【正文】 、放大電路、濾波電路等組成。 氣體信號(hào)的采集用的是MC113催化燃燒式氣敏元件。這個(gè)元件在通電加熱的狀態(tài)下，對(duì)可燃?xì)怏w具有吸附、脫附效應(yīng)，使其電導(dǎo)率隨著空氣中的可燃?xì)怏w的濃度增加而增大，使電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)化為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。由于輸出的電壓信號(hào)很微弱（mV級(jí)），要經(jīng)過(guò)放大處理才能進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，這部分由差分放大器和三極管完成，并且差分放大器還能有效的抑制噪聲。處理器STM32F107自身還有A/D轉(zhuǎn)換功能，所以不用另外的A/D轉(zhuǎn)換器了，直接放大濾波后送至處理器的PC4端口進(jìn)行處理。 氣體傳感器MC113MC113根據(jù)催化燃燒效應(yīng)的原理工作：當(dāng)易燃?xì)怏w接觸被催化物覆蓋的傳感器表面時(shí)會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)而燃燒，傳感器的檢測(cè)元件一般為鉑金屬絲，使用時(shí)將鉑絲通電，保持300400℃的高溫，此時(shí)若與可燃性氣體接觸，可燃性氣體就會(huì)在稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲的溫度會(huì)上升，鉑絲的電阻值也上升，通過(guò)測(cè)量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道可燃性氣體的濃度。如下圖28是MC113的測(cè)量電路，由檢測(cè)元件和補(bǔ)償元件RR5配對(duì)組成電橋的兩個(gè)臂，遇可燃性氣體時(shí)檢測(cè)元件電阻升高，橋路輸出電壓變化，該電壓變量隨氣體濃度增加而成比例增大，補(bǔ)償元件起參比及溫濕度補(bǔ)償作用，當(dāng)剛開(kāi)始測(cè)試之前，就可以調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R9，把初始輸出電壓調(diào)為零，有效的解決了因更換不同的阻值的探頭或因周?chē)h(huán)境變化導(dǎo)致的初始電壓不為零的初始化的問(wèn)題。 圖28 MC113傳感器測(cè)量電路 該傳感器采用恒壓供電，工作電壓為(177。)V，工作電流為(90177。10) mA，傳感器輸出線性度很好，MC113不僅可以檢測(cè)甲烷(CH4)，還可以檢測(cè)液化石油氣(LPG)、氫氣(H2)，輸出都呈現(xiàn)出一個(gè)良好的線性度。MC113的測(cè)量范圍是(0～100) %LEL，其中“LEL”是指爆炸下限，可燃?xì)怏w在空氣中遇明火種爆炸的最低濃度，稱(chēng)為爆炸下限一簡(jiǎn)稱(chēng)”LEL”，本設(shè)計(jì)中對(duì)超過(guò)60%LEL的氣體濃度進(jìn)行報(bào)警。 本設(shè)計(jì)采用的是5號(hào)氣敏元件，氣體濃度變化1%時(shí)，輸出電壓變化20mV，則可導(dǎo)出輸出電壓與氣體濃度的線性關(guān)系： V= 20p (公式21) 其中，V表示輸出電壓大小，單位為V；p表示氣體濃度。這樣就把氣體濃度信號(hào)變成了電壓信號(hào)。 信號(hào)放大電路放大器選用的是AD623，它可以采用單電源供電，外接電阻后其增益最高可達(dá)1000倍，放大倍數(shù)與增益電阻的關(guān)系式為：G=1+100KΩ/R。如圖29為AD623信號(hào)放大電路，AD623的輸入端接RRCCC10用來(lái)濾除無(wú)線電頻率的干擾，特別是信號(hào)較弱時(shí)更明顯。因?yàn)锳D623輸出的信號(hào)將送到ARM的A/D轉(zhuǎn)換接口PC4端，所以要求基電壓加上擺動(dòng)電壓不能超過(guò)3. 6V。，供電壓為+5V，放大倍數(shù)定為7倍，這樣可以保證在采樣范圍0～100%LEL內(nèi)產(chǎn)生的電壓都可以經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換。 圖29 AD623信號(hào)放大電路 信號(hào)濾波電路 如圖210信號(hào)濾波電路，本電路由兩階濾波電路和同相比例放大電路組成，在集成運(yùn)放輸出到集成運(yùn)放同相輸入之間引入一個(gè)負(fù)反饋，在不同的頻段，反饋的極性不相同，當(dāng)信號(hào)頻率ff0時(shí)（f0為截止頻率），電路的每級(jí)RC電路的相移趨于90，兩級(jí)RC電路的移相到180，電路的輸出電壓與輸入電壓的相位相反，故此時(shí)通過(guò)電容C引到集成運(yùn)放同相端的反饋是負(fù)反饋，反饋信號(hào)將起著削弱輸入信號(hào)的作用，使電壓的放大倍數(shù)減小，所以該反饋將使二階有源低通濾波器的幅頻特性高頻端迅速衰減，只允許低頻信號(hào)端信號(hào)通過(guò)。其特點(diǎn)是輸入阻抗高，輸出阻抗低。由公式22計(jì)算得出截止頻率為1592HZ。二階濾波電路傳遞函數(shù)： （公式22）其中 A0 稱(chēng)為通帶增益 Q=1/(3A0) 稱(chēng)為等效品質(zhì)因數(shù) Wc=1/RC 稱(chēng)為特征角頻率 圖210 信號(hào)濾波電路 顯示電路模塊 顯示設(shè)備是電子系統(tǒng)常見(jiàn)的輸出設(shè)備，在電子系統(tǒng)中占有極其重要的作用，顯示電路主要有兩種顯示方式：數(shù)碼管顯示方式和LCD液晶顯示方式。 數(shù)碼管是由7段或8段發(fā)光二極管組成，在平面上排成8字型，主要有共陰極和共陽(yáng)極兩種，只要使某些段點(diǎn)亮而另一些段不亮就可以顯示09，AF等字型。要使某段點(diǎn)亮必須具備2個(gè)條件：一是共陰極管的公共端接地和共陽(yáng)極管的公共端接電源；二是共陰極管的控制端接電源和共陽(yáng)極管的控制端接地。此顯示方式具有接口簡(jiǎn)單，占用資源少、控制靈活方便等特點(diǎn)，目前市場(chǎng)上主要有2位一體，4位一體，8位一體等數(shù)碼管，價(jià)格也比較便宜。LCD液晶顯示器是Liquid Crystal Display的簡(jiǎn)稱(chēng)，LCD的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當(dāng)中放置液態(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細(xì)小電線，透過(guò)通電與否來(lái)控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來(lái)產(chǎn)生畫(huà)面，不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示漢字、圖片等，由于LCD顯示器通過(guò)控制是否透光來(lái)控制亮和暗，當(dāng)色彩不變時(shí)，液晶也保持不變，這樣就無(wú)須考慮刷新率的問(wèn)題，對(duì)于畫(huà)面穩(wěn)定、無(wú)閃爍感的液晶顯示器，刷新率不高但圖像也很穩(wěn)定，LCD顯示器還可以通過(guò)液晶控制透光度的技術(shù)原理讓底板整體發(fā)光，做到了真正的完全平面。但是相對(duì)于數(shù)碼管顯示器，其價(jià)錢(qián)比較其昂貴。由于LCD液晶顯示方式相對(duì)于數(shù)碼管顯示方式來(lái)說(shuō)不用考慮不斷刷新等優(yōu)點(diǎn)，所以本課題設(shè)計(jì)利用TFTLCD作為輸出顯示設(shè)備，本課題的LCD的驅(qū)動(dòng)芯片為ILI9320，它采用16位數(shù)據(jù)線與外部進(jìn)行連接，利用控制器傳輸控制信號(hào)，在LCD上將傳感器的溫濕度、氣體濃度數(shù)據(jù)都顯示出來(lái)。其電路連接如圖211所示： 圖211 TFTLCD電路連接圖它有如下一些信號(hào)線： CS：TFTLCD片選信號(hào)。 WR：向TFTLCD寫(xiě)入數(shù)據(jù)。 RD：從TFTLCD讀取數(shù)據(jù)。 DB[15:0]：16位雙向數(shù)據(jù)線。 RST：硬復(fù)位TFTLCD。 RS：命令/數(shù)據(jù)標(biāo)志（0，讀寫(xiě)命令；1，讀寫(xiě)數(shù)據(jù)） 所有的數(shù)據(jù)是存在ILI9320的GRAM中的，這樣可以降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ?，只有必須更新的?shù)據(jù)才被傳送。用戶(hù)可以通過(guò)使用窗口地址功能來(lái)更新GRAM中的一部分?jǐn)?shù)據(jù)。ILI9320采用的是18位總路線接口結(jié)構(gòu)的高性能微處理器。ILI9320所有的功能模塊在收到由外部微處理器以181698位接口方式發(fā)的正確命令后才能起作用。ILI9320寄存器命令非常多，如表22所示簡(jiǎn)單介紹一下其中常用命令部分： R0：這個(gè)命令有兩個(gè)功能，如果對(duì)它寫(xiě)，則最低位為OSC，用于開(kāi)啟或關(guān)閉振蕩器，而如果對(duì)它讀操作，則返回的是控制器的型號(hào)。這個(gè)命令最大的功能就是通過(guò)讀它可以得到控制器的型號(hào)，而我們代碼在知道了控制器的型號(hào)之后，可以針對(duì)不同型號(hào)的控制器，進(jìn)行不同的初始化。因?yàn)?3xx系列的初始化，其實(shí)都比較類(lèi)似，我們完全可以用一個(gè)代碼兼容好幾個(gè)控制器。R3：入口模式命令。我們重點(diǎn)關(guān)注的是I/D0、I/DAM這3個(gè)位，因?yàn)檫@3個(gè)位控制了屏幕的顯示方向。AM：控制GRAM更新方向。當(dāng)AM=0的時(shí)候，地址以行方向更新。當(dāng)AM=1的時(shí)候，地址以列方向更新。I/D[1:0]：當(dāng)更新了一個(gè)數(shù)據(jù)之后，根據(jù)這兩個(gè)位的設(shè)置來(lái)控制地址計(jì)數(shù)器自動(dòng)增加/減少1： I/D[1:0]=00：行方向減小，列方向減小； I/D[1:0]=01：行方向增加，列方向減?。? I/D[1:0]=10：行方向減小，列方向增加； I/D[1:0]=11：行方向增加，列方向增加；通過(guò)這幾個(gè)位的設(shè)置，我們就可以控制屏幕的顯示方向了。R7：顯示控制命令。該命令CL位用來(lái)控制是8位彩色，還是26萬(wàn)色。為0時(shí)26萬(wàn)色，為1時(shí)八位色。DD0、BASEE這三個(gè)位用來(lái)控制顯示開(kāi)關(guān)與否的。當(dāng)全部設(shè)置為1的時(shí)候開(kāi)啟顯示，全0是關(guān)閉。我們一般通過(guò)該命令的設(shè)置來(lái)開(kāi)啟或關(guān)閉顯示器，以降低功耗。R3R33：設(shè)置GRAM的行地址和列地址。R32用于設(shè)置列地址（X坐標(biāo)，0~239），R33用于設(shè)置行地址（Y坐標(biāo)，0~319）。當(dāng)我們要在某個(gè)指定點(diǎn)寫(xiě)入一個(gè)顏色的時(shí)候，先通過(guò)這兩個(gè)命令設(shè)置到改點(diǎn)，然后寫(xiě)入顏色值就可以了。R34：寫(xiě)數(shù)據(jù)到GRAM命令，當(dāng)寫(xiě)入了這個(gè)命令之后，地址計(jì)數(shù)器才會(huì)自動(dòng)的增加和減少。該命令是我們要介紹的這一組命令里面唯一的單個(gè)操作的命令，只需要寫(xiě)入該值就可以了，其他的都是要先寫(xiě)入命令編號(hào)，然后寫(xiě)入操作數(shù)。R80R83：行列GRAM地址位置設(shè)置。這幾個(gè)命令用于設(shè)定你顯示區(qū)域的大小，我們整個(gè)屏的大小為240*320，但是有時(shí)候我們只需要在其中的一部分區(qū)域?qū)懭霐?shù)據(jù)，如果用先寫(xiě)坐標(biāo)，后寫(xiě)數(shù)據(jù)這樣的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，則速度大打折扣。此時(shí)我們就可以通過(guò)這幾個(gè)命令，在其中開(kāi)辟一個(gè)區(qū)域，然后不停的丟數(shù)據(jù)，地址計(jì)數(shù)器就會(huì)根據(jù)R3的設(shè)置自動(dòng)增加/減少，這樣就不需要頻繁的寫(xiě)地址了，大大提高了刷新的速度。 表22 ILI9320常用命令表 編號(hào) D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 R0 1 * * * * * * * 1 0 0 1 0 0 1 1 R3 TRIDFM 0 BGR 0 0 HWM 0 R7 0 0PTDE1 PTDE0 0 0 0 BASEE R32 0 0 0 0 0 0 0 0 R33 0 0 0 0 0 0 0 AD16 R34 NC NC NC NC NC NC NC NC R80 0 0 0 0 0 0 0 0 R81 0 0 0 0 0 0 0 0 R82 0 0 0 0 0 0 0 VSA8 R83 0 0 0 0 0 0 0 VEA8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 命令 * * * * * * * OSC打開(kāi)振蕩器/讀取型號(hào) 0 0 1 0 0 0 0 0 ORG 0 I/D1 I/D0 AM 0 0 0 入口模式 0 0 GON DTE CL 0 D1 D0 顯示控制 AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0 行地址設(shè)置 AD15AD14 AD13 AD12 AD11 AD10 AD9 AD8 列地址設(shè)置 NC NC NC NC NC NC NC NC 寫(xiě)數(shù)據(jù)到GRAMHSA7HSA6HSA5HSA4 HSA3 HSA2 HSA1 HSA0 行起始地址設(shè)置HEA7HEA6HEA5HEA4 HEA3 HEA2 HEA1 HEA0 行結(jié)束地址設(shè)置VSA7VSA6VSA5VSA4 VSA3 VSA2 VSA1 VSA0 列起始地址設(shè)置VEA7VEA6VEA5VEA4 VEA3 VEA2 VEA1 VEA0 列結(jié)束地址設(shè)置接下來(lái)我們也是將該模塊用來(lái)來(lái)顯示字符和數(shù)字。通過(guò)以上介紹，我們可以得出TFTLCD顯示需要的相關(guān)設(shè)置步驟如下：1）設(shè)置STM32F107與TFTLCD模塊相連接的I/O。這一步，先將我們與TFTLCD模塊相連的I/O口設(shè)置為輸出，及相關(guān)時(shí)鐘，具體使用哪些I/O口，這里需要根據(jù)連接電路以及TFTLCD模塊的設(shè)置來(lái)確定。2）初始化TFTLCD模塊。通過(guò)向TFTLCD寫(xiě)入一系列的設(shè)置，來(lái)啟動(dòng)TFTLCD的顯示，為后續(xù)顯示字符和數(shù)字做準(zhǔn)備。3）通過(guò)函數(shù)將字符和數(shù)字顯示到TFTLCD模塊上。這里就是通過(guò)我們?cè)O(shè)計(jì)的程序，將要顯示的字符送到TFTLCD模塊就可以了，這些函數(shù)將在軟件設(shè)計(jì)部分介紹。通過(guò)以上三步，我們就可以使用該TFTLCD模塊來(lái)顯示字符和數(shù)字了，并且可以顯示各種顏色的背景。 另外再利用4個(gè)發(fā)光二極管來(lái)顯示3個(gè)溫濕度傳感器，1個(gè)氣體傳感器模塊的工作正常情況，如下圖2