【正文】 CH4)濃度斜率≤標準工作條件溫度：20℃177。相對濕度：65%177。預熱時間不少于24小時 圖24 MQ4型氣敏元件的靈敏度特性 其中：溫度為20℃、相對濕度為65%、氧氣濃度為21%RL=20kΩ。Ro是指元件在潔凈空氣中的電阻值。同時MQ4甲烷傳感器元件需要進行測量之后才可以使用，這是因為其出廠時電阻不穩(wěn)定所造成的，為了使用可靠，其電阻是必須測量的，其傳感器電阻（Rs），可以用下式計算：Rs=（Vc/VRL1）*RL。因此，在使用此類型氣敏元件時，靈敏度的調整是很重要的。其校準過程如下：在測試條件下對傳感器進行校準時，我們進行硬件部分電路的調試。而靈敏度的調節(jié)是依靠調節(jié)負載電阻RL來實現的。這樣確定下來的RL的阻值，換言之傳感器的靈敏度也就確定下來了，此時我們已經完成了甲烷傳感器的校準。 圖25 MQ4型元件溫濕度特性 其中縱坐標是傳感器的電阻比（Rs/Ro）。Ro表示在含1000ppm 甲烷、20℃/65%RH環(huán)境條件下傳感器的電阻值。 無線數據傳輸模塊的選擇 本設計采用PTR2000作為無線傳輸模塊PTR2000芯片性能優(yōu)異，在業(yè)界居于領先水平，它的顯著特點是所需外圍元件少，設計非常方便。以往設計無線數傳產品常常需要相當多的無線電專業(yè)知識和昂貴的專業(yè)設備，而且傳統的電路設計方案不是電路太復雜就是調試困難，而令人望而卻步，以至影響了用戶的使用和新產品的開發(fā)研制工作。該器件采用抗干擾能力強的FSK調制/解調方式，其工作頻率穩(wěn)定可靠、外圍元件少、功耗極低且方便設計生產。PTR2000模板的引腳排列如圖26所示。CS=0時，選擇工作頻道1， ；CS=1時選擇工作頻道2， MHz；DO（3腳）：數據輸出端；DI（4腳）：數據輸入端；GND（5腳）：電源地；PWR（6腳）：節(jié)能控制端。當TXEN=1時，模塊為發(fā)射狀態(tài)；當TXEN=0時模塊被設置為接收狀態(tài)。它是作為專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定制電路而出現的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。CPLD和FPGA包括了一些相對大數量的可編輯邏輯單元。另外CPLD和FPGA的主要區(qū)別是他們的系統結構。這個結構由一個或者多個可編輯的結果之和的邏輯組列和一些相對少量的鎖定的寄存器。而FPGA卻是有很多的連接單元，這樣雖然讓它可以更加靈活的編輯，但是結構卻復雜的多。因此一個有關的重要區(qū)別是很多新的FPGA支持完全的或者部分的系統內重新配置。一些FPGA可以讓設備的一部分重新編輯而其他部分繼續(xù)正常運行。另外高層次的行為描述可以和低層次的RTL描述和結構描述混用，這個是VHDL不同于其它HDL語言的。在傳統的設計方法里面，往往要求設計者在設計電路前寫出該電路的邏輯表達式或者真值表(時序電路的狀態(tài)表)。利用VHDL設計硬件電路時候，就可以使用設計者免除編寫表達式真值表之苦，從而大大降低設計的難度，也縮短設計了周期。而從原理圖推知其工作原理，則需要更多的硬件知識和經驗。 圖31 MQ4甲烷傳感器模塊設計電路圖上圖是傳感器模塊的測試電路。其中 VH用于為傳感器提供特定的工作溫度。這種傳感器具有輕微的極性，VC需用直流電源。為更好利用傳感器的性能，需要選擇恰當的RL值。已知選擇的傳感器電阻Rs為20KΩ，電阻R0也為20 KΩ，這樣的話理想情況下根據VRL=VCC/（Rs/R0+1）得：輸出電壓VRL=； KΩ。 A/D轉換模塊 ADC0809概述A/D轉換器（analog digital converter簡稱ADC）是將輸入的模擬電壓或電流轉換成數字量的器件或設備，即能把被控對象的各種模擬信息變成計算機可以識別的數字信息，它是模擬系統與數字系統或計算機之間的接口。ADC0809是CMOS的8位模/數轉換器，采用逐次逼近原理進行A/D轉換，芯片內有模擬多路轉換開關和A/D轉換兩大部分，可對8路0～5V的輸入模擬電壓信號分時進行轉換。就是說它可以分時地分別對八個模擬量進行測量轉換；ADDA－C：地址線。在低電平時向ADDA－C寫地址，當ALE跳至高電平后ADDA－C上的數據被鎖存；START：啟動轉換信號。當它為下降沿后，開始A/D轉換；D0－D7：數據輸出口。ADC0809內部沒有時鐘電路，需由外部提供時鐘脈沖信號。EOC＝0，正在進行轉換。參考電壓用來與輸入的模擬量進行比較，作為測量的基準。時序圖如圖33所示： 圖33： ADC0809工作時序圖它的工作過程為：①在IN0－IN7上可分別接上要測量轉換的8路模擬量信號；②將ADDA－ADDC端給上代表選擇測量通道的代碼。當上升沿時，所有內部寄存器清零。在上述的A/D轉換期間，可以對EOC進行不斷測量，當EOC為高電平時，表明轉換工作結束。OE＝0，D0－D7輸出端為高阻態(tài)，OE＝1，D0－D7端輸出轉換的數據[11]。ADDA、ADDB、ADDC三條地址線接地使ADC0809只對IN0輸入端進行信息采集。同時ALE、ENABLE、START、CLOCK接FPGA，FPGA為ADC0809提供地址鎖存信號、輸出允許控制信號、啟動控制信號和時鐘信號。 無線傳輸模塊設計 本文中的無線數據傳輸模塊采用PTR2000，因為它是目前集成度較高的無線收發(fā)產品，其接受和發(fā)送合為一體，具有兩個頻道，可滿足多信道工作的場合。 圖35 無線數據傳輸模塊硬件結構框圖 其工作模式包括工作頻道的設置和發(fā)送、接收、待機狀態(tài)，由TXEN、CS、PWR引腳共同決定，其工作模式設置如表31所示。PTR2000模塊的TXEN=1，接到VCC上，PTR2000出于發(fā)射狀態(tài)；如果TXEN=0，接到GND上，PTR2000出于接收狀態(tài)。PTR2000的PWR引腳連接到VCC上，使PTR2000的固定工作在正常狀態(tài)。 圖36 接收端PTR2000連接圖 圖37 發(fā)射端PTR2000連接圖 LED顯示電路設計發(fā)光二極一般是砷化鎵半導體二極管，在發(fā)光二極管兩端加上正向電壓，則發(fā)光二極管發(fā)光。8段共陰極數碼管由a、b、c、d、e、f、g、d、g這8個發(fā)光二極管組成。如圖38所示。接通電源后，振蕩器產生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產生磁場。其具體連接方法如圖39所示。 PTR2000無線傳輸模塊 無線傳輸的軟件設計包括發(fā)射端和接收端兩部分，兩部分軟件相互配合，設置各自的 PTR2000模塊的工作狀態(tài)。無線傳輸實現過程如下：(1)發(fā)送在發(fā)送數據之前，應將PTR2000模塊置于發(fā)射模式，即TXEN=1。發(fā)送結束后，應將模塊置于接收狀態(tài)，即TXEN=0；(2)接收應將PTR2000置于接收模式，即TXEN=0。 串行無線傳輸協議設計 無線通信中，由于外部環(huán)境的干擾，通常誤碼率較高，因此通信協議的設計對保證通信的可靠性十分重要。 數據幀的內容包括起始字節(jié)、數據長度字節(jié)、數據字節(jié)、結束字節(jié)和校驗和字節(jié)，如表41所示。發(fā)射端對待發(fā)送的數據進行校驗和計算，將校驗和值放在數據后一起發(fā)送；在接收端，對接收到的數據 進行校驗和計算，然后與收到的校驗和字節(jié)比較，進行誤碼判斷[13]。 圖42 PTR2000無線傳輸流程圖 發(fā)射端程序設計 圖43 發(fā)射端模塊 此模塊是模擬PTR2000發(fā)射端的。當CS=0，pwr=1，txen=1時處于發(fā)射狀態(tài)。txmit_over是發(fā)送結束標志，發(fā)送結束后txmit_over=1。USE 。ENTITY fashe_module IS PORT(clk,reset:IN STD_LOGIC。parell data input a:IN STD_LOGIC。 txd:OUT STD_LOGIC。zhishi:fasong wanbi END fashe_module 。 SIGNAL current_state:state:=start。5fenpin shuchu SIGNAL start_trans:STD_LOGIC。 SIGNAL clk_2x:std_logic_vector(2 downto 0)。 SIGNAL txd_counter:INTEGER RANGE 0 TO 15。 SIGNAL zancun_data:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)。EVENT AND clk=39。 THEN IF clk_1x_counter8 THEN clk_1x_counter=clk_1x_counter+1。 clk_1x=NOT clk_1x。 END IF。5fenpin clock_fenpin_5: PROCESS(clk)clock process BEGIN if a=39。 then clk_co=39。clk_2x=000。EVENT AND clk=39。 THEN IF clk_2x100 THEN clk_2x=clk_2x+1。039。139。 END IF。 END PROCESS clock_fenpin_5。039。 txd_over=39。 ELSIF CLK_CO=39。 THEN IF(clk_1x39。139。 ELSE txd_over=39。 txd_counter=0。END IF。END PROCESS。139。039。data follow WHEN 3=txd=zancun_data(1)。 WHEN 5=txd=zancun_data(3)。 WHEN 7=txd=zancun_data(5)。 WHEN 9=txd=zancun_data(7)。139。139。END PROCESS。139。039。039。 ELSIF clk39。139。039。039。139。039。139。 current_state=trans_state。 WHEN trans_state = txen=39。 IF txd_over=39。 THEN current_state= trans_done。039。139。 WHEN trans_done = txen=39。 IF a=39。 THEN current_state=start。039。 END CASE。END PROCESS fsm。 接收端程序設計