【正文】 27 具體硬件設(shè)計(jì)原理圖 ： D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE1174LS373123456789101112131415161718192021 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40ICL7109GND6MHz +55200K0.15uF0.33uF1M0.1uFGNDR1 25KR3 20KR25.1
。在本設(shè)計(jì)中，采用的是 RS232 標(biāo)準(zhǔn)串行接口來進(jìn)行串行通訊。 綜上所述，為了最大限度的減少由于外界環(huán)境因素給 系統(tǒng)造成的精度上面的影響，使整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的特性不隨環(huán)境溫度的變化，可以在系統(tǒng)中加入溫度補(bǔ)償電路。 設(shè)計(jì)投入到實(shí)際的生產(chǎn)中，對(duì)系統(tǒng)控制精度的可靠性和穩(wěn)定性就有更高的要求，因此系統(tǒng)盡可能地減少誤差，提高精度就顯得尤為重要。該系統(tǒng)除了具有原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，操作方便的優(yōu)點(diǎn)外 ，還具有價(jià)格低廉的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)的組成主要涉及以下 三 個(gè)方面：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的處理和將數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示并進(jìn)行處理?？梢栽诘谝粫r(shí)間內(nèi)對(duì)倉(cāng)庫(kù)里的溫濕度進(jìn)行了解，也可以更進(jìn)一步的對(duì)火災(zāi)的發(fā)生起到預(yù)防作用。 (4)功能擴(kuò) 展 該系統(tǒng)不 僅操 作簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，而且不 局限 于單一系統(tǒng)。 (3)功能完善 可分別設(shè)置參數(shù)的報(bào)警上下限，并根據(jù)需要進(jìn)行自動(dòng)的調(diào)節(jié)及報(bào)警，還能顯示當(dāng)前參數(shù)值，報(bào)警閥值等信息。 綜上所述，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有以下功能特點(diǎn)： (1)實(shí)時(shí)巡檢功能 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過利用單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘，設(shè)定巡檢時(shí)間，還可以根據(jù)需要延長(zhǎng)或縮短巡檢時(shí)間，充分提高了 CPU的利用率。其中，模擬量采集與處理最為重要，它的算法復(fù)雜，直接關(guān)系到系統(tǒng)的精度。在本系統(tǒng)中，采用的是6MHZ 的時(shí)鐘，因此機(jī)器周期 =12/晶振頻率 =12/（ 6 106） =2us。定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器每隔 100ms 中斷一次，中斷 60 次為 60s。 開 始顯 示 器 緩 沖 區(qū) 指 針 設(shè) 置 初 值 7 9 H → R 0掃 描 模 式 設(shè) 置 初 值 0 1 H → R 3R 3 → 8 2 5 5 A 口取 顯 示 數(shù) 據(jù) 查 表 轉(zhuǎn) 換 為段 碼 → 8 2 5 5 B 口延 時(shí) 1 m s顯 示 緩 沖 器 指 針 R 0 加 1( R 3 ) 3 = 1 ?R 3 左 移 一 位返 回YN 圖 44 顯示子程序流程圖 24 定時(shí)程序 由于參數(shù)的變化是緩慢的，因此為了保證 CPU能夠被有效的利用，設(shè)計(jì)通過利用單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘，采用定時(shí) /計(jì)數(shù)器來產(chǎn)生 60s 的定時(shí)，每隔 60s采集一次。 8255A 的 PA 口掃描輸出總是只有一位高電平，即顯示器的 4位中僅有一位公共陰極為低電平，其它位為高電平， 8255A 的 PB 口輸出相應(yīng)位的所顯示的字型的段碼，使某一位顯示出一個(gè)字符，其它位為暗，依次的改變 PA 口輸出為高的位， PB 口輸出相對(duì)應(yīng)的段碼，顯示器的 4 位就動(dòng)態(tài)地顯示出緩沖區(qū)中顯示數(shù)據(jù)所確定的字符。這樣一來，就將最大值數(shù)放到 N 位，把次大值放到 N1位，如此做下去，則可將 N 個(gè)數(shù)按照從小到大的順序排列。設(shè)（ REG0）為數(shù)據(jù)存放區(qū)首地址，先將（（ REG0））與（（ REG0） +1）進(jìn)行比較，若（（ REG0）） （（ REG0） +1）則不交換存放位置，否則將兩數(shù)位置對(duì)調(diào)。 具體流程圖如下所示： 程控 放大 程序 參 見附錄。若未 在最低擋的位置，則把 PGA 的增益降一檔，再重復(fù)前面的處理。當(dāng)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換后， CPU 便判斷是否超值。 擴(kuò)展程序 參 見 附錄 。 I/O 端口的擴(kuò)展程序 在設(shè)計(jì)中，利用了 8255A 來擴(kuò)展 I/O 端口，但是 8255A 有三種工作方式，系統(tǒng)使用的是當(dāng) 8255A 工作在方式 0，則 8255A 的方式控制字為： 10000000即為 90H。如若沒有，則返回進(jìn)行下一次的檢測(cè)。經(jīng)過數(shù)字濾波后，判斷采樣值與設(shè)定值的大小。一旦確定后，就將這一路的數(shù)據(jù)輸入到 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模 /數(shù)轉(zhuǎn)換，由單片機(jī)的 口輸出低電平信號(hào)到 ICL7109的高字節(jié)允許端，讀高 4 位數(shù)據(jù)、極性和溢出位，由 讀出低電平信號(hào)到低字節(jié)允許端，讀取低 8 位數(shù)據(jù)。當(dāng)系統(tǒng)初 始化后，由鍵盤輸入?yún)?shù)的設(shè)定值。 總系統(tǒng)體系設(shè)計(jì) 該 檢測(cè) 系統(tǒng)由單片機(jī) 805 A/D 轉(zhuǎn)換器、多路開關(guān) CC4052 等組成。 首先 由單片機(jī)來識(shí)別當(dāng)前的室內(nèi)溫度和濕度。 ICL7109 的主要特性 [9]如下： (1)高精度（精確到 1/ 122 =1/4096）； (2)低噪聲（典型值為 15uVpp）； (3)低漂移（小于 1uV/℃）； (4)高輸入阻抗（典型值為 1210 Ω）； (5)低功耗（小于 20nW）； (6)轉(zhuǎn)換速度最快為每秒 30 次，當(dāng)采用 晶體振蕩器作振蕩源時(shí)，每秒可作 次的轉(zhuǎn)換； (7)片內(nèi)帶有振蕩器 ，外部可接以晶體或 RC 電路以組成不同頻率的時(shí)鐘電路； (8)12 位二進(jìn)制輸出，同時(shí)還有一位極性和一位溢出位輸出； (9)輸出與 TTL 兼容，以字節(jié)方式（分高、低字節(jié)）的三態(tài)輸出，并具有UART 掛鉤方式，可以用簡(jiǎn)單的并行或串行接口接到微處理器系統(tǒng)； (10)可用 RUN/ HOLD （運(yùn)行 /保持）和 STATUS（狀態(tài)）信號(hào)監(jiān)視和控制轉(zhuǎn)換定時(shí)； (11)所有輸入端都有抗靜電護(hù)電路。 A/D 轉(zhuǎn)換器 ICL7109 ICL7109 是 Intersil 公司生產(chǎn)的一種高精度、低噪聲、低漂移、價(jià) 格低廉的雙積分式 12 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器。待檢測(cè)氣體可通過元件電阻變化直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，且元件電阻率變化大。 (4)元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高，力學(xué)性能良好。 (2)SnO2 材料的物理、化學(xué)穩(wěn)定性好，與其他類型氣敏元件（比如接觸燃燒式氣敏元件）相比， SnO2 氣敏元件壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性好、耐腐蝕性強(qiáng)。 TGS202 氣 敏 傳感器 TGS202 是典型的 SnO2 半導(dǎo)體氣敏傳感器，這類器件以多孔質(zhì) SnO2 燒結(jié)體為基本材料。 +5V 供電時(shí)的漏電電流僅為1nA。 %。 (4)響應(yīng)速度快，（響應(yīng)時(shí)間為 5s），恢復(fù)時(shí)間短（ 10s），長(zhǎng)期穩(wěn)定 性好（年漂移量為177。 (3)既可構(gòu)成線性電壓輸出電路，亦可組成線性頻率輸出電路。 (2)產(chǎn)品具有良好的互換性。溫度系數(shù)為 +℃。（ RH 表示相對(duì)濕度，即表示在相同濕度下大 氣中水蒸汽的實(shí)際壓強(qiáng)預(yù)報(bào)和水蒸氣的壓強(qiáng)之比。 它采用專利技術(shù)，能構(gòu)成不同輸出形式的相對(duì)濕度檢測(cè)電路，還可用做濕度補(bǔ)償。熱力學(xué)溫標(biāo)（ K）與攝氏溫標(biāo)（℃）的換算關(guān)系如下所示： T(℃ )=T(K) 測(cè)溫電路不需要電橋，不需要低電平測(cè)量設(shè)備和線性化電路，因?yàn)?AD590輸出的是電流又易于遠(yuǎn)距離傳送，不會(huì)因線路壓降或感應(yīng)噪聲電壓產(chǎn)生大的溫差，又因?yàn)樗歉咦杩闺娏髟?，?duì)激勵(lì)電壓也是不太敏感的，為了減少自身發(fā)熱的影響，采用的低激勵(lì)電壓為 +5V。 ℃。 精度高。 AD590 可以承受 44V 正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。 AD590 的電源電壓范圍為 4V～ 30V。它兼有集成恒流源和集成溫度傳感器的特點(diǎn)，具有測(cè)量誤差小、動(dòng)態(tài)阻抗高、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等特點(diǎn)，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性較準(zhǔn)，從而減少了外圍電路的設(shè)計(jì)。 由三極管來控制蜂鳴器的發(fā)聲 ，從而實(shí)現(xiàn)火災(zāi)報(bào)警功能。具體連接電路如下所示： 圖 211 使用三極管作驅(qū)動(dòng)的蜂鳴音報(bào)警電路 在圖 211 中， 接晶體管基極輸入端。 蜂鳴音報(bào)警電路 火災(zāi)發(fā)生時(shí)，由于貨物的完全或不完全燃燒，主要產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳等氣體 ， 若空氣中的氣體含量出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)將立即啟動(dòng)報(bào)警裝置。在圖中， Vc 的電壓范圍是 6～ 30V， TIL117 光電耦合器。 端輸出低電平時(shí)，繼電器 J 吸合； 端輸出高電平時(shí)，繼電器 J 釋放。 因?yàn)閱纹瑱C(jī) 的 I/O 口的驅(qū)動(dòng)能力是有限的，在低電平輸出時(shí)，一般也只能提供不到 2mA 的電流，所以通常要加總線驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備。由于擴(kuò)展的 I/O 口芯片主要用來連接鍵盤和顯示部分。用公式可表示為 N=行首鍵號(hào) +列號(hào)。鍵值的計(jì)算方法為：閉合鍵的鍵號(hào)等于為低電平的列號(hào)加上為低電平的行的首鍵號(hào)。 (2)去除鍵的機(jī)械抖動(dòng)方法：當(dāng)判別出鍵盤上有鍵閉合后，延遲一段時(shí)間再判別鍵盤的狀態(tài)，若仍有鍵閉合，則認(rèn)為鍵盤上有一個(gè)鍵處于穩(wěn)定的閉合期，否則認(rèn)為是鍵的抖動(dòng)。下面將簡(jiǎn)要敘述實(shí)現(xiàn)這幾方面的方法 [4]。 具體的電路圖 為 ： 圖 29 鍵盤 /顯示器接口電路 14 為了簡(jiǎn)化硬件電路，就把所有顯示器的 8 個(gè)筆畫端 a～ h 的各同名端互相接在一起，并把它們接到字段輸出口上。 8051 外擴(kuò)一片 8255A， 8255A 的 I/O 口地址為 FF7CH～ FF7FH， 8255A的 PA 口為輸出口，控制鍵盤 列線 Y0～ Y7 的電位， PA 口作為鍵掃描口，同時(shí)又是 4 位共陰極顯示器的位掃描口， 8255A 的 PC 口作為輸入口， PC0～ PC3接行線，作為鍵輸入口。接著，再按動(dòng)一下設(shè)定鍵，屏幕上顯示“ 2”，表示現(xiàn)在進(jìn)入第二個(gè)參數(shù)值的設(shè)置，接下來的操作與第一個(gè)參數(shù)值的操作一樣。 為了方便操作，還在設(shè)計(jì)中加入了參數(shù)的設(shè)定按鍵。最常見 的就是配置鍵盤和顯示器。 13 硬件 外設(shè) 電路 設(shè)計(jì) 一個(gè)系統(tǒng)要正常、有序的工作必須要有硬件電路的支撐，本系統(tǒng)的外設(shè)硬件電路主要實(shí)現(xiàn) 將 前面測(cè)量所得的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)，以便后面的單片機(jī)能識(shí)別。 A/D 轉(zhuǎn)換的好壞直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的精確度，由于本系統(tǒng)測(cè)量的參數(shù)信號(hào)，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，滯后大，不要求快速轉(zhuǎn)換，因此選用 12 位的雙積分ADICL7109。 當(dāng) STATUS 狀態(tài)引腳輸出低電平時(shí)，由 輸出低電平信號(hào)到 ICL7109的 HEBN ，讀高四位數(shù)據(jù)、極性及溢出位，由 讀出低電平信號(hào)到 LEBN ，讀低 8 位數(shù)據(jù)。RUN/ HOLD 引腳接 +5V， A/D 轉(zhuǎn)換連續(xù)進(jìn)行。在本系統(tǒng)中采用的是精 12 度高、抗干擾性好、價(jià)格低廉的雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器 ICL7109。 同理 B 口、 C 口及控制口地址分別為： FF7DH、 FF7EH、 FF7FH。顯然只要保證 為低電平，選中該 8255，若 、 再為“ 00”選中 8255A 的 A 口，同理 、 為“ 01”、“ 10”、“ 11”分別選中 B 口、 C 口及控制口。片選 CS 、地址選擇端 A A0。 8255A 的地址線 A A0 經(jīng) 74LS373 接于 、 ；片選端 CS 經(jīng)74LS373 與 連通，其他地址線懸空； 8255A 的控制線 RD 、 WR 直接接于單片機(jī)的 RD 和 WR 端。這樣就可以基本滿足外設(shè)的要求。在本設(shè)計(jì)中，就直接利用單片機(jī)擴(kuò)展接口芯片 8255A。 圖 26 存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 I/O 端口的擴(kuò)展 雖然 8051 本身具有 I/O 口，但是已經(jīng)被系統(tǒng)總線 P0 口和 P2 口用作 16位地址總線占用了一部分，真正用作 I/O 口線已經(jīng)不多，只有 P1 口的 8 位 I/O線和 P3 口的某些位線可作為輸入輸出線使用。同理 IC IC3 地址范圍 8000H～FFFFH，此時(shí) =1， IC2 與 IC4 占用相同的地址空間，由于二者一個(gè)為程序存儲(chǔ)器，一個(gè)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，在控制線 PSEN 、 WR 或 RD 控制下，不同時(shí)工作。如 =0 時(shí)，選中 IC IC4。結(jié)合 下 圖所示的連接，下面給出芯片 IC IC IC IC4 的地址范圍。 PSEN 、 WR 、 RD 三個(gè)信號(hào)是在執(zhí)行指令時(shí)產(chǎn)生的，但在任一時(shí)刻，只能執(zhí)行一條指令，所以只