【正文】 通過(guò)一個(gè)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。它被廣泛運(yùn)用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中 [2]。 6V 輸出短路持續(xù)時(shí)間 不確定 儲(chǔ)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 23 、 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(kāi)關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成AD 轉(zhuǎn)換過(guò)程，提供的最大采樣率為 66KSPS，供電電流僅需 1mA(典型值 )。 高精度 DC 性能： %增益誤差（ G=1） %增益誤差（ G1） 25ppm增益漂移（ G=1） 200μ V最大輸入失 調(diào)電壓（ AD623A） 2μ V /℃最大輸入失調(diào)漂移（ AD623A） 100μ V最大輸入失調(diào)電壓（ AD623B） 1μ V /℃最大輸入失調(diào)漂移（ AD623B） 25nA 最大輸入偏置電流 噪聲： 35nV/ Hz 針對(duì)輸入端（ RTI）噪聲 1kHz（ G=1） 良好的 AC 特性： 最小 90dB 共模抑制比（ CMRR）（ G=10） 最小 84dB 共模抑制比（ CMRR）（ G=5） （ 60Hz， 1k 非平衡信號(hào)源） 800kHz 帶寬（ G=1） 到終值 %的建立時(shí)間 20μ s（ G=10） 引腳排列 極限參數(shù)如下： 電源電 壓 177。 22 主要特點(diǎn)： 便于使用，性能優(yōu)于分立設(shè)計(jì)，單電源或雙電源工作，滿電源幅度輸出輸入電壓范圍擴(kuò)展至低于地 150mV（單電源），低功耗，最大 575μ A 電源電流。 AD623 可取代分立的儀表放大器設(shè)計(jì)，且在最小的空間內(nèi)提供很好的線性度、溫度穩(wěn)定性和可靠性。低功耗（ 3V 時(shí) ）、寬電源電壓范圍、滿電源幅度輸出，使 AD623成為電池供電應(yīng)用的理想選擇。 至177。線路噪聲及諧波將由于共模抑制比（ CMRR）在高達(dá) 200Hz時(shí)仍保持恒定而受到抑制。 在無(wú)外接電阻條件下， AD623 被設(shè)置為單位增益（ G=1），在接入外接電阻后， AD623 可編程設(shè)置增益，其增益最高可達(dá) 1000 倍。 圖 圖 21 圖 、儀表放大器的選擇 AD623 是一個(gè)集成單電源儀表放大器，它能在單電源（ +3V 到 +12V）下提供滿電源幅度的輸出。 右 圖是典型的靈敏度特性，全部是在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下得出的結(jié)果。這種傳感器可檢知多種可燃?xì)怏w，所以是對(duì)各種應(yīng)用方式都很優(yōu)越的低成本傳感器。為了將判定值水平最佳化，并使敏感素子的功耗（ PS）低于 15mW 的限度 值，需要選擇 RL的值。這種傳感器具有極性，所以 VC需用直流電源。這個(gè)VH 用于維持敏感素子處于與對(duì)象氣體相適應(yīng)的特定溫度而施加在集成的加熱器上。 右圖是典型的靈敏度特性，全部是在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下得出的結(jié)果。2% 響應(yīng)時(shí)間 (t90) 30 秒 基準(zhǔn)線位移 (20—50℃ ) 100ppm 、氫氣傳感器的選擇 TGS822TF 傳感器因裝有活性炭過(guò)濾器，消除了雜質(zhì)氣體的影響，對(duì)有機(jī)溶劑或其他揮發(fā)性氣體的靈敏度低，而對(duì)氫氣和一氧化碳的靈敏度高，非常適合用于檢測(cè)人工煤制氣。 10% 保存期限 6 個(gè)月以內(nèi)密閉容器 檢知對(duì)象氣體 一氧化碳 測(cè)定范圍 0—1000ppm 輸出電流 40177。 用途：工廠一氧化碳濃度檢測(cè)儀器；氣體計(jì)量器具；空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)器；氣體變送器；便攜式儀器配套元件等等。傳感器與外部電路連接部位通過(guò)接插元件完成，利于傳感器與電子線路的 兼容與互換。為了提高對(duì)被測(cè)氣體的選擇性，通常在傳感器通氣孔位置設(shè)置過(guò)濾劑，以消除干擾氣體造成的不準(zhǔn)確信號(hào)。此傳感器屬于三電極方式，具有檢出信號(hào)穩(wěn)定和線性關(guān)系良好等優(yōu)越性，在一般工業(yè)得到較為廣泛的應(yīng)用。 （ 1） NGCO001 電化學(xué)一氧化碳?xì)怏w傳感器基本原理 電化學(xué)氣體傳感器由工作電極、參比電極、對(duì)電極構(gòu)成，根據(jù)外部恒電位電路，傳感器工作電極保持一個(gè)穩(wěn)定的工作電位，一氧化碳?xì)怏w傳感器基本工作原理如下面公式所示： UCTURE 工作電極： CO+H2O=CO2+2H++2e 對(duì)電極： O2+4H++4e=2H2O 總反應(yīng)： 2CO+O2=2CO2 這樣電化學(xué)氣體傳感器根據(jù)電化學(xué)反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移，從而定性并定量的檢測(cè)出被測(cè)氣體。產(chǎn)品組裝工藝簡(jiǎn)化，有利的降低了產(chǎn)品成本。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用和成本性價(jià)比， 本 設(shè)計(jì)一 氧化碳?xì)怏w傳感器選擇了 NGCO001 型電化學(xué)一氧化碳?xì)怏w傳感器， 其詳情如下 [4]： NGCO001 型電化學(xué)一氧化碳?xì)怏w傳感器屬工業(yè)級(jí)別產(chǎn)品，通過(guò)成熟的電極制備處理技術(shù)及傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其具 有長(zhǎng)壽命、高靈敏度、液體密閉性良好等技術(shù)特點(diǎn)。 表 14 表 15 表 、傳感器的選擇 對(duì)于煤氣報(bào)警器的實(shí)現(xiàn)，感應(yīng)器的選擇也相當(dāng)?shù)闹匾?，是系統(tǒng)重要的組成部分之一，其性能對(duì)于系統(tǒng)的精確度和實(shí)現(xiàn)范圍有這相當(dāng)大的影響，也是體現(xiàn)煤氣監(jiān)控發(fā)展現(xiàn)狀的標(biāo)志。 圖 RCM5700模塊接口定義 根據(jù) RCM5700 模塊接口定義可知， 52 個(gè)接口可以劃分為幾個(gè)主要部分：端口 Port A、 Port B、 Port C、 Port D、 Port E、 Serial Port A、 RAM、 Misc. I/O 等，具體如圖 所示。 ? 能通過(guò)接口板對(duì) RCM5700 進(jìn)行編程的 USB 線。 ? 配有支架 / 接頭的接口板。下述物品在開(kāi)發(fā)包的標(biāo)準(zhǔn)版本中提供。 5）參考設(shè)計(jì)使集成的以太網(wǎng)能利用無(wú)需特許權(quán)的 TCP/IP 軟件實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。用于下載經(jīng)編譯的 Dynamic 文件的 Rabbit Field Utility。 2）比購(gòu)買和組裝單獨(dú)組件更具競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格。你可以圖 9 立即為 RCM5700 模塊編寫(xiě)和測(cè)試包括以太網(wǎng)和 TCP/IP 應(yīng)用在內(nèi)的軟件。RCM5700 開(kāi)發(fā)包還包括你評(píng)測(cè) RCM5700 所需要的開(kāi)發(fā)板。 有兩種類型的開(kāi)發(fā)包供用戶進(jìn)行開(kāi)發(fā)和測(cè)試軟件。這種開(kāi)發(fā)環(huán)境減少了工作量，加速了軟硬件集成。 編程開(kāi)發(fā)采用我們經(jīng)過(guò)業(yè)界廣為驗(yàn)證的 Dynamic C 開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，一個(gè)包括編輯器、鏈接器、裝載器和編譯器在內(nèi)的 C 語(yǔ)言集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。 主要特點(diǎn)： (1) 微處理器為 Rabbit5000(內(nèi)含 128 KB 的 SDRAM)，主頻為 50MHz； (2) 程序存儲(chǔ)器為 1 MB 閃存； (3) 32 個(gè) GPIO(可配置 )； (4) 6個(gè) (可配置 )CMOS兼容的串 El； (5) 帶實(shí)時(shí)時(shí)鐘 (電池供電 )； (6) 10個(gè) 8位定時(shí)器， 10位和 l6位定時(shí)器各 1個(gè)； (7) 有兩路觸發(fā)輸入和兩路正交解碼輸入； (8) 帶有看門狗； (9) 支持 10／ 100Base—T 以太網(wǎng)功能； (10) 接口為 Mini PCI Express 接口。 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。 RCM5700 可以在任何客戶定制開(kāi)發(fā)的母板上增加新的網(wǎng)絡(luò)連接。 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 Semiconductor 公司專注于此，推出的產(chǎn)品在行業(yè)內(nèi)被廣泛應(yīng)用，十幾年來(lái)，以其產(chǎn)品質(zhì)量的高穩(wěn)定性、容易開(kāi)發(fā)、資源豐富、支持聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)獲得業(yè)界的高度認(rèn)可，譬如 RCM3200、 LP3500 在工控和水利、電力領(lǐng)域已經(jīng)成為行業(yè)內(nèi)的經(jīng)典應(yīng)用。 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(dāng)今體積最緊湊、成本最低的嵌入式解決方案。典型應(yīng)用在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)記錄和上傳、儲(chǔ)罐監(jiān)控、自動(dòng)抄表系統(tǒng)、遠(yuǎn)程能源管理等領(lǐng)域 。 既 基于 Mini Core 實(shí)現(xiàn)的 家用煤氣報(bào)警系統(tǒng)， 利用 可燃 氣體傳感器檢測(cè)某一環(huán)境中 可燃?xì)怏w 含量的指標(biāo)，對(duì)于 可燃 氣體的檢測(cè)，由于 可燃 氣體傳感器輸出量為模擬量，需 要將其進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換后送給 Rabbit RCM5700 模塊，當(dāng)其含量超過(guò)設(shè)定值時(shí)，由主芯片 Rabbit RCM5700 模塊控制蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警 。由于該模塊具有設(shè)計(jì)靈活，外圍擴(kuò)展功能強(qiáng)大的特點(diǎn)，可以構(gòu)成當(dāng)今體積最緊湊、成本最低的嵌入式解決方案，可以為系統(tǒng)方便可靠增加網(wǎng)絡(luò)連接。 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(wú)線網(wǎng)兩個(gè)版本，除了擁有 Mini 的外型，使得產(chǎn)品的設(shè)計(jì)更加容易之外，它還配置了 32 個(gè)通用輸入 /輸出端口、 6 個(gè)串行端口 和一臺(tái) Rabbit 5000 微處理器。這種開(kāi)發(fā)環(huán)境減少了工作量，加速了軟硬件集成。編程開(kāi)發(fā)采用我們經(jīng)過(guò)業(yè)界廣為驗(yàn)證的 Dynamic C 開(kāi)發(fā)系統(tǒng) , 一個(gè)包括編輯器、鏈接器、裝載器和編譯器在內(nèi)的 C 語(yǔ)言集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。 圖 基于 Mini Core的實(shí)現(xiàn) 、 方案選擇 方案 1 中采用的是 8051 單片機(jī)實(shí)現(xiàn) 煤氣報(bào)警器 ，該方案具有結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，器件成本較低的特點(diǎn)，是一種較為廣泛采用的實(shí)現(xiàn)方案。該方案主要包括了 可燃?xì)怏w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。 可燃 氣體傳感器輸出為模擬量，需要利用 A/D 轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送給 8051 單片機(jī)；晶振和鍵盤控制作為 8051 單片機(jī)的外圍輸入電路，蜂鳴器作為報(bào)警用的 8051 單片機(jī)的外圍輸出電路；顯示電路采用了 LED 顯示，由 8051單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)顯示。 、基于單片機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案 基于 8051 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的 煤氣報(bào)警器 的具體方案如圖 所示。 、 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案與選擇 針對(duì)目前主要處理芯片的不同，本文提出了 2 種實(shí)現(xiàn)方案，分別為基于 8051單片機(jī)實(shí)現(xiàn)方案以及基于 Rabbit RCM5700 實(shí)現(xiàn)方案?；?8 位和 16 位單片機(jī)的嵌入式設(shè)備 (如儀器儀表、數(shù)據(jù)采集和顯示、過(guò)程控制、工業(yè)自動(dòng)化等 )的實(shí)時(shí)應(yīng)用、測(cè)控系統(tǒng)正在走向網(wǎng)絡(luò)智能化。 5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ) 微處理器的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展，提高了人們生活的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)的現(xiàn)代化和自動(dòng)化。 本課題在硬件設(shè)計(jì)方面主要研究組成家用煤氣泄漏報(bào)警控制系統(tǒng)的單片機(jī)芯片、氣體傳感器總線的使用方法，同時(shí)研究電路設(shè)計(jì)思路、電路組成，包括控制芯片、氣體傳感器、單片機(jī)、顯示電路等的選用和設(shè)計(jì)，最后給出結(jié)構(gòu)框圖、電路原理圖。氣敏傳感器用來(lái)檢測(cè)空氣中煤氣的濃度，當(dāng)空氣中煤氣含量超過(guò)允許標(biāo)準(zhǔn)濃度后，感應(yīng)器所獲得的感應(yīng)信號(hào)均被感應(yīng)器控制器所接收，再由感應(yīng)器控制器對(duì)各感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)識(shí)別和處理，并將處理后的感應(yīng)信號(hào)通過(guò)串口送至 主控器 ，由 主控器 對(duì)其采取相應(yīng)的警報(bào)動(dòng)作。其中硬件部分由各報(bào)警感應(yīng)器、感應(yīng)器控制器、 主控器 等設(shè)備組成。 、系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本內(nèi)容 針對(duì)經(jīng)常發(fā)生的煤氣泄漏中毒事件，采用煤氣、甲烷、乙烷及一氧化碳等氣體傳感器、單片機(jī)、電磁閥和電鈴， 設(shè)計(jì)一套有毒氣體檢測(cè)、報(bào)警電路，顯示室內(nèi)空氣質(zhì)量（分優(yōu)、良、中、好、差五級(jí)），用單片機(jī)模塊分路控制繼電器、發(fā)光二極管和電鈴。產(chǎn)量超過(guò) 20萬(wàn)支的主要廠家有 5 家，黑龍江敏感集團(tuán)、太原電子廠、云南春光器材廠、天津費(fèi)加羅公司（合資）、北京電子管廠（特種電器廠），其中前四家都超過(guò) 100 萬(wàn)支，據(jù)行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)， 1998 年全國(guó)氣敏元件總產(chǎn)量已超過(guò) 600 萬(wàn)支。 氣敏元件傳感器作為新型敏感元件傳感器在國(guó)家列為重點(diǎn)支持發(fā)展的情況下，國(guó)內(nèi)已有一定的基礎(chǔ)。二是增強(qiáng)可靠性，實(shí)現(xiàn)元件和應(yīng)用電路集成化，多功能化，發(fā)展 MEMS 技術(shù)，發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)適用的變送器和智能型傳感器。 目前，氣體傳感器的發(fā)展趨勢(shì)集中表現(xiàn)為：一是提高靈敏度和工作性能，降低功耗和成本，縮小尺寸，簡(jiǎn)化電路，與應(yīng)用整機(jī)相結(jié)合，這也是氣體傳感器一直追求的目標(biāo)。 國(guó)外氣體傳感器發(fā)展很快，一方面是由于人們安全意識(shí)增強(qiáng)，對(duì)環(huán)境安全性和生活舒適性要求 提高；另一方面是由于傳感器市場(chǎng)增長(zhǎng)受到政府安全法規(guī)的推動(dòng)。隨著先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，氣體傳感器發(fā)展的趨勢(shì)是微型化、智能化和多功能化。 可燃?xì)怏w傳感器的發(fā)展也成為氣體檢測(cè)系統(tǒng)的代表性標(biāo)志。美國(guó)工業(yè)科學(xué)公司（ ISC）一臺(tái)攜帶式氣體監(jiān)控儀可實(shí)現(xiàn) 4 種氣體監(jiān)測(cè)，采用了統(tǒng)一的軟件，只需要換氣體傳感器，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)特定氣體監(jiān)測(cè)。結(jié)構(gòu)型式有袖珍型便攜式、手推式、固定式 報(bào)警等；工業(yè)用固定式報(bào)