【正文】 信號的采集用的是MC113催化燃燒式氣敏元件。這個元件在通電加熱的狀態(tài)下，對可燃氣體具有吸附、脫附效應(yīng)，使其電導(dǎo)率隨著空氣中的可燃氣體的濃度增加而增大，使電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)化為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。由于輸出的電壓信號很微弱（mV級），要經(jīng)過放大處理才能進行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：當易燃氣體接觸被催化物覆蓋的傳感器表面時會發(fā)生氧化反應(yīng)而燃燒，傳感器的檢測元件一般為鉑金屬絲，使用時將鉑絲通電，保持300400℃的高溫，此時若與可燃性氣體接觸，可燃性氣體就會在稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲的溫度會上升，鉑絲的電阻值也上升，通過測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的測量電路，由檢測元件和補償元件RR5配對組成電橋的兩個臂，遇可燃性氣體時檢測元件電阻升高，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，補償元件起參比及溫濕度補償作用，當剛開始測試之前，就可以調(diào)節(jié)滑動變阻器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圍環(huán)境變化導(dǎo)致的初始電壓不為零的初始化的問題。 圖28 MC113傳感器測量電路 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不僅可以檢測甲烷(CH4)，還可以檢測液化石油氣(LPG)、氫氣(H2)，輸出都呈現(xiàn)出一個良好的線性度。MC113的測量范圍是(0～100) %LEL，其中“LEL”是指爆炸下限，可燃氣體在空氣中遇明火種爆炸的最低濃度，稱為爆炸下限一簡稱”LEL”，本設(shè)計中對超過60%LEL的氣體濃度進行報警。 本設(shè)計采用的是5號氣敏元件，氣體濃度變化1%時，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變成了電壓信號。 信號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信號放大電路，AD623的輸入端接RRCCC10用來濾除無線電頻率的干擾，特別是信號較弱時更明顯。因為AD623輸出的信號將送到ARM的A/D轉(zhuǎn)換接口PC4端，所以要求基電壓加上擺動電壓不能超過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A/D轉(zhuǎn)換。 圖29 AD623信號放大電路 信號濾波電路 如圖210信號濾波電路，本電路由兩階濾波電路和同相比例放大電路組成，在集成運放輸出到集成運放同相輸入之間引入一個負反饋，在不同的頻段，反饋的極性不相同，當信號頻率ff0時（f0為截止頻率），電路的每級RC電路的相移趨于90，兩級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，故此時通過電容C引到集成運放同相端的反饋是負反饋，反饋信號將起著削弱輸入信號的作用，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，只允許低頻信號端信號通過。其特點是輸入阻抗高，輸出阻抗低。由公式22計算得出截止頻率為1592HZ。二階濾波電路傳遞函數(shù)： （公式22）其中 A0 稱為通帶增益 Q=1/(3A0) 稱為等效品質(zhì)因數(shù) Wc=1/RC 稱為特征角頻率 圖210 信號濾波電路 顯示電路模塊 顯示設(shè)備是電子系統(tǒng)常見的輸出設(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極兩種，只要使某些段點亮而另一些段不亮就可以顯示09，AF等字型。要使某段點亮必須具備2個條件：一是共陰極管的公共端接地和共陽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極管的控制端接地。此顯示方式具有接口簡單，占用資源少、控制靈活方便等特點，目前市場上主要有2位一體，4位一體，8位一體等數(shù)碼管，價格也比較便宜。LCD液晶顯示器是Liquid Crystal Display的簡稱，LCD的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當中放置液態(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細小電線，透過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來產(chǎn)生畫面，不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示漢字、圖片等，由于LCD顯示器通過控制是否透光來控制亮和暗，當色彩不變時，液晶也保持不變，這樣就無須考慮刷新率的問題，對于畫面穩(wěn)定、無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。但是相對于數(shù)碼管顯示器，其價錢比較其昂貴。由于LCD液晶顯示方式相對于數(shù)碼管顯示方式來說不用考慮不斷刷新等優(yōu)點，所以本課題設(shè)計利用TFTLCD作為輸出顯示設(shè)備，本課題的LCD的驅(qū)動芯片為ILI9320，它采用16位數(shù)據(jù)線與外部進行連接，利用控制器傳輸控制信號，在LCD上將傳感器的溫濕度、氣體濃度數(shù)據(jù)都顯示出來。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線： CS：TFTLCD片選信號。 WR：向TFTLCD寫入數(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)標志（0，讀寫命令；1，讀寫數(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)墓ぷ鳎挥斜仨毟碌臄?shù)據(jù)才被傳送。用戶可以通過使用窗口地址功能來更新GRAM中的一部分數(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所示簡單介紹一下其中常用命令部分： R0：這個命令有兩個功能，如果對它寫，則最低位為OSC，用于開啟或關(guān)閉振蕩器，而如果對它讀操作，則返回的是控制器的型號。這個命令最大的功能就是通過讀它可以得到控制器的型號，而我們代碼在知道了控制器的型號之后，可以針對不同型號的控制器，進行不同的初始化。因為93xx系列的初始化，其實都比較類似，我們完全可以用一個代碼兼容好幾個控制器。R3：入口模式命令。我們重點關(guān)注的是I/D0、I/DAM這3個位，因為這3個位控制了屏幕的顯示方向。AM：控制GRAM更新方向。當AM=0的時候，地址以行方向更新。當AM=1的時候，地址以列方向更新。I/D[1:0]：當更新了一個數(shù)據(jù)之后，根據(jù)這兩個位的設(shè)置來控制地址計數(shù)器自動增加/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；通過這幾個位的設(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位用來控制是8位彩色，還是26萬色。為0時26萬色，為1時八位色。DD0、BASEE這三個位用來控制顯示開關(guān)與否的。當全部設(shè)置為1的時候開啟顯示，全0是關(guān)閉。我們一般通過該命令的設(shè)置來開啟或關(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，0~239），R33用于設(shè)置行地址（Y坐標，0~319）。當我們要在某個指定點寫入一個顏色的時候，先通過這兩個命令設(shè)置到改點，然后寫入顏色值就可以了。R34：寫數(shù)據(jù)到GRAM命令，當寫入了這個命令之后，地址計數(shù)器才會自動的增加和減少。該命令是我們要介紹的這一組命令里面唯一的單個操作的命令，只需要寫入該值就可以了，其他的都是要先寫入命令編號，然后寫入操作數(shù)。R80R83：行列GRAM地址位置設(shè)置。這幾個命令用于設(shè)定你顯示區(qū)域的大小，我們整個屏的大小為240*320，但是有時候我們只需要在其中的一部分區(qū)域?qū)懭霐?shù)據(jù)，如果用先寫坐標，后寫數(shù)據(jù)這樣的方式來實現(xiàn)，則速度大打折扣。此時我們就可以通過這幾個命令，在其中開辟一個區(qū)域，然后不停的丟數(shù)據(jù)，地址計數(shù)器就會根據(jù)R3的設(shè)置自動增加/減少，這樣就不需要頻繁的寫地址了，大大提高了刷新的速度。 表22 ILI9320常用命令表 編號 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打開振蕩器/讀取型號 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)置接下來我們也是將該模塊用來來顯示字符和數(shù)字。通過以上介紹，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)置來確定。2）初始化TFTLCD模塊。通過向TFTLCD寫入一系列的設(shè)置，來啟動TFTLCD的顯示，為后續(xù)顯示字符和數(shù)字做準備。3）通過函數(shù)將字符和數(shù)字顯示到TFTLCD模塊上。這里就是通過我們設(shè)計的程序，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)計部分介紹。通過以上三步，我們就可以使用該TFTLCD模塊來顯示字符和數(shù)字了，并且可以顯示各種顏色的背景。 另外再利用4個發(fā)光二極管來顯示3個溫濕度傳感器，1個氣體傳感器模塊的工作正常情況，如下圖212所示。