【文章內(nèi)容簡介】 度可控穩(wěn)壓管 TL431 構(gòu)成的脈沖穩(wěn)幅電路，當(dāng)通過 TL431的電流在 (1～ 100)mA 范圍內(nèi)時，只要分壓電阻的溫度系數(shù)相同，則輸出電壓有很高的穩(wěn)定性，從而保證了在輸入脈沖幅值變化時，輸出脈沖的幅值恒定。為保證有足夠的電流通過載體催化元件，設(shè)置了由三極管組成的脈沖電流放大環(huán)節(jié)。下面將詳細(xì)討論這四部分電路。 恒溫控制信號取樣電路 圖 24 為恒溫控制信號取樣電路 ：這里沒有采用傳統(tǒng)的惠斯通電橋來獲取瓦斯 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 7 圖 24 恒溫控制信號取樣電路 與催化元件反應(yīng)時產(chǎn)生的不平衡電壓，而是用運(yùn)放集成塊組成運(yùn)算電路，對電壓信號進(jìn)行處理，這樣做的好處是抑制共模信號的能力增強(qiáng)了，同時由于黑元件上催化燃燒產(chǎn)生的電壓只有毫伏級，不能直接與鋸齒波信號進(jìn)行比較，在 Uo1 的后面加入了同相比例運(yùn)算電路，對前面輸出的電壓進(jìn)行放大，以使其能與鋸齒波電壓進(jìn)行比較從而輸出所需的脈沖電壓。當(dāng)有瓦斯氣體時，在黑元件上發(fā)生催化燃燒，黑元件溫度上升，其阻值也隨之上升，它上面的電壓升高，不難推出： )()(2)(2)()0()()()0(214 iCHiRRRRRiRRiiRRRiUUU白白黑黑黑白黑白白黑????????????? （ 27） 式中 )0(黑R 、 )0(白R 為無瓦斯時的阻值， )(iR黑 、 )(iR白 為電流流經(jīng)元件時溫度上升產(chǎn)生的阻值， )(4CHR黑為瓦斯氣體在元件上燃燒時溫度上升產(chǎn)生的阻值，前面已經(jīng)提及，所謂的恒溫是指溫度在一個很小的范圍內(nèi)波動近似看成的，因此 )(iR黑 、 )(iR白 、 )(4CHR黑的值都是非常小的，故 ΔU也很小，需要經(jīng)過放大才能與鋸齒波進(jìn)行比較。 在圖 24 中有 21213 )1( URRU f?? （ 28） 則 21211421142314211425)1()1()1(URRRRURRURRURRUfffff???????（ 29） 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 8 2121731211421731142173217321211421731142173417351731])1()1[()1)(1()1()1()1)(1()1(nUmUURRRRRRRRURRRRURRURRRRRRURRRRURRURRUffffffffffffffo??????????????????? （ 210） 適當(dāng)選取電阻 值，使 m=1， n=2，這樣便可獲得瓦斯在黑元件上燃燒產(chǎn)生的電壓。 這里在實(shí)驗室用 QJ23 單臂直流電橋?qū)︺K絲繞制的黑白元件的阻值進(jìn)行了測定，當(dāng)環(huán)境溫度為 16℃ ～ 19℃ 時，測得的黑白元件的阻值分別為 和 （實(shí)際上這時黑白元件的溫度已經(jīng)大于 400℃ ，達(dá)到了工作狀態(tài)）。在檢測瓦斯時需要將催化元件加熱到 500℃ 左右，給黑白元件提供 3V的恒定電壓，發(fā)生催化燃燒時，假設(shè)溫度上升 10℃ ，這時候黑元件阻值變?yōu)?10Ω 左右，電流大概是 150mA，則黑元件上產(chǎn)生的電壓大概為。在圖 24 中有： 12042 )1( ofo URRU ?? （ 211） 取204RRf 為 14 左右，則可將瓦斯催化燃燒產(chǎn)生的電壓放大到合適的幅值與鋸齒波電壓進(jìn)行比較。 鋸齒波發(fā)生電路 555 定時器是一種應(yīng)用極為廣泛的中規(guī)模集成電路。該芯片使用靈活方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器，因而廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。圖 25 為 NE555 和 R2， R3， C1 組成的無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器： 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 9 圖 25 鋸齒波發(fā)生電路 振蕩器的輸出頻率為： 1321 CRRRf ??? （ 212） 由此可算得輸出頻率為 1kHz， C2 起正反饋?zhàn)饔?，即?Q1 射級跟隨器輸出鋸齒波的同時，正反饋至 R2 的上端，故在 C1 充電期間， R2 上的壓降保持不變，即 C1 的充電速率不變，因而極大地保證了鋸齒波的線性。其非線性可控制在 1%以下，且溫度穩(wěn)定性好。圖中在 555 的電壓控制端 5 腳外接了一個可調(diào)的控制電壓，用以改變 555 內(nèi)部比較器的基準(zhǔn)電壓值，即比較電平，由此可改變鋸齒波的振幅，這里通過調(diào)節(jié) Rp1 使輸出鋸齒波的最大值為 4V。 重要芯片 555 定 時器簡介： 各腳主要功能： 地 GND 觸發(fā) 輸出 復(fù)位 控制電壓 門限 (閾值） 放電 電源電壓 Vcc 555 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為 555，用 CMOS 工藝制作的稱為 7555，除單定時器外，還有對應(yīng)的雙定時器 556/7556。 555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 ~16V 工作， 7555 可在 3~18V 工作，輸出驅(qū)動電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、 CMOS 或者模擬電路電平兼容。 555 定時器成本 低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。 555 定時器它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準(zhǔn)電壓 VCC /3 和 2VCC /3 。 555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時，則電壓比較器 C1 的同相輸 入端的電壓為 2VCC /3， C2 的反相輸入端的電壓為 VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于 VCC /3，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。R4Q3D I S7TH R6CV olt5TR I G2 VCC8GND1JP?4 H EA D ER圖 26 555 定時器 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 10 如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于 VCC /3，則 C1 的輸出為 0， C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。 詞名： 555 timer 中文解釋： 555 定時器 電壓比較電路 電壓比較器可將模擬信號轉(zhuǎn)換成二值信號，即只有高電平和低電平兩種 狀態(tài)的離散信號。因此可用電壓比較器來產(chǎn)生脈沖方波電壓信號。電路如圖 27 所示： 圖 27 電壓比較器電路 這里選用的電壓比較器的型號為 AD790，它有同相和反相兩個輸入端，同相端接鋸齒波電壓信號，反相端接瓦斯檢測電路的輸出電壓，也就是脈沖電壓寬度的控制信號。比較器采用單電源供電，引腳 8 接邏輯電平，其取值決定于負(fù)載所需高電平，這里接 +5V，此時比較器輸出高電平為 。引腳 5 為鎖存控制端，當(dāng)它為低電平時，鎖存輸出信號。圖 27 中 C C5 均為去耦電容，用于濾去比較器輸出產(chǎn)生變化時電源電壓的波動， R8是 輸出高電平時的上拉電阻。 脈沖電壓穩(wěn)幅電路 電路中選用 TL431 芯片對比較器輸出的脈沖電壓進(jìn)行穩(wěn)幅。電路如圖 28 所示： 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 11 圖 28 脈沖穩(wěn)壓電路 TL431 是一個有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源 , 它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設(shè)置到從 Vref（ ）到 36V 的任何值，工作電流范圍為 1mA～ 100mA，K、 A 腳兩端輸出電壓為： 10102 )( R RRV po ?? （ 213） 改變 Rp2 的阻值，就可以改變輸出基準(zhǔn)電壓大小，這里通過調(diào)節(jié) Rp2 使輸出的脈沖電壓的幅值穩(wěn)定在 3V。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 12 3 整體硬件介紹 87c552 簡介 本設(shè)計瓦斯傳感器是以單片機(jī)為核心，所以對于單片機(jī)的選型決定了硬件的復(fù)雜和簡單。要想把變流瓦斯檢測電路、聲光報警電路、紅外遙控電路和電源電路都融合到單片機(jī)控制中，則要對相應(yīng)的電路分配相應(yīng)的單片機(jī)端口即 I/O 口。如果使用 51 系列單片機(jī)則由于此類單片機(jī)的 I/O 口只有三個，所以要滿足設(shè)計要求則必須對單片機(jī)的 I/O口進(jìn)行擴(kuò)展，使其達(dá)到設(shè)計所需要的口數(shù)，而這樣就要用到芯片 8155 進(jìn)行擴(kuò)展這樣不僅在硬件上顯得繁瑣，而且從性價比方面考慮成本也是比較高的 ，同時 51 系列單片機(jī)內(nèi)部不包括 A/D 轉(zhuǎn)換器，那么在硬件中還要加入此轉(zhuǎn)換器才能把外部信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能識別的數(shù)字信號。 由于 87c552 單片機(jī)有 5 個外部雙向 8 位輸入 /輸出（ I/O）口，這樣對于我們的設(shè)計就在 I/O 口數(shù)量方面滿足了我們的要求，而且它內(nèi)部還集成了 A/D 轉(zhuǎn)換裝置，同時還滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換的需要，所以綜合進(jìn)行考慮我們首選 87c552 單片機(jī)。 87c552 概述 87C552 單片機(jī)系統(tǒng) 87C552 具有如下特點(diǎn)： 68 個引腳， 8k字節(jié)的片內(nèi)程序存儲器，可外部擴(kuò)展 64k 字節(jié)。 256 字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲 器（ RAM）， 5 個外部雙向 8 位輸入 /輸出（ I/O）口，4 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個 全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。 此外， 87C552 設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式 下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件 復(fù)位。同時該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 13 NC35V S S36V S S37NC38P 2. 0 / A 0839P 2. 1 / A 0940P 2. 2 / A 1041P 2. 3 / A 1142P 2. 4 / A 1243P 2. 5 / A 1344P 2. 6 / A 1445P 2. 7 / A 1546P S E N47A L E / P R O G48E A /V p p49P 0. 7 / A D 750P 0. 6 / A D 651P 0. 5 / A D 552P 0. 4 / A D 453P 0. 3 / A D 354P 0. 2 / A D 255P 0. 1 / A D 156P 0. 0 / A D 057A V r e f +58A V r e f +59A V S S60A V D D61P 5. 7 / A D C 762P 5. 6 / A D C 663P 5. 5 / A D C 564P 5. 4 / A D C 465P 5. 3 / A D C 366P 5. 2 / A D C 267P 5. 1 / A D C 168P 5. 0 / A D C 01V D D2S T A D C3P W M 04P W M 15EW6P 4. 0 / C M S R 07P 4. 1 / C M S R 18P 4. 2 / C M S R 29P 4. 3 / C M S R 310P 4. 4 / C M S R 411P 4. 4 / C M S R 512P 4. 6 / C M T 013P 4. 7 / C M T 114R S T15P 1. 0 / C T 0 I16P 1. 1 / C T 1 I17P 1. 2 / C T 2 I18P 1. 3 / C T 3 I19P 1. 4 / T 220P 1. 5 / R T 221P 1. 6 / S C L22P 1. 7 / S D A23P 3. 0 / R xD24P 3. 1 / T xD25P 3. 2 / I N T 026P 3. 3 / I N T 127P 3. 4 / T 028P 3. 5 / T 129P 3. 6 / W