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正文內(nèi)容

基于單片機(jī)的便攜式甲醛檢測儀的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2024-12-13 21:31 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 AD0832 與 AT89C52 單片機(jī)相連,在顯示器上顯示出甲醛的濃度值,當(dāng)超過國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)報(bào)警。 西 南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 13 表 23 傳感器參數(shù)表 模數(shù)轉(zhuǎn)換的選擇與簡介 ( 1) 實(shí)現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換的基本方法很多,有計(jì)數(shù)法、逐次逼近法、雙斜積分法和并行轉(zhuǎn)換法。由于逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換具有速度,分辨率高等優(yōu)點(diǎn),而且采用這種方法的 ADC 芯片成本低,所以我們采用逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器。逐次逼近型ADC 包括 1個(gè)比較器、一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器、 1 個(gè)逐次逼近寄存器( SAR)和 1個(gè)邏輯控制單元。逐次逼近型是將采樣信號(hào)和已知電壓不斷進(jìn)行比較,一個(gè)時(shí)鐘周期完成 1 位轉(zhuǎn)換,依次類推 ,轉(zhuǎn)換完成后,輸出二進(jìn)制數(shù)。這類型 ADC 的分辨率和采樣速率是相互牽制的。優(yōu)點(diǎn)是分辨率低于 12位時(shí),價(jià)格較低,采樣速率也很好。 ( 2) 由于 ADC0832 模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有 8位分辨率、雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換、輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容、 5V 電源供電時(shí)輸入電壓在 0~ 5V 之間、工作頻率為250KHZ 、轉(zhuǎn)換時(shí)間為 32微秒、一般功耗僅為 15MW 等優(yōu)點(diǎn),適合本系統(tǒng)的應(yīng)用,所以我們采用 ADC0832 為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件。電路圖 見圖 27如下: 名稱 甲醛傳感器 CH2O/S10: 測量范圍 0 10 ppm 最大負(fù)荷 50ppm 工作壽命 空氣中 3年 輸 出 1200177。300nA/ppm4 20mA(甲醛模塊 ) 分辨率 ppm 溫度范圍 20℃ to 45℃ 壓力范圍 大氣壓 177。10% 響應(yīng)時(shí)間 (T 90) 〈 50 seconds 濕度范圍 20℃ to 45℃ 零點(diǎn)輸出 (純凈空體, 20℃ ) 〈 ppm 最大零點(diǎn)漂移 (20℃ to 40℃ ) ppm 長期漂移 〈 2% /每月 推薦負(fù)載值 10Ω 線性度輸出 線性 重 量 約 32克 西 南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 14 圖 27模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖 ( 3) ADC0832 具有以下特點(diǎn): ① 8 位分辨率; ② 雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換; ③ 輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容; ④ 5V 電源供 電時(shí)輸入電壓在 0~5V 之間; ⑤ 工作頻率為 250KHZ,轉(zhuǎn)換時(shí)間為 32μS ; ⑥ 一般功耗僅為 15mW; ⑦ 8P、 14P— DIP(雙列直插)、 PICC 多種封裝; ⑧ 商用級芯片溫寬為 0176。C to +70176。C ,工業(yè)級芯片溫寬為 ?40176。C to +85176。C ; 芯片接口說明: ① CS_片選使能,低電平芯片使能。 ② CH0 模擬輸入通道 0,或作為 IN+/使用。 ③ CH1 模擬輸入通道 1,或作為 IN+/使用。 ④ GND 、 芯片參考 0電位(地)。 ⑤ DI 數(shù)據(jù)信號(hào)輸入,選擇通道控制。 ⑥ DO 數(shù)據(jù)信號(hào)輸出,轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 ⑦ CLK 芯片時(shí)鐘輸入。 ⑧ Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入(復(fù)用)。 西 南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 15 ADC0832 為 8 位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換芯片,其最高分辨可達(dá) 256級,可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用,使得芯片的模擬電壓輸入在 0~5V 之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為 32μS ,據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn),以減少數(shù)據(jù)誤差,轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入,使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過 DI 數(shù)據(jù)輸入端,可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。 單片機(jī)對 ADC0832 的控制原理: 正常情況下 ADC0832 與單片機(jī)的接口應(yīng)為 4條數(shù)據(jù)線,分別是 CS、 CLK、 DO、DI。但由于 DO 端與 DI 端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的 , 所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將 DO 和 DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng) ADC0832 未工作時(shí)其CS 輸入端應(yīng)為高電平,此時(shí)芯片禁用, CLK 和 DO/DI 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換時(shí),須先將 CS 使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作,同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端 CLK 輸入時(shí)鐘脈沖,DO/DI 端則使用 DI 端輸入通道功能選擇的數(shù) 據(jù)信號(hào)。在第 1 個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是高電平,表示啟始信號(hào)。在第 3個(gè)脈沖下沉之前 DI端應(yīng)輸入 2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能 。 ( 4) 測量量程 本系統(tǒng)的量程為 010ppm。 由于我所使用的是 8 位 ADC0832,所以本系統(tǒng)的精度為: 10ppm/256=。 按鍵選擇與簡介 ( 1) 本系統(tǒng)應(yīng)用有人機(jī)對話功能,該功能即能隨時(shí)發(fā)出各種控制命令和數(shù)據(jù)輸入以及和 LCD 連接顯示運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行結(jié)果。鍵盤分為:獨(dú)立式和矩陣式兩類,每一類按其編碼方法又可以分為編碼和非編碼兩種。由于本系統(tǒng)只有 UP、DOWN、 OK、 CANCEL4個(gè)控制命令,所需按鍵較少,所以本系統(tǒng)選擇獨(dú)立式按鍵。電路圖 見圖 28: 西 南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 16 圖 28按鍵電路圖 ( 2) 獨(dú)立式按鍵是直接用 I/O 口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。每個(gè)獨(dú)立式按鍵占有一根 I/O 口線。各根 I/O 口線之間不會(huì)相互影響。在此電路中,按鍵輸入部采用低電平有效,上拉電阻保證了按鍵斷開時(shí), I/O 口線有確定的高電平,( 口內(nèi)部接有上拉電阻)所以就不需要再外接上拉電阻。 ( 3) 鍵盤抖動(dòng)的消除:抖動(dòng)的消除大致可以分為硬件削抖和軟件削抖。 ①硬件削抖是采用硬件電 路的方法對鍵盤的按下抖動(dòng)及釋放抖動(dòng)進(jìn)行削抖,經(jīng)過削抖電路后使按鍵的電平信號(hào)只有兩種穩(wěn)定狀態(tài)。 ②軟件削抖的基本原理是當(dāng)檢測出鍵盤閉合時(shí),先執(zhí)行一個(gè)延時(shí)子程序產(chǎn)生數(shù)毫秒的延時(shí),待接通時(shí)的前沿抖動(dòng)消失后再判別是否有健按下。當(dāng)按鍵釋放時(shí),也要經(jīng)過數(shù)毫秒延時(shí),待后沿抖動(dòng)消失后再判別鍵是否釋放。 ③由于應(yīng)用硬件削抖還需要外加器件,成本相對較高,所以本系統(tǒng)選擇軟件延時(shí)削抖的方法。 外圍擴(kuò)充存儲(chǔ)器 基于 AT89C52 單片機(jī)具有 8KB 的程序存儲(chǔ)器( ROM), 256B 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器( RAM),由于考慮到本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處 理與存儲(chǔ)所需的容量,現(xiàn)在需要擴(kuò)充存儲(chǔ)器的容量。在應(yīng)用中要保存一些參數(shù)和狀態(tài),據(jù)了解基于 EEPROM 的存儲(chǔ)芯片是一種很好的選擇。我們選定了 AT24C128 存儲(chǔ)器。電路圖 見圖 29: 西 南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 17 圖 29外圍擴(kuò)充存儲(chǔ)電路圖 時(shí)鐘芯片選擇與簡介 因?yàn)榇讼到y(tǒng)需要記錄測量發(fā)生的時(shí)間,所以需要時(shí)鐘芯片來記錄不同人在不同時(shí)間的監(jiān)測數(shù)據(jù),因此我們在系統(tǒng)中加入了時(shí)鐘芯片。對時(shí)鐘芯片的要求首先是低功耗,其次是編程簡單,縮短程序開發(fā)時(shí)間,實(shí)際上也就縮短了系統(tǒng) 用于實(shí)際生產(chǎn)所用的開發(fā)周期以及成本,在本系統(tǒng),我們選擇了 DS1302時(shí)鐘芯片。 ( 1) 我們時(shí)鐘電路選擇的芯片是 DS1302,其內(nèi)含一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷和 31字節(jié)靜態(tài) RAM,可以通過串行接口與單片機(jī)通信。而通信時(shí),僅需要 3個(gè)口線:① RES(復(fù)位), ② I/O 數(shù)據(jù)線, ③ SCLK(串行時(shí)鐘)。時(shí)鐘 /RAM 的讀 /寫數(shù)據(jù)以一字節(jié)或多達(dá) 31 字節(jié)的字符組方式通信。其工作時(shí)功耗很低,廣泛應(yīng)用于電話,傳真,便攜式儀器等產(chǎn)品領(lǐng)域。 ( 2) DS1302 主要性能有:時(shí)實(shí)時(shí)鐘能計(jì)算 2100 年之前的秒、分、時(shí)、日、日期、星期、月、年的能力 ,還有閏年的調(diào)整能力;讀 /寫時(shí)鐘或 RAM 數(shù)據(jù)時(shí),有單字節(jié)和多字節(jié)傳送兩種方式;與 DS1202/TTL 兼容。 ( 3) DS1302 引腳概述: X1, X2; 振蕩源,外接 晶振; SCLK:串行時(shí)鐘輸入端。 ( 4) 日歷、時(shí)鐘寄存器與控制字對照表、日歷、時(shí)鐘寄存器命令字、取值范圍以及各位內(nèi)容對照表。 見表 24: 西 南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 18 表 24時(shí)鐘控制字對照表 ( 5) DS1302 數(shù)據(jù)輸入 /輸出時(shí)序 數(shù)據(jù)輸入是在輸入寫命令字的 8 個(gè) SCLK 周期之后, 在接下來的 8 個(gè) SCLK 周期中的每個(gè)脈沖的上升沿輸入數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)從 0 位開始。如果有額外的 SCLK 周期,它們將被忽略。 數(shù)據(jù)輸出是在輸出命令字的 8個(gè) SCLK 周期之后,在接下來的 8個(gè) SCLK 周期中的每個(gè)脈沖的下降沿輸出數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)從 0位開始。需要注意的是,第一個(gè)數(shù)據(jù)位在命令字節(jié)的最后一位之后的第一個(gè)下降沿被輸出。 只要 RST保持高電平,如 果有額外的 SCLK周期,將重新發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié),即多字節(jié)傳送。其電路圖 見圖 210: 寄存器名 命令字 取值 范圍 各位內(nèi)容 寫操作 讀操作 7 6 5 4 3~ 0 秒寄存器 80H 81H 00~ 59 CH 10SEC SEC 分寄存器 82H 83H 00~ 59 0 10MIN MIN 時(shí)寄存器 84H 85H 01~ 12 00~ 23 12/24 0 10/( A/P) HR HR 日寄存器 86H 87H 01~ 28,2 31 0 0 10DATE DATE 月寄存器 88H 89H 01~ 12 0 0 0 10M MONTH 周寄存器 8AH 8BH 01~ 07 0 0 0 0 DAY 年寄存器 8CH 8DH 01~ 99 10YEAR YEAR 寫保護(hù)寄存器 8EH 8FH WP 0 0 0 0 慢充電寄存器 90H 91H TCS TCS TCS TCS DS DS RS RS 時(shí)鐘突發(fā)寄存器 BEH BFH 西 南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 19 圖 210時(shí)鐘電路圖 上拉電阻 在主電路圖中接在 P0口處有一個(gè)排阻 RP1,由于 P0 口沒有內(nèi)接上拉電阻,為了為 P0 口外接線路有確定的高電平,所以要接上排阻 RP1,以確保有 P0 口有穩(wěn)定的電平。電路連接圖 見圖 311: 圖 211上拉電阻電路圖 西 南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 20 液晶顯示器簡介 對于本系統(tǒng)要有顯示裝置完成顯示功能。顯示器最好能夠顯示數(shù)據(jù)、圖形??紤]到同種 LCD顯示器的屏幕越大體積越大,功耗越大的特點(diǎn),在同類產(chǎn)品中選用了 AMPIRE128X64液晶顯示模塊。該型號(hào)顯示器消耗電量比較低,可以滿足系統(tǒng)要求。該類液晶顯示模塊采用動(dòng)態(tài)的液晶驅(qū)動(dòng),可用 5V供電。 ( 1) AMPIRE128X64液晶模塊引腳說明 AMPIRE128X64液晶共有 22個(gè)引 腳, 引腳說明如 表 25所示: 表 25液晶引腳說明圖 AMPIRE128X64 液晶顯示模塊與計(jì)算機(jī)的接口電路有兩種方式。它與單片機(jī)的接口方法分為直接訪問方式和間接控制方式。直接訪問方式是把液晶模塊作為存儲(chǔ)器或 I/O 設(shè) 備直接接在單片機(jī)的總線上,單片機(jī)以訪問存儲(chǔ)器或 I/O設(shè)備的方式操作液晶顯示模塊的工作。間接控制方式則不使用單片機(jī)的數(shù)據(jù)系統(tǒng),而是利用它的 I/ 0 口來實(shí)現(xiàn)與顯示模塊的聯(lián)系。即將液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)線與單片管腳名稱 管 腳 定 義 /CSA 片選 1 /CSB 片選 2 VSS 數(shù)字地 VDD 邏輯電源 +5V V0 對比度調(diào)節(jié) R/S 指令數(shù)據(jù)通道 R/W 讀寫選擇 E 使能選擇 DB0DB7 數(shù)據(jù)線 CS1 片選 1 CS2 片選 2 /RES 復(fù)位信號(hào) VEE 液晶驅(qū)動(dòng)電源 LED+ LED背光正電源 LED LED接地端 西 南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 21 機(jī)的 Pl 口連接作為數(shù)據(jù)總線,另外三根時(shí)序控制信號(hào)線通常利用單片機(jī)的 P3口中未被使用的 I/ O 口來控制。這種訪問方式不占用存儲(chǔ)器空間,它的接口電路與時(shí)序無關(guān),其時(shí)序完全靠軟件編程實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)采用間接控制方式。 液晶顯示工作原理介紹 以下為液晶顯示電路接線原理圖 見圖 21 圖 212液晶電路圖 ( 2) 在單片機(jī)系統(tǒng)中 應(yīng)用液晶顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)有點(diǎn): ① 顯示質(zhì)量高:由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度,恒定發(fā)光,而不像陰極射線管顯示器( CRT)那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此,液晶顯示器畫質(zhì)高且不會(huì)閃爍。 ② 數(shù)字式接口:液晶顯示器都是數(shù)字式的,和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡單可靠,操作更加方便。 ③ 體積小、重量輕:液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)
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