【正文】 勢范圍內(nèi)，貴金屬電極催化劑表面緩慢 生 成氧化層。 近年來，關(guān)于電流型氣體傳感器的噪聲的產(chǎn)生原因有很多推測。另外，溫度的變化也是產(chǎn)生噪聲的原因之一。 加在傳感器上的恒定電位稱為“給定電位”?！敖o定電位” 變化，電極的電解反應(yīng)就會不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致傳感器得輸出不穩(wěn)定。傳感器的工作電路如圖 2. 11 所示。 U1 的 3 腳輸入一個參考電壓，由于運算放大器 U1工作在線性狀態(tài)， U1 的 2 腳電壓和參考電壓相等。U1必須選擇具有高輸入阻抗的運放。當(dāng)檢測到 一氧化碳 氣體時，傳感器的工作電極產(chǎn)生一個電流信號，通過對應(yīng)電極形成一個電流回路。 U=i*R4 (式 2 .3) 若取 R4 的電阻值為 20KΩ ,而 傳感器得輸出的電流信號為微安級，經(jīng)過 R4 轉(zhuǎn)換為電壓后，電壓為幾十到幾百個毫伏的級別。由于電壓轉(zhuǎn)化后的電壓值仍然很小，所以在 R7 的一端接上參考電壓。 若取 R3=R6=R5=R7=100K，由上式計算可知，則輸出的電壓值為 U 輸出電壓 =U7U1+U 參考電壓 (式 2. 5) 圖 為工作電極的外接電路圖及參考電壓電路。 U的輸出端和負(fù)輸入端直接相連，形成一個電壓跟隨器。 C11 u FR36 8 kR21 0 0 k5V工作電極 輸出參考電壓R1 3 3 K131214U 圖 2. 12參考電壓電路 信號放大電路 5 1 KR22 0 KR1R61MR43 3 kR72 0 0 kC11 u F參考電壓參考電壓前端輸出參考電壓 R32 0 kR51 0 k231U1657U2輸出電壓 圖 2. 13放大電路 從傳感器接口電路出來以后的電壓信號，一方面還是比較小，需要進一步進行放大。本節(jié)從硬件方面考慮，軟件的調(diào)節(jié)部分將在 ?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié) R3 值，改變 Ul 的放大倍數(shù)，從而改 變輸出電壓值。但是單片機上的 AD轉(zhuǎn)換器件 的輸入電壓值為 0 到 ，所以信號進入單片機進行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換前， 需要減去參考電壓的偏移值，其具體電路如圖 所示 R11 0 0 kR31 0 0 KR41 0 0 kR21 0 0 K參考電壓前端輸入電壓輸出到單片機9108U 圖 2. 14減法電路 第 3 章系統(tǒng)軟件設(shè)計 AD 轉(zhuǎn)換的軟件設(shè)計 模數(shù)轉(zhuǎn)換概述 一氧化碳 氣體經(jīng) 過傳感器檢測，轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換 (ADC)變成數(shù)字量，這樣模擬量才能被 MSP430 處理和控制。 ADC 模塊的常用性能指標(biāo)如下幾個 : (1)分辨率。如果滿刻度輸入電壓為 5V， 該 ADC 模塊可分辨 5/256 即約 20mV 的電壓變化。一個 5V 滿刻度的 12 位 ADC 模塊能夠分辨輸入電壓變化的最小值約為，所以， ADC 模塊位數(shù)越多，數(shù)據(jù)采集精度就越高。量化誤差和分辨率是統(tǒng)一的，量化誤差是由于有限數(shù)字對模擬數(shù)值進行離散取值 (量化 )而引起的誤差。投高分辨率可以減少量化誤差。 ADC 模塊的轉(zhuǎn)換精度反映了 一個實際 ADC 模塊在量化上與一個理想 ADC 模塊進行模 /數(shù)轉(zhuǎn)換的差值，可表示成絕對誤差或相對誤差，與一般測量儀表的定義相似。指 ADC 模塊完成一次模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換所需要的時間，轉(zhuǎn)換時間越短越能適應(yīng)輸入信號的變化。此外還應(yīng)考慮所使用的電壓范圍、工作溫度、接口特性、輸出形式等性能。 (1)直接利用內(nèi)嵌模數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊。 本設(shè) 計采用的是有 12位 ADC 轉(zhuǎn)換模塊的 MSP430F149。 MSP430 ADC12 內(nèi)置參考電源，而是參考電壓有 6種可編程選擇，分別為 VR+與 VR的組合。 ADC 12 可以靈活地設(shè)置參考電 壓發(fā)生器的工作，如位 REFON 控制參考電壓打開和關(guān)閉，可以根據(jù)實物、情況節(jié)省能耗 ； 位 2. 5V，可以進行內(nèi)部參考電壓的電壓值選擇 。 24 當(dāng)對多個模擬信號進行采樣并進行 A/D 轉(zhuǎn)換時，為了共用一個轉(zhuǎn)換內(nèi)核，模擬多路器需要分時地將多個模擬信號接通，即每次接通一個信號采樣并轉(zhuǎn)換。這樣就能同時對多路模擬信號進行測量和控制，從而滿足實際控制和實時數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的要求。如果測量溫度高于或低于預(yù)設(shè)的溫度時，可以通過外接部件顯示警告信息。 與保持功能的 12 位轉(zhuǎn)換器內(nèi)核 ADC12 內(nèi)核是一個 12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并能夠?qū)⒔Y(jié)果存放在轉(zhuǎn)換存儲器中。當(dāng)輸入模擬電壓等于或高于 VR+時， ADC12 輸出滿量程值 OFFFH,當(dāng)輸入電壓等于或小于 VR時， ADC12 輸出 0。為了保證轉(zhuǎn)換精度 ADC12內(nèi)核具有采樣和保持功能，即便現(xiàn)場模擬信號變化比較快，也不會影響 ADC12的轉(zhuǎn)化。保持狀態(tài)，輸出保持某個值一段時間以備轉(zhuǎn)換。在沒有模擬信號轉(zhuǎn)換的時候。 這部分提供采樣及轉(zhuǎn)換所需要的各種時鐘信號 :ADCI2CLK 轉(zhuǎn)換時鐘、SAMPCON 采樣及轉(zhuǎn)換信號、 SHT控制的采樣周期、 SHS 控制的采樣觸發(fā)來源選擇、 25 ADCI2SSEL 選擇的內(nèi)核時鐘源、 ADC12DIV 選擇的 分頻系數(shù)等。例如當(dāng)現(xiàn)場信號變化緩慢時， ADC12 沒有必要始終監(jiān)視，而可以用巡回檢測的方法，采樣保持部分巡回檢測就需要時序控制電路。 ADC12 共有 12 個轉(zhuǎn)換通道，設(shè)置了 16 個轉(zhuǎn)換存儲器用于暫存轉(zhuǎn)換結(jié) 果，合理設(shè)置之后， ADC12 硬件會自動將轉(zhuǎn)換結(jié)果存放到相應(yīng)的 ADCI2MEM 寄存器 中?？刂萍拇嫫骺刂聘鱾€轉(zhuǎn)換存儲器必須選揮基本的轉(zhuǎn)換條件。 (2)有多種時鐘源提供給 ADC12 模塊，而且模塊本身內(nèi)置時鐘發(fā)生 器。 (4)Timer_A/Timer_B硬件觸發(fā)器。 (6)內(nèi)置參考電源，并且參考電壓有 6種組合。 (8)16 字轉(zhuǎn)換緩存。 (10)采樣速度快，最高可達 200Ksps。 (12)DMA 使能。本次設(shè)計主要采用的是單通道單次轉(zhuǎn)換，單通道多次轉(zhuǎn)換。插值點數(shù)據(jù)需要在運行時能夠手動修改，為了滿足這一需要，選取了 EEPROM, AT24C02 對數(shù)據(jù)進行存儲。 I2C 總 線介紹 : I2C 總線是英文 INTER IC BUS 或 IC TO IC BUS 的簡稱，十多年前由 PHILIP S公司推出，是近年來微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種新型總線標(biāo)準(zhǔn)，它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線少，控制方便簡化，器件封裝形式小 ，通信速率較高等優(yōu)點。 選擇轉(zhuǎn)換通道 設(shè)置轉(zhuǎn)換模式 啟動轉(zhuǎn)換 判斷 是否 結(jié)束 ？ 存放及讀取數(shù)據(jù) 結(jié) 束 Y N 27 組成 I2C 總線的串行數(shù)據(jù)線 SDA 和串行時鐘線 SCL 必須經(jīng)過上拉電阻 Rp 接到正電源上，連接到總線上的器件的輸出必須為“開漏”或“開集”的形式，以便完成“線與”的功能。在 CPU 與被控 IC之間、 IC 與 IC 之間進行雙向傳送，最高傳送速率為 400kb/s，各種 被控電路均并聯(lián)在這條總線上，每個電路都有唯一的地址。 CPU 發(fā)出的控制信號分為地址碼和數(shù)據(jù)碼兩部分 :地址碼用來選址，及接通需要控制的電路 。 I2C 總線的數(shù)據(jù)傳輸 在傳輸數(shù)據(jù)開始前，主控器件應(yīng)發(fā)送起始位，通知從器件做好接收準(zhǔn)備 。 起始位時序 :當(dāng) SCL 位為高位時， SDA 線出現(xiàn)一個下降沿則啟動 I2C總線。 28 圖 圖 每一個被傳送的數(shù)據(jù)為由 SDA 線上的高、低電平表示，對于每一個被傳送的數(shù)據(jù)位都在 SCL 線上產(chǎn)生一個時鐘脈沖。 SDA 只能在時鐘脈沖 SCL為低電平期間改變。在啟動和停 止條件之間可傳送的數(shù)據(jù)不受限制，但每個字節(jié)必須為 8位。主器件為發(fā)送器時，在發(fā)送完一個字節(jié)后等待接收器發(fā)送一個應(yīng)答信號來決定是否發(fā)送下一個字節(jié)，在這期間，發(fā)送器必須保證 SDA 為高，由接收器將SDA 拉低，如圖 所示。當(dāng)從器件不能在接收另外的字節(jié)時也會出現(xiàn)這種情況。解決辦法是 :在第 8 個數(shù)據(jù)后將地址強制加一，或是將下一頁的首地址付給寄存器。該字節(jié)的格式為 : 表 ()指令格式 若通訊方式是主器件發(fā)送數(shù)據(jù)，從器件接收數(shù)據(jù)，則在發(fā)送完向 AT24C02寫數(shù)據(jù)的命令之后等待 AT24C02 的應(yīng)答。收到應(yīng)答信號后，向 AT24C02 發(fā)送數(shù)據(jù)，等待應(yīng)答信號。 若通訊方式是主器件接收數(shù)據(jù)，從 器件發(fā)送數(shù)據(jù)，則在發(fā)送完向 AT24C02 寫數(shù)據(jù)的命令之后等待 AT24C02 的應(yīng)答。收到應(yīng)答信號后，重新啟動 I2C總線，然后向 AT24C02發(fā)送讀數(shù)據(jù)的命令，等待應(yīng)答信號。 3. 3 系統(tǒng)整體軟件流程圖 No Yes No Yes No Yes No Yes Yes No 開始 確定偏移量狀態(tài) Key_1 按下？ 檢測狀態(tài) Key_1 按下？ Key_2 按下？ 確定 x和 y值狀態(tài) Key_1 按下？ 手動標(biāo)定 x狀態(tài) Key_1 按下？ 31 本設(shè)計的軟件部分整體包含四個不同的工作狀態(tài)，不同的工作狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換是通過狀 態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù)來實現(xiàn)的。濃度值將直接以 ppm 的格式顯示，其軟件流程圖如圖 所示。必需在工作前進行標(biāo)定，標(biāo)定出標(biāo)準(zhǔn)的 一氧化碳 濃度對應(yīng)得電壓值。圖 是標(biāo)定 Y 值和自動標(biāo)定 X值狀態(tài)的軟件流程圖。其中 X為電壓值， Y 為濃度值。畢業(yè)設(shè)計是我作為學(xué)生時期的最后一次作業(yè)，所以，當(dāng)這一刻來臨時居然有些不舍。因為，題目上出現(xiàn)的專業(yè)術(shù)語令我望而卻步了。曾經(jīng)想多放棄，但放棄意味著什么？指導(dǎo)老師的一席話讓我如夢初醒：雖然快 畢業(yè)了，但畢業(yè)以后，你們要學(xué)習(xí)的東西還很多。倘若放棄，那么以后的人生就是被別人放棄。倘若沒有這次畢業(yè)設(shè)計，那么我將失去人生中最重要的教育：那就是，不能輕言放棄。對單片機的了解也隨之加深，它在氣體檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用，很多附件的應(yīng)用，很多芯片的結(jié)構(gòu)都有了一定的了解。 臨近畢業(yè)，回想甚多。想想我們以后走向工作崗位，應(yīng)該是實踐與理論相結(jié)合。 畢業(yè)設(shè)計，不單單只是設(shè)計，還是一次敢于接受新事物的挑戰(zhàn)，鍛煉你的意志，磨練你的性格。設(shè)計已接近尾聲，我希望大家遇到困難時請不要輕言放棄，要相信自己，努力學(xué)習(xí)，困難就會迎韌而解的。段老師學(xué)識淵博，學(xué)風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)，待人寬厚。尤其在我剛拿到一個帶有陌生專業(yè)術(shù)語的題目想退縮時，段老師的一翻教導(dǎo)令我受益匪淺。還有，人要不斷的接受新知識，學(xué)習(xí)新知識，這樣才能在以后的人生道路上堅強的走下去。所以，在設(shè)計的過程中，遇到很小的問題，都要勞煩老師講解。在段老師的指導(dǎo)和鼓勵下，我才有信心去完成畢業(yè)設(shè)計，很榮幸成且幸運成為段老師的學(xué)生。他們給了我很多的建議和幫助。特此感謝！通過本次設(shè)計，讓我明白了很多。 再次感謝在設(shè)計中給我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)！