【正文】 Bs)用于選擇輸出數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度 ( 12 或16 位 )、輸出數(shù)據(jù)的順序 (以 MSB 開始或 LSB 開始 )和是否需要單極性 (二進(jìn)制 )或雙極性 (二進(jìn)制補(bǔ)碼 )格式。 24 基于 RCM5700 的系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 、 系統(tǒng)硬件電路總體 設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的工作原理是利用煤氣傳感器將煤氣濃度變換為 mV 級(jí)模擬電流信號(hào)，放大器把信號(hào)放大后，經(jīng)低通濾波濾掉干擾信號(hào)送到 A/D 轉(zhuǎn)換器，變換成數(shù)字量送主控芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。 NGCO001 型電化學(xué)一氧化碳?xì)怏w傳感器 主要是對(duì)毒性并可燃的一氧化碳?xì)怏w進(jìn)行精密的單項(xiàng)檢測(cè)。 對(duì) RCM5700 植入軟件程序后，控制整個(gè)電路的運(yùn)行。當(dāng)感應(yīng)信號(hào)達(dá)到設(shè)定的任意一個(gè)危險(xiǎn)區(qū)域（包括可燃?xì)怏w濃度危險(xiǎn)區(qū)和毒性氣體濃度危險(xiǎn)區(qū)）值時(shí)，主控芯片將輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)報(bào)警，控制顯示器顯示出相應(yīng)空氣質(zhì)量等級(jí)即為“差”，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲響，報(bào)警 LED發(fā)光，同時(shí)控制電磁閥關(guān)閉。故障排除后，報(bào)警完畢自動(dòng)回到警戒狀態(tài)，等待下一次報(bào)警。 所謂的模塊化設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是程序的編寫不是開始就逐條錄入計(jì)算機(jī)語(yǔ)句和指令，而是首先用主程序、子程序、子過程等框架把氫氣傳感器 烷類傳感器 信號(hào)放大器 信號(hào)放大器 信號(hào)放大器 A/D A/D A/D 晶振 串口 RCM5700 蜂鳴器 顯示器 電磁閥 報(bào)警燈 其他擴(kuò)展 電源 CO 傳感器 25 軟件的主要結(jié)構(gòu)和流程描述出來(lái)，并定義和調(diào)試好各個(gè)框架之間的輸入、輸出鏈接關(guān)系。 、系統(tǒng)硬件電路 系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計(jì)主要包括了 RCM5700 模塊電路設(shè)計(jì)、可燃?xì)怏w傳感器電路設(shè)計(jì)、 A/D 轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)以及通信接口電路設(shè)計(jì)。 可燃?xì)怏w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)采用串行方式與 RCM5700 模塊連接，其中 RCM5700 模塊中 PA0、 PAPA PC6 分別與 AD 轉(zhuǎn)換器的 CLK、 DIN、 DOUT、 CS 相連，以此實(shí)現(xiàn)可燃?xì)怏w傳感器和 RCM5700 模塊的相連，將可燃?xì)怏w傳感器輸出送入 RCM5700 模塊中處理。 蜂鳴器則有 RCM5700 模塊 PD1 輸出端口實(shí)現(xiàn)控制。 、信號(hào)采集放大電路的設(shè)計(jì) 由于氣體傳感器采集的電信號(hào)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(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 AD623 的主要特點(diǎn)是：使用一只外接電阻設(shè)置增益 G，計(jì)算公式為 G=1+100k?/Rti，其中 G可達(dá)1000，從而給用戶帶來(lái)了極大方便。單電源供電（ +~ +12V）能達(dá)到最佳性能。 ～177。 在本設(shè)計(jì)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(jì)中同時(shí)接 地即可。在圖中接口 J4 為氣體傳感器的接口，氣體傳感器與電阻 R3 R35 和 R39 構(gòu)成電橋采集信號(hào)，直流 + 電壓用過LM324 同相輸入端獲得一個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓， Q1 的通斷由 LM324 輸出決定，由于 Q1 的 B 極電源比較穩(wěn)定，而 B 級(jí)電流決定三級(jí)管導(dǎo)通時(shí)的放大倍數(shù)，因此通過 CE 極的電壓也比較穩(wěn)定。 AD623 的 REF 接地， OUTPUT 端接入 TLC2543 的 AD 模塊引腳。與單電源 28 應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。兩個(gè)信號(hào)輸入端中， Vi （ ）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的位相反； Vi+（ +）為同相輸入端， 表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相同。 、運(yùn)放電路及 A/D 轉(zhuǎn)換電路 從一氧化碳傳感器輸出信號(hào)為差分信號(hào)，該模擬信號(hào)需要經(jīng)過運(yùn)放后送入 A/D 轉(zhuǎn)換器。 圖 中 AIN0—AIN10 為模擬輸入端；／ CS 為片選端； DIN 為串行數(shù)據(jù)輸入端； DOUT為 A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端； EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束端； CLK 為 I／ O 時(shí)鐘； REF+為正基準(zhǔn)電壓端； REF 一為負(fù)基準(zhǔn)電壓端； VCC 為電源； GND 為地。 GND：正電源地。 圖 29 V ：負(fù)基準(zhǔn)電壓端，一般接地。 CS：片選端，由高到低有效，由外部輸入。 I／ O CLOCK：控制輸入輸出的時(shí)鐘，由外部輸入。 DATA OUT： A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出端。 a) I/O 周期 I/O 周期由外 部提供的 I/O CLOCK 定義 ,延續(xù) 12 或 16 個(gè)時(shí)鐘周期 ,決定于選定的輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。 在 I/O CLOCK 的前 8 個(gè)脈沖的上升沿 ,以 MSB 前導(dǎo)方式從 DATA INPUT 端輸入 8 位數(shù)據(jù)流到輸入寄存器。 I/O 周期的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)與輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 (位數(shù) )同時(shí)由輸入數(shù)據(jù)的 D D2 位選擇為 12 或 16。 在 DATA OUT 端串行輸出 12 或 16 位數(shù)據(jù)。若轉(zhuǎn)換由 CS 控制 ,則第一個(gè)輸出數(shù)據(jù)發(fā)生在 CS 的下降沿。 b) 轉(zhuǎn)換周期 在 I/O 周期的最后一個(gè) I/O CLOCK 下降沿之后 ,EOC 變低 ,采樣值保持不變 ,轉(zhuǎn)換周期開始 ,片內(nèi)轉(zhuǎn)換器對(duì)采樣值進(jìn)行逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換 ,其工作由與 I/O CLOCK 同步的內(nèi)部時(shí)鐘控制。 I/O 周期和轉(zhuǎn)換周期交替進(jìn)行 ,從而可減小外部的數(shù)字噪聲對(duì)轉(zhuǎn)換精度的影響。一個(gè)片選脈沖要插到每次轉(zhuǎn)換的開始處 ,或是在轉(zhuǎn)換時(shí)序的開始處變化一次后保持為低 ,直到時(shí)序結(jié)束。在噪聲影響較大的環(huán)境中，建議每個(gè)電源和陶瓷電容端并一個(gè) 10μF的鉭電容，這樣能夠減小噪聲的影響。所有的地線回路都有一定的阻抗，因此地線要盡可能寬或用地線平面，以減小阻抗，連線應(yīng)當(dāng)盡可 能短，如果使用開關(guān)電源，則開關(guān)電源要遠(yuǎn)離模擬器件。 TLC2543 對(duì)時(shí)序要求特別嚴(yán)格，數(shù)每隔一 小段時(shí)間就會(huì)有變化。 、 RCM5700 內(nèi)置看門狗的利用 由于需要通過 A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)來(lái)自于氣敏傳感器的各種模擬量進(jìn)行多次采樣，外部干擾有可能會(huì) 影響 CPU 的正常運(yùn)行，從而引起混亂。程序一旦跑飛或進(jìn)入死循環(huán)造成系統(tǒng)失效，由看門狗發(fā)出一個(gè)復(fù)位信號(hào)，使系統(tǒng)能盡快復(fù)位并恢復(fù)正常工作。 第 5 腳： RW 為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。 第 6 腳： E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 15～ 16 腳：空腳 RCM5700 與 1602 顯示屏的接口，本設(shè)計(jì)采用直接訪問方式接口電路。適用于控制氣 體、蒸汽、液體等介質(zhì)。它的組成部分為：調(diào)節(jié)螺栓、執(zhí)行機(jī)構(gòu)箱體、曲臂、氣缸體、氣缸軸、活塞、連桿、萬(wàn)向軸。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的推力部件，它按控制信號(hào)壓力的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，推動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。 PVC 電動(dòng)調(diào)節(jié)三通球閥是閥與電動(dòng)執(zhí)行器組成，由調(diào)節(jié)電動(dòng)執(zhí)行器接受4~20mA 信號(hào)啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)閥 體轉(zhuǎn)角為 0~90176。 執(zhí)行器電壓： AC:1ψ110V、 1ψ220V、 3ψ220V、 3ψ380V、 3ψ440V、 24V。~90176。 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議）的全稱是 EIARS232C 標(biāo)準(zhǔn)，其中 EIA(Electronic Industry Association)代表美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)，其中 RS 是 Remended Standard的縮寫，代表推贈(zèng)標(biāo)準(zhǔn)， 232 是標(biāo)識(shí)符， C 代表 RS232 的最新一次修改（ 1969年），在這之前，有過 RS232A、 RS232B 標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號(hào)功能及傳送過程。 具體的 RCM5700 配置情況可以參考表 。其典型電路連接如圖 所示。 圖 源轉(zhuǎn)換電路 本章小結(jié) ： 本章 針對(duì) 基于 MiniCore RCM5700 模塊的實(shí)現(xiàn)方案，給出了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的總體硬件電路設(shè)計(jì) 。 系統(tǒng)電路調(diào)試 在進(jìn)行 硬件電路的 實(shí)驗(yàn) 調(diào)試 時(shí)，首先檢測(cè)電路板 各個(gè)主要模塊之間的連通性，即保證硬件電路焊接及連接 無(wú)誤，是否有短路、虛焊現(xiàn)象發(fā)生 ；對(duì)系統(tǒng)各硬件電路進(jìn)行檢測(cè)，保證各 模塊 可以正常工作，同時(shí)保證各主要硬件電路可以由主控芯片 Rabbit RCM5700 模塊進(jìn)行控制；對(duì)系統(tǒng)主控 芯片 Rabbit RCM5700 模塊的通信進(jìn)行測(cè)試；結(jié)合系統(tǒng)軟件測(cè)試，利用硬件平臺(tái)進(jìn)行功能性檢測(cè)， 最終 驗(yàn)證系統(tǒng)軟硬件綜合 功能的實(shí)現(xiàn) 。 2） 將 RCM5700 模塊安裝在接口板上，用 USB 電纜連接接口板和電腦。 、 模塊的連通性 調(diào)試 該部分電路的測(cè)試主要完成各個(gè)主要模塊之間連通性測(cè)試，包括了 一 氧化碳 35 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。 連通性 調(diào)試期間，各模塊均以 LED 代替，外接一個(gè)發(fā)光二級(jí)管，控制每個(gè)端口的連接，直到各個(gè)接口燈亮，連通性調(diào)試結(jié)束。同時(shí)為了保證各硬件控制性，利用主控芯片 Rabbit RCM5700 模塊完成對(duì)各部分硬件電路控制性的測(cè)試，保證硬件電路各個(gè)環(huán)節(jié)工作正常且均可以由 Rabbit RCM5700 模塊實(shí)現(xiàn)控制。在試驗(yàn)中采用編組器產(chǎn)生模擬輸入信號(hào)量，讀取其 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量經(jīng)行比較。 2）一氧化碳?xì)怏w檢測(cè)測(cè)試 此模塊的主要功能是采集煤氣氣體濃度的信號(hào)，按照國(guó)際中規(guī)定，要求測(cè)量值同相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)氣體濃度之差不 超過 177。 3）串口通信模塊測(cè)試 串口通信調(diào)試主要借助串口調(diào)試助手實(shí)現(xiàn) RCM5700 與 PC 機(jī)之間的通信，保證發(fā)送數(shù)據(jù)與接收數(shù)據(jù)正常。 36 、 系統(tǒng)軟硬件綜合性能測(cè)試 結(jié)合系統(tǒng)軟件測(cè)試，利用硬件平臺(tái)進(jìn)行功能性檢測(cè)，即驗(yàn)證系統(tǒng)軟硬件綜合測(cè)試正常。并實(shí)現(xiàn)各部分功能的綜合測(cè)試。首先對(duì)某一環(huán)境下的一氧化碳?xì)怏w進(jìn)行檢測(cè)，植入液晶屏，觀察液晶顯示屏顯示的一氧化碳?xì)怏w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?xì)怏w含量，同時(shí)觀察液晶顯示屏顯示的一氧化碳?xì)怏w含量數(shù)值是否發(fā)生變化；當(dāng)一氧化碳?xì)怏w含量指標(biāo)達(dá)到一定限制值時(shí)，報(bào)警電路是否可以正常報(bào)警。根據(jù) AD623 的特征可知，其輸入失調(diào)電壓為100181。V/℃；放大倍數(shù) G1 是有 %的偏差。 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(jì)算出 r11=110670/(102)≈103 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 T=70℃ ，由 AD623 的增益公式 G=1+100k?/Rti，可得 r12=[100103/(103–2010670)+1–100]/100≈106 AD623 的增益 會(huì)隨溫度的變化而變化，在增益大于 1 時(shí)，其典型值為50ppm/℃，而且這個(gè)變化值與外接的精密電阻無(wú)關(guān)。 總結(jié) 本文從整體到部分詳細(xì)介紹了家用煤氣泄露報(bào)警控制器的設(shè)計(jì)。 在比較重要的部分進(jìn)行了詳細(xì)的論述，并且給出了程序及說(shuō)明。 本課題實(shí)用性強(qiáng)，綜合應(yīng)用了數(shù)字電路、模擬電路、傳感器技術(shù)、單片機(jī)通信與控制技術(shù)等電子信息工程大學(xué)本科教育的主要基礎(chǔ)知識(shí)，具有較高的技術(shù)含量。本設(shè)計(jì)中使用的芯片只是當(dāng)前 電子科技發(fā)展的一般產(chǎn)物，隨著科技的不斷發(fā)展，更高密度，更高精度的芯片將會(huì)取代現(xiàn)有的產(chǎn)品，所以我們還要不斷的學(xué)習(xí)，不斷的豐富和更新我們的產(chǎn)品，提出更高的要求?？梢哉f(shuō) ,一切電子產(chǎn)品，包括通信、廣播、電視控制、家用電器、電視音響等消費(fèi)類電子產(chǎn)品 ,數(shù)字化的時(shí)代已經(jīng)到來(lái) ,“數(shù)字化的魅力無(wú)窮、模擬處處數(shù)字化”的景象已經(jīng)展現(xiàn) ,今后將會(huì)迎來(lái)新的高潮。實(shí)驗(yàn) 而且 發(fā)現(xiàn)了在做工作中自己的許多不足，認(rèn)識(shí)到了知識(shí)的重要性 ， 體會(huì)出只有不斷的充實(shí)自己，不斷的挑戰(zhàn)自己，才能在今后的工作生活中獲得更多的收獲。 在這里非常感謝劉林泉老師在設(shè)計(jì)中給我的建議、支持和幫助， 誠(chéng)摯感謝劉林泉老師在我寫論文期間對(duì)我的引導(dǎo)和啟發(fā)。感謝 導(dǎo)師劉林泉老師對(duì)我論文不厭其煩的精心修改，劉林泉老師多次耐心地審閱了論文全稿，提出了許多寶貴的意見。由于 老師的支持和同學(xué)的各方配合使我的課題能順利的完