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基于LPC221的瓦斯检测仪的设计

21ic?? 2011年08月24日 ?? 收藏0

  引言

  近年来,随着微电子技术、自动控制技术、电力电子技术、通信技术和智能化技术的迅速发展,瓦斯检测技术得到大力研究和开发。为开发新一代微处理器控制的智能化瓦斯检测报警仪创造了条件。本次设计的瓦斯检测仪是采用了以ARM微处理器为核心的智能检测控制设备,它不仅采用20世纪90年代国际先进的单片机微处理技术,还具有下列特点:

  ①集瓦斯检测、时钟显示于一体;

  ② 实现了自动调零和校准;

  ③采用仪用放大器,可自动转换量程,提高了测量精度,测值报警准确;

  ④采用USB通信接口实现采集数据上传,具备通信功能;

  ⑤采用大容量FLASH作存储体,可存放上万检测数据;

  ⑥ 采用按键实现功能选择和数据输入,操作简单,便于使用;

  ⑦采用本安型电源,实现充电自控管理。

  1 引入嵌入式实时操作系统μCIOS—II的意义

  智能瓦斯检测设备集各种功能于一身,不仅要实现瓦斯浓度的数据采集、控制报警等基本功能,而且还要实时显示检测数据、随时接受键盘输入。除此之外,还要具有友好的人机界面以及上传数据等通信功能。如果采用传统的顺序结构编程思想,将很难保证数据采集的实时性要求,无法对各个对象的实时信息以足够快的速度处理并做出快速响应.

  其程序设计的复杂性也将大大提高,不利于程序的后期维护和修改。而实时操作系统能对运行情况的最好和最坏等情况作出精确的估计。其实时性要比前后台系统要好得多,系统能及时响应外部异步事件的请求,在规定的时间内完成对该事件的处理,并控制所有实时任务协调一致地运行。

  本次从实际情况出发,选择μC/OS—II作为实时操作系统,让它管理各个应用程序,达到优化系统资源的目的。

  2 硬件设计

  2.1 手持瓦斯检测仪的组成和工作原理

  手持瓦斯检测仪的原理框图如图1所示。

手持瓦斯检测仪的原理框图

  工作时,瓦斯浓度经检测单元转化为电信号,再经过运放单元的放大调理,然后送入CPU的模数转换模块;CPU根据A/D转换的结果进行逻辑分析判断,和预先设计的报警阈值进行比较,若超出阈值则进行声光报警。而后可通过键盘的操作实现检测地点的输入、检测数据的存储和系统参数的设置等功能。检测的浓度、检测时间、输入的地点、相应功能界面等数据参数通过LCD显示出来。各种数据通过键盘进行设定,并保存在FLASH中,随时可进行更改和查看。检测仪还可以通过USB通信协议和Pc机双向通信,实现历史数据的传输、浓度变化态势的分析等功能。电源单元为以上各个单元模块提供能量。

  2.2 关键电路单元设计

  2.2.1 检测单元

  检测单元电路也就是传感器电路,由催化元件和电阻组成的桥路,实现浓度非电信号转化为电信号功能。其检测原理为:利用敏感元件(俗称黑白元件)对瓦斯的催化作用使瓦斯在元件表面上发生无焰燃烧,放出热量使元件温度上升,增加了敏感元件铂丝的电阻值,通过惠斯登电桥测量电路,可以测量其敏感元件电阻值变化量。

  2.2.2 运放单元

  运放单元由放大电路和量程转换电路组成,实现信号放大、调理和量程转换功能。如图2所示。

运放单元

  2.2.3 键盘单元

  本次设计中采用专用的键盘接口芯片ZLG7290。ZLG7290采用I2C串行接口,提供键盘中断信号,方便与处理:器连接,可采用多达64个按键,可检测每个按键的连击次数,具备键盘去抖处理、双键互锁处理、连击处理和功能键处理等功能。具体的连接电路图如图3所示。

键盘单元

  2.2.4 显示单元

  显示单元是实现人机交互的一个重要手段,本次设计中采用液晶显示屏实现人机交互。本次设计使用的MG12864A点阵图形液晶模块的点像素为128×64点。黑色字,白色底,STN液晶屏,视角为6:00,内嵌控制器为ksO107/ks0108,外部显示存储器为32K字节。采用8位总线接口与微控制器连接,内部集成了负压DC—DC电路,使用负压DC—DC电路,使用单5 V电源。

  2.2.5 存储单元

  由于LPC2210微控制器没有片内程序存储和数据存储,根据系统的需要,必须设计存储系统。本次设计通过微控制器的外部总线接口来实现,采用SST公司的CMOS多功能FLASH器件SST39VF160,存储容量为2M字节(容量大小的计算具体详见软件部分),l6位数据宽度(即一个字为2个字节),工作电压为2.7—3.6 V。该芯片采用高性能的Super.Flash技术(该技术提供了固定的擦除和编程时间)制造而成,与擦除/编程周期数无关。该芯片采用48脚TSOP封装,十分适合做手持设备的数据和程序积存器。


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LPC221? 瓦斯检测仪? SST39VF160? USB通信?

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