīng)過反復(fù)的選擇和調(diào)試，逐漸彌補(bǔ)了各種缺陷，消除了測(cè)量的誤差，最終完善各自的結(jié)構(gòu)和功能，從而完成了整個(gè)設(shè)計(jì)方案，達(dá)到了既定的目標(biāo)。對(duì)于本課題中基于單片機(jī)的一氧化碳監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究，主要完成了以下工作：（1） 實(shí)現(xiàn)了提出的一氧化碳監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案；（2） 根據(jù)使用要求，設(shè)計(jì)選擇了符合要求的硬件結(jié)構(gòu)，著重比較了各模塊的性價(jià)比，最終得出了最佳的硬件組合；（3） 學(xué)習(xí)了MSP430單片機(jī)的使用，熟悉使用開發(fā)環(huán)境IAR Embedded Workbench；（4） 研究了市場(chǎng)上的一氧化碳檢測(cè)器的情況，對(duì)本系統(tǒng)的使用做了很好的定位，突出了系統(tǒng)使用方便，成本低廉、可進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)；（5） 設(shè)計(jì)完成了該系統(tǒng)的程序的編寫，對(duì)程序進(jìn)行模塊化處理，方便了程序的調(diào)試和移植。以下是整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)物圖51。圖51 一氧化碳監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)物圖目前，市場(chǎng)上的一氧化碳檢測(cè)儀主要針對(duì)工業(yè)上的使用，而家用的比較少；而且大多數(shù)的監(jiān)測(cè)儀是便攜式的，使用起來不方便，無法對(duì)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，所以較市場(chǎng)而言本系統(tǒng)還是有比較大的前景。而在本文中只是對(duì)本課題進(jìn)行了初步的研究的工作，還有很多細(xì)節(jié)待進(jìn)一步研究、探討：（1） 對(duì)于本系統(tǒng)而言，MSP430核心板上的功能僅僅使用了AD模塊，這種現(xiàn)象是很浪費(fèi)的。本文提出了一種一氧化碳監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，要在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用需要設(shè)計(jì)更加合理的硬件結(jié)構(gòu)；（2） 對(duì)程序進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，增加一些其他功能如數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)查詢和語音報(bào)警等功能；（3） 對(duì)無線傳輸進(jìn)行調(diào)整，在條件允許的情況下可使用WIFI模塊，這樣可以將數(shù)據(jù)發(fā)送得更加方便甚至可以發(fā)送至手機(jī)上進(jìn)行監(jiān)控，并入智能家居的軌道。參考文獻(xiàn)[1] 沈建華等. 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