【正文】 西南科 技大學 畢 業(yè) 設計（論文） 38 參考文獻 [1]余錫存、曹國華，《單片機原理及接口設計》第二版，西安電子科技大學出版社2021 [2]侯建華 ， 基于 TLC2543L 的 A／ D轉(zhuǎn)換模板的設計 ， 機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新， [3]顏克華 、 蘇開才 ， 串行 A/D轉(zhuǎn)換器 TLC2543 與 80C196 的接口及編程 ， 電子質(zhì)量， [4]周世龍，單電源供電運算放大器設計方法，電子工程師， 2021， 31 [5]丁國駿，陳敏，《圖解電子電路》，科學出版社， 2021 [6]王猛，姜旭，可燃氣體報警器計量檢定現(xiàn)狀與發(fā)展，沈陽市能源標準計量所， 2021 [7]高吉祥，《數(shù)字系統(tǒng)與自動控制系統(tǒng)設計》，電子工業(yè)版社， 2021 [8]謝自美，《電子線路綜合設計》，華中科技大學出版社， 2021 [9]謝自美，《電子線路設計 178。我不是您最出色的學生，而您卻是我最尊敬的老師?？梢哉f ,一切電子產(chǎn)品，包括通信、廣播、電視控制、家用電器、電視音響等消費類電子產(chǎn) 品 ,數(shù)字化的時代已經(jīng)到來 ,“數(shù)字化的魅力無窮、模擬處處數(shù)字化”的景象已經(jīng)展現(xiàn) ,今后將會迎來新的高潮。 本課題實用性強，綜合應用了數(shù)字電路、模擬電路、傳感器技術(shù)、單片機通信與控制技術(shù)等電子信息工程大學本科教育的 主要基礎(chǔ)知識，具有較高的技術(shù)含量。 西南科 技大學 畢 業(yè) 設計（論文） 36 總 結(jié) 本文從整體到部分詳細介紹了家用煤氣泄露報警控制器的設計。10 4 本系統(tǒng)采用的是 12 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以計算出 r22=1/212=179。10 3 r1= 213212211 rrr ?? ≈179。10 6AD623的增益會隨溫度的變化而變化，在增益大于 1 時，其典型值為 50ppm/℃，而且這個變化值與外接的精密電阻無關(guān)。103/(179。10 6179。V；失調(diào)電壓漂移為 1181。 二氧化碳氣體檢測綜合測試該綜合測試主要在系統(tǒng)調(diào)試正常的情況下，驗證一氧化碳氣體綜合測試情況。 、 系統(tǒng)主控硬件的通信性能調(diào)試 系統(tǒng)主控硬件電路的通信性能調(diào)試主要是對 RS232 電路進行調(diào)試和測試，保證通信可以正常運行。實驗的結(jié)果 表明 A/D采樣精度滿足系統(tǒng)功能要求。 、 系統(tǒng)各硬件的檢測及控制性調(diào)試 系統(tǒng)各硬件的檢測及控制性主要包括了 各主要模塊的功能性驗證，即 一 氧化碳氣體傳感器電路、鍵盤電路、 LED 顯示等電路各自可以正常工作。 3）植入軟件程序，檢測無誤后，將驅(qū)動各功能運作。 并分別對 RCM5700 模塊碳氣體傳感器電路、放大電路， A/D轉(zhuǎn)換器電路、以及通信接口電路的設計進行了詳細闡述 。 表 38 RCM5700 配置情況 其中電平轉(zhuǎn)換芯片采用了 MAXIM 公司的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片 MAX232 實現(xiàn)。 圖 37 主控制器與自動氣閥接口設計 、 通信接口電路設計 本設計中通信接口電路采用了 RS232 實現(xiàn)， RS232C 是由美國電子工業(yè)協(xié)會（ EIA）正式公布的，在異步串行通信中應用最廣泛的標準總線。 執(zhí)行器電壓： AC:1ψ110V 、 1ψ220V 、 3ψ220V 、 3ψ380V 、 3ψ440V 、 24V。執(zhí)行機構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的推力部件，它按控制信號壓力的大小產(chǎn)生相應的推力，推動調(diào)節(jié)機構(gòu)動作。適用于控制氣體、蒸汽、液體等介質(zhì)。 第 6 腳： E端為使能端，當 E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。程序一旦跑飛或進入死循環(huán)造成系統(tǒng)失效，由看門狗發(fā)出一 個復位信號，使系統(tǒng)能盡快復位并恢復正常工作。 TLC2543 對時序要求特別嚴格，數(shù)每隔一小段時間就會有變化。在噪聲影響較大的環(huán)境中，建議每個電源和陶瓷電容端并一個 10μF 的鉭電容，這樣能夠減小噪聲的影響。 I/O 周期和轉(zhuǎn)換周期交替進行 ,從而可減小外部的數(shù)字噪聲對轉(zhuǎn)換精度的影響。若轉(zhuǎn)換由 CS 控制 ,則第一個輸出數(shù)據(jù)發(fā)生在 CS 的下降沿。 I/O周期的時鐘脈沖個數(shù)與輸出數(shù)據(jù)長度 (位數(shù) )同時由輸入數(shù)據(jù)的 D D2 位選擇為 12或 16。 a) I/O 周期 I/O 周期由外部提供的 I/O CLOCK 定義 ,延續(xù) 12 或 16 個時鐘周期 ,決定于 選定的輸出數(shù)據(jù)長度。 I／ O CLOCK：控制輸入輸出的時鐘，由外部輸入。 V ：負基準電壓端，一般接地。 圖 35中 AIN0— AIN10 為模擬輸入端；／ CS為片選端； DIN 為串行數(shù)據(jù)輸入端； DOUT為 A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端；EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束端； CLK 為 I／ O 時鐘；REF+為正基準電壓端； REF 一為負基準電壓端； VCC 為電源； GND 為地。兩個信號輸入端中， Vi（ ）為反相輸入端，表示運放輸 圖 34 LM324 的引腳排列 出端 Vo 的信號與該輸入端的位相反； Vi+（ +）為同相輸入端，表示運放輸出端 Vo 的信號與該輸入端的相位相同。與單電源應用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。在圖中接口 J4 為氣體傳感器的接口，氣體傳感器與電阻 R3 R35 和 R39構(gòu)成電橋采集信號，直流 + 電壓用過 LM324 同相輸入端獲得一個穩(wěn)定的輸出電壓， Q1的通斷由 LM324 輸出決定，由于 Q1 的 B極電源比較穩(wěn)定，而 B 級電流決定三級管導通時的放大 倍數(shù)，因此通過 CE 極的電壓也比較穩(wěn)定。但雙電源供電（177。氣體傳感器輸出的信號幅度很小，存在著不同程度的電磁干擾，因此在本設計中，放大電路采用儀表放大器 AD623，對來自傳感器的信號經(jīng)行精密放大，同時抑制共模成分提高信號質(zhì)量 [6]。 串口通信主要利用 RCM5700 模塊端口 PB3 和 PB5 作為串口通信端口，分別定義為TXD 和 RXD。 氫氣傳感器 烷類傳感器 信號放大器 信號放大器 A/D A/D A/D 晶振 串口 RCM5700 蜂鳴器 顯示器 電磁閥 報警燈 其他擴展 電源 CO 傳感器 西南科 技大學 畢 業(yè) 設計（論文） 23 用戶端自動報警器內(nèi)提供備用電源，在沒有市電的情況下，交直流供電自動切換，確保系統(tǒng)在停電 時能繼續(xù)工作。以讓監(jiān)控人員進行處理。其他 2 種傳感分別對其中 2類的可燃氣體進行檢測。其特點有： 1) 12 bit 分辨率 A／ D 轉(zhuǎn)換器； 2) 在工作溫度范圍內(nèi) 10s轉(zhuǎn)換時間； 3) 11 個模擬輸入通道； 4) 3 路內(nèi)置自測試方式； 5) 采樣率為 66 kb/s； 6) 線性誤差 +1LSB(max)； 7) 有轉(zhuǎn)換結(jié)束 (EOC)輸出； 8) 具有單、雙極性輸出； 9) 可編程的 MSB或 LSB 前導； 10) 可編程的輸出數(shù)據(jù)長度。它還可以通過一個串行的 3 態(tài)輸出端 (DATA OUT)與主處理器或其它外圍的串行口通訊，輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。 6V 輸出短路持續(xù)時間 不確定 儲存溫度 范圍（ N， R， RM） 65℃至 +125℃ 工作溫度范圍： AD623A – 40℃至 +85℃ 引腳溫度范圍（焊接， 10秒） +300℃ 圖 218 西南科 技大學 畢 業(yè) 設計（論文） 21 、 A/D 轉(zhuǎn)換器選擇 本文 A/D 轉(zhuǎn)換器選擇了 TLC2543，該芯片是 7LC2543 是德州儀器公司 (TI)新型模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)，具有 l2 位的分辨率，使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成 AD 轉(zhuǎn)換過程，提供的最大采樣率為 66KSPS，供電電流僅需 1mA(典型值 )。 西南科 技大學 畢 業(yè) 設計（論文） 20 主要特點： 便于使用，性能優(yōu)于分立設計，單電源 或雙電源工作，滿電源幅度輸出輸入電壓范圍擴展至低于地 150mV（單電源），低功耗，最大 575μ A電源電流。低功耗（ 3V 時 ）、寬電源電壓范圍、滿電源幅度輸出，使 AD623 成為電池供電應用的理想選擇。線路噪聲及諧波將由于共模抑制比（ CMRR）在高達 200Hz 時仍保持恒定而受到抑制。 圖 215 圖 216 西南科 技大學 畢 業(yè) 設計（論文） 19 圖 217 、 儀表放大器的選擇 AD623 是一個集成單電源儀表放大器， 如下圖 218， 它能在單電源（ +3V 到 +12V）下提供滿電源幅度的輸出。這種傳感器可檢知多種可燃氣體，所以是對各種應用方式都很優(yōu)越的低成本傳感器。 只要能滿足傳感器的電性要求， VC和 VH 可以共用同一個電源電 路。 縱坐標以傳感器電阻比（ Rs/Ro）表示， Rs， Ro的定義如下： Rs ＝不同濃度氣體中的電阻值 Ro ＝ 1000ppm 一氧化碳中的電阻值 基本測試回路： 此傳感器需要施加 2 個電壓：加熱器電壓（ VH）和回路電壓（ VC）。10nAppm 重復性誤差 177。產(chǎn)品組裝工藝簡化，有利的降低了產(chǎn)品成本。 圖 27 西南科 技大學 畢 業(yè) 設計（論文） 15 圖 28 電化學傳感器原理 圖 （ 2） 傳感器基本結(jié)構(gòu) 氣體傳感器由工作電極、對電極、參比電極、電解質(zhì)、液體保持材料、過濾干擾氣體物質(zhì)、貴金屬引線、接線柱等組成，使用的典型電極材料包括鉑、金、銀、銠、碳、釕、鈀等，傳感器信號通過引線傳導到外部電路，通過放大等處理進行顯示。 用途：工廠一氧化碳濃度檢測儀器；氣體計量器具；空氣質(zhì)量監(jiān)測器；氣體變送器；便攜式儀器配套元件等等。 、 一氧化碳傳感器的選擇 市面上的煤氣感應器多種多樣，特性價格也各有不同。 能通過接口板 對 RCM5700 進行編程的 USB 線。下述物品在開發(fā)包的標準版本中提供。用于下載經(jīng)編譯的 Dynamic 文件的 Rabbit Field Utility。你可以立即為 RCM5700 模塊編寫和測試包括以太網(wǎng)和 TCP/IP 應用在內(nèi)的軟件。 有兩種類型的開發(fā)包供用戶進行開發(fā)和測試軟件。編程開發(fā)采用我們經(jīng)過業(yè)界廣為驗證的 Dynamic C 開發(fā)系統(tǒng)，一個包括編輯器、鏈接器、裝載器和編譯器在內(nèi)的 C 語言集成開發(fā)環(huán)境。52pin mini PCI Express 插槽式的板邊連接器引出了 RCM5700 的 I/O 總線，并行端口和串口到 RCM5700 固定的母板上 ，如圖 23。 新的 Mini Core RCM5700 模塊在體積極其緊湊的 mini PCI Express 板型結(jié)構(gòu)內(nèi)集成了豐富的嵌入式功能，并且成本極低。 Rabbit 充分結(jié)合了易于使用和最大限度的降低產(chǎn)品成本提供可以構(gòu)成當今體積最緊湊、成本最低的嵌入式解決方案。 既 基于 Mini Core 實現(xiàn)的 家用煤氣報警系統(tǒng)， 利用 可燃 氣體傳感器檢測某一環(huán)境中 可燃氣 體 含量的指標，對于 可燃 氣體的檢測，由于 可燃 氣體傳感器輸出量為模擬量，需要將其進行 A/D 轉(zhuǎn)換后送給 Rabbit RCM5700 模塊，當其含量超過設定值時，由主芯片 Rabbit RCM5700 模塊控制蜂鳴器進行報警 。 Rabbit MiniCore 系列產(chǎn)品采用超小型 mini PCI Express 接口，具有可互相兼容的以太網(wǎng)與 WiFi 無線網(wǎng)兩個版本，除了擁有 Mini 的外型，使得產(chǎn) 品的設計更加容易之外，它還配置了 32 個通用輸入 /輸出端口、 6 個串行端口和一臺 Rabbit 5000微處理器。編程開發(fā)采用我們經(jīng)過業(yè)界廣為驗證的 Dynamic C 開發(fā)系統(tǒng) , 一個包括編輯器、鏈接器、裝載器和編譯器在內(nèi)的 C 語言集成開發(fā)環(huán)境。該方案主要包括了 可燃氣體傳感器 、 A/D 轉(zhuǎn)換器、鍵盤控制電路、 Rabbit RCM5700 模塊 電路、晶振、蜂鳴器以及 LED 顯示電路。 、 基于單片機的實現(xiàn)方案 基于 8051 單片機實現(xiàn)的 煤氣報警器 的具體方案如圖 21 所示?；?8位和 16位單片機的嵌入式設備 (如儀器儀表、數(shù)據(jù)采集和顯示、過程控制、工業(yè)自動化等 )的實時應用、測控系統(tǒng)正