【正文】 實驗 178。 在此讓我 感謝所有在畢業(yè)設(shè)計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學(xué) ， 感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計的環(huán)境，以及在設(shè)計中被我引用或參考的論著的作者。您治學(xué)嚴謹，思想深邃，視野 遼 闊，為我營造了 一種良好的 學(xué)習(xí) 氛圍。 偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻給一位平凡的人，我的 老 師。 西南科 技大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè)計（論文） 37 致 謝 兩年半 的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對 新的 征程。 就在當前經(jīng)濟形勢出現(xiàn)低迷的情況下 ,電子產(chǎn)品要找到新的增長點，唯一的出路是數(shù)字化。 在現(xiàn)代電子科技的高速發(fā)展過程中，微型化、集成化、高密度化以及設(shè)備的高精度化已經(jīng)成為一種長期的趨勢，這就要求我們力求使用更精確的設(shè)備。其可靠性和穩(wěn)定性都達到了很好的效果。 通過查閱大量資料，本文提出了幾種可行性方案， 對硬件電路的實現(xiàn)方案進行了分析對比， 并最終選擇了基于 MiniCore RCM5700 模塊的實現(xiàn)方案。10 3 由于 r1%，所以此系統(tǒng)的測量精度在理論上算滿足要求。10 4 r2= 222221 rr ? ≈179。70 /=179。10 3 A/D 轉(zhuǎn)換的誤差 r2 主要來自參考電源和 A/D 轉(zhuǎn)換的量化誤差，因為本系統(tǒng)的參考電壓是系統(tǒng)的電源電壓，波動比較大，所以本系統(tǒng)在設(shè)計事增加了一路由 構(gòu)成的基準電壓， A/D 轉(zhuǎn)換參考電壓源的誤差主要來自基準電壓，其誤差大小為 r21=30179。70 /100=179。 r13=50179。70)+1 – 100]/100≈179。103 – 20179。10 3 AD623 的外接電阻為精密電阻，其溫漂為 20ppm/℃，假設(shè)系統(tǒng)工作環(huán)境的溫度變化Δ西南科 技大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè)計（論文） 35 T=70℃，由 AD623 的 增益公式 G=1+100k?/Rti，可得 r12=[100179。70 /(179。 假設(shè)系統(tǒng)工作環(huán)境的溫度變化Δ T=70℃，由其失調(diào)電壓漂移可以計算出 r11=1179。V/℃；放大倍數(shù) G1 是有 %的偏差。根據(jù) AD623 的特征可知，其輸入失調(diào)電壓為 100181。首先對某一環(huán)境下的一氧化碳氣體進行檢測，植入液晶屏，觀察液晶顯示屏顯示的一氧化碳氣體含量數(shù)值；其次，通過一些特殊手段，改變環(huán)境的一氧化碳氣體含量，同時觀察液晶顯示屏顯示的一氧化碳氣體含量數(shù)值是否發(fā)生變化；當一氧化碳氣體含量指標達到一定限制值時，報警電路是否可以正常報警。并實現(xiàn)各部分功能的綜合測試。 、 系統(tǒng)軟硬件綜合性能測試 結(jié)合系統(tǒng)軟件測試，利用硬件平臺進行功能性檢 測，即驗證系統(tǒng)軟硬件綜合測試正常。 3）串口通信模塊測試 串口通信調(diào)試主要借助串口調(diào)試助手實現(xiàn) RCM5700 與 PC 機之間的通信，保證發(fā)送數(shù)據(jù)與接收數(shù)據(jù)正常。 西南科 技大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè)計（論文） 34 2）一氧化碳氣體檢測測試 此模塊的主要功能是采集煤氣氣體濃度的信號，按照國際中規(guī)定，要求測量值同相應(yīng)的實驗氣體濃度之差不超過177。在試驗中采用編組器產(chǎn)生模擬輸入信號量，讀取其 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量經(jīng)行比較。同時為了保證各硬件控制性，利用主控芯片 Rabbit RCM5700 模塊完成對各部分硬件電路控制性的測試，保證硬件電路各個環(huán)節(jié)工作正常且均可以由 Rabbit RCM5700 模塊實現(xiàn)控制。連通性 調(diào)試期間，各模塊均以 LED 代替，外接一個發(fā)光二級管，控制每個端口的連接，直到各個接口燈亮，連通性調(diào)試結(jié)束。 、 模塊的連通性調(diào)試 該部分電路的測試主要完成各個主要模 塊之間連通性測試，包括了 一 氧化碳氣體傳感器和 A/D 轉(zhuǎn)換器之間的連接、 A/D 轉(zhuǎn)換器和 Rabbit RCM5700 模塊之間的連接、LED 與 Rabbit RCM5700 模塊之間的連接、晶振以及蜂鳴器與 Rabbit RCM5700 模塊之間的連接等。 2）將 RCM5700 模塊安裝在接口板上，用 USB 電纜連接接口板和電腦。 西南科 技大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè)計（論文） 33 4 系統(tǒng)電路調(diào)試 在進行 硬件電路的 實驗 調(diào)試 時，首先檢測電路板 各個主要模塊之間的連通性，即保證硬件電路焊接及連接 無誤，是否有短路 、虛焊現(xiàn)象發(fā)生 ；對系統(tǒng)各硬件電路進行檢測，保證各 模塊 可以正常工作，同時保證各主要硬件電路可以由主控芯片 Rabbit RCM5700 模塊進行控制；對系統(tǒng)主控芯片 Rabbit RCM5700 模塊的通信進行測試；結(jié)合系統(tǒng)軟件測試，利用硬件平臺進行功能性檢測， 最終 驗證系統(tǒng)軟硬件綜合 功能的實現(xiàn) 。 西南科 技大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè)計（論文） 32 圖 310 針對 基于 MiniCoreCM5700 模塊的實現(xiàn)方案，給出了系統(tǒng)實現(xiàn)的總體硬件電路設(shè)計 。其典型電路連接如圖 39所示。具體的 RCM5700配置情況可以參考表 38。 RS232C 標準（協(xié)議）的全稱是 EIARS232C 標準，其中 EIA(Electronic Industry Association)代表美國電子工業(yè)協(xié)會，其中 RS 是 Remended Standard 的縮寫，代西南科 技大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè)計（論文） 31 表推贈標準， 232 是標識符， C代表 RS232 的最新一次修改（ 1969 年），在這之前，有過 RS232A、 RS232B 標 準，它規(guī)定連接電纜和機械、電氣特性、信號功能及傳送過程。 電磁閥與 RCM5700 的連接如下 圖 37。 DC24V 消費電力 ： AC10W~300W 關(guān)閉時間 ： 8sec / 58sec 0176。 從而打開和關(guān)閉閥門，電動執(zhí)行器可搭配大部份之閥門，安裝配套容易。閥體是氣動調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)部件， 它直接與調(diào)節(jié)介質(zhì)接觸，調(diào)節(jié)該流體的流量。 氣動調(diào)節(jié)閥的工作原理：氣動調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)組成。 西南科 技大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè)計（論文） 30 氣動活塞執(zhí)行機構(gòu)采用壓縮空氣作動力源，通過活塞的運動帶動曲臂進行 90 度回轉(zhuǎn)，達到使閥門自動啟閉。 圖 36 主控制器與顯示屏的接口設(shè)計 、 氣體自動控制閥的原理 臺灣 SUN YEH 電動閥門 它是 一種直角回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，它與閥門定位器配套使用 ，可實現(xiàn)比例調(diào)節(jié) ； V型閥芯最適用于各種調(diào)節(jié)場合，具有額定流量系數(shù)大，可調(diào)比大，密封效果好，調(diào)節(jié)性能零敏，體積小，可豎臥安裝。 第 7～ 14 腳： D0～ D7為 8位雙向數(shù)據(jù)線。當 RS 和 RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS 為低電平 RW為高電平時可以讀忙信號，當 RS為高電平 RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 、 主控制器與顯示屏的接口設(shè)計 液晶屏采用 1602 液晶屏（單 +5V 電源供電） 1602 采用標準的 16 腳接口，其中 ： 第 1 腳： VSS 為地電源 第 2 腳： VDD 接 5V 正電源 西南科 技大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè)計（論文） 29 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生 “ 鬼影 ” ，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度 第 4 腳： RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 但 RCM5700 自帶有看門狗 ，看門狗電路作為程序運行監(jiān)控器，每隔一定時間，由控制器向看門狗發(fā)出一個復(fù)位信號，使其復(fù)位端保持無效。 解決的辦法：采集關(guān)中斷。 （ 3）電路板布線 使用 TLC2543 時一定要注意電路板的布線，電路板的布線要確保數(shù)字信號和模擬信號隔開，模擬線和數(shù)字線特別是時鐘 信號線不能互相平行，也不能在 TLC2543 芯片下面布數(shù)字信號線。 （ 2）接地 對模擬器件和數(shù)字器件，電源的地線回路必須分開，以防止數(shù)字部分的噪聲電流通過模擬地回路引入，產(chǎn)生噪聲電壓，從而對模擬信號產(chǎn)生干擾。 在設(shè)計制作時要注意如下 3 個問題： （ 1）電源去耦 當使用 TLC2543 這種 12 位 A/D器件時，每個模擬 IC 的電源端必須用一個 的陶瓷電容連接到地，用作去 耦電容。 c)接口時序 可以用四種傳輸方法使 TLC2543得到全 12 位分辯率 ,每次轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳遞可以使用 12 或 16 個時鐘周期。轉(zhuǎn)換完成后 EOC 變高 ,轉(zhuǎn)換結(jié)果鎖存在輸出數(shù)據(jù)寄存器中 ,待下一個I/O 周期輸出。這個數(shù)據(jù)串是前一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果 ,在第一個輸出數(shù)據(jù)位之后的每個后續(xù)位均由后續(xù)的 I/O 時鐘下降沿輸出。當 CS 保持為低時 ,第一個數(shù)據(jù)出現(xiàn)在EOC 的上升沿。當工作于 12 或 16 位時 ,在 前 8 個時鐘脈沖之后 ,DATA INPUT 無效。其中前 4 位為模擬通道地址 ,控制 14 通道模擬多路器從 11 個模擬輸入和三個內(nèi)部測電壓中選通一路送到采樣保持電路 ,該電路從第 4個 I/O CLOCK脈沖的下降沿開始對所選信號進行采樣 ,直到最后一個 I/O CLOCK 脈沖的下降沿。器件進入 I/O 周期后同時進行兩種操作。 TLC2543 的工作過程分為兩個周期 :I/O 周期和轉(zhuǎn)換周期。 DATA INPUT：控制字輸入端，用于選擇轉(zhuǎn)換及輸出數(shù)據(jù)格式。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束端，向外部輸出。 圖 35 西南科 技大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè)計（論文） 27 AIN0～ AIN10： 11 路模擬量輸入引腳。 VREF+：正基準電壓端，一般接 +5V。 VCC：正電源端，一般接 +5V。本系統(tǒng)中運放采用了 AD623 儀用放大器實現(xiàn)，運放后信號送入 A/D 轉(zhuǎn)換器。 LM324 的引腳排列見 上 圖 34。它有 5 個引出腳，其中 “+” 、 “ ”為兩個信號輸入端， “V+” 、 “V ” 為正、負電源端， “Vo” 為輸出端。該四放大器可以工作在低到 32伏的電源下，靜態(tài)電流為 MC1741 的靜態(tài)電流的五分之一。 西南科 技大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè)計（論文） 25 圖 33 信號采集放大電路 西南科 技大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè)計（論文） 26 LM324 系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。 Q LM324 與 構(gòu)成恒壓電路，為電橋提供恒壓。在本設(shè)計中，采用恒壓供電方式為氣體傳感器供電，且在正常使用中采樣電路的輸出為單極性輸出，AD623 的 REF 端同 TLC2543 的 AD 參考電壓輸入端在設(shè)計中同時接地即可 由 AD623 構(gòu)成的放大電路如圖 33 所示。 ～177。單電源供電（ +~ +12V）能達到最佳性能。 AD623 的主要特點是：使用一只外接電阻設(shè)置增益 G，計算公式為 G=1+100k?/Rti，其中 G可達 1000，從而給用戶帶來了極大方便。 、 信號采集放大電路的設(shè)計 由于氣體傳感器采集的電信號一般很小，而且存在共模成分，需要經(jīng)過放大電路放大，之后方可進行 A/D 轉(zhuǎn)換。 蜂鳴器則有 RCM5700 模塊 PD1 輸出端口實現(xiàn)控制。 可燃氣體傳感器輸出的模擬量經(jīng)過放大電路放大后，再經(jīng)過 AD 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，數(shù)據(jù)西南科 技大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè)計（論文） 24 采用串行方式與 RCM5700 模塊連接，其中 RCM5700 模塊中 PA0、 PA PA PC6 分別與 AD 轉(zhuǎn)換器的 CLK、 DIN、 DOUT、 CS 相連，以此實現(xiàn)可燃氣體傳感器和 RCM5700 模塊的相連，將可燃氣體傳感器輸出送入 RCM5700 模塊中處理。 、 系統(tǒng)硬件電路 系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計主要包括了 RCM5700 模塊電路設(shè)計、可燃氣體傳感器電路設(shè)計、 A/D 轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計以及通信接口電路設(shè)計 如下圖 32。 所謂的模塊化設(shè)計，簡單地說就是程序的編寫不是開始就逐條錄入計算機語句和指令，而是首先用主程序、子程序、子過程等框架把軟件的主 要結(jié)構(gòu)和流程描述出來，并定義和調(diào)試好各個框架之間的輸入、