基于LPC221的瓦斯檢測儀的設(shè)計(jì)

引言

　　近年來，隨著瓦斯檢測技術(shù)得到大力研究和開發(fā)。為開發(fā)新一代微處理器控制的智能化瓦斯檢測報(bào)警儀創(chuàng)造了條件。本次設(shè)計(jì)的瓦斯檢測儀是采用了以ARM微處理器為核心的智能檢測控制設(shè)備，它不僅采用20世紀(jì)90年代國際先進(jìn)的單片機(jī)微處理技術(shù)，還具有下列特點(diǎn)：

　?、偌咚箼z測、時(shí)鐘顯示于一體;

　　② 實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)零和校準(zhǔn);

　?、鄄捎脙x用放大器，可自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程，提高了測量精度，測值報(bào)警準(zhǔn)確;

　?、懿捎肬SB通信接口實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)上傳，具備通信功能;

　?、莶捎么笕萘縁LASH作存儲體，可存放上萬檢測數(shù)據(jù);

　?、?采用按鍵實(shí)現(xiàn)功能選擇和數(shù)據(jù)輸入，操作簡單，便于使用;

　?、卟捎帽景残碗娫?，實(shí)現(xiàn)充電自控管理。

　　1 引入嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μCIOS—II的意義

　　智能瓦斯檢測設(shè)備集各種功能于一身，不僅要實(shí)現(xiàn)瓦斯?jié)舛鹊臄?shù)據(jù)采集、控制報(bào)警等基本功能，而且還要實(shí)時(shí)顯示檢測數(shù)據(jù)、隨時(shí)接受鍵盤輸入。除此之外，還要具有友好的人機(jī)界面以及上傳數(shù)據(jù)等通信功能。如果采用傳統(tǒng)的順序結(jié)構(gòu)編程思想，將很難保證數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性要求，無法對各個(gè)對象的實(shí)時(shí)信息以足夠快的速度處理并做出快速響應(yīng).

　　其程序設(shè)計(jì)的復(fù)雜性也將大大提高，不利于程序的后期維護(hù)和修改。而實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)能對運(yùn)行情況的最好和最壞等情況作出精確的估計(jì)。其實(shí)時(shí)性要比前后臺系統(tǒng)要好得多，系統(tǒng)能及時(shí)響應(yīng)外部異步事件的請求，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對該事件的處理，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行。

　　本次從實(shí)際情況出發(fā)，選擇μC/OS—II作為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，讓它管理各個(gè)應(yīng)用程序，達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)資源的目的。

　　2 硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 手持瓦斯檢測儀的組成和工作原理

　　手持瓦斯檢測儀的原理框圖如圖1所示。

　　工作時(shí)，瓦斯?jié)舛冉?jīng)檢測單元轉(zhuǎn)化為電信號，再經(jīng)過運(yùn)放單元的放大調(diào)理，然后送入CPU的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊;CPU根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行邏輯分析判斷，和預(yù)先設(shè)計(jì)的報(bào)警閾值進(jìn)行比較，若超出閾值則進(jìn)行聲光報(bào)警。而后可通過鍵盤的操作實(shí)現(xiàn)檢測地點(diǎn)的輸入、檢測數(shù)據(jù)的存儲和系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置等功能。檢測的濃度、檢測時(shí)間、輸入的地點(diǎn)、相應(yīng)功能界面等數(shù)據(jù)參數(shù)通過LCD顯示出來。各種數(shù)據(jù)通過鍵盤進(jìn)行設(shè)定，并保存在FLASH中，隨時(shí)可進(jìn)行更改和查看。檢測儀還可以通過USB通信協(xié)議和Pc機(jī)雙向通信，實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的傳輸、濃度變化態(tài)勢的分析等功能。電源單元為以上各個(gè)單元模塊提供能量。

　　2.2 關(guān)鍵電路單元設(shè)計(jì)

　　2.2.1 檢測單元

　　檢測單元電路也就是傳感器電路，由催化元件和電阻組成的橋路，實(shí)現(xiàn)濃度非電信號轉(zhuǎn)化為電信號功能。其檢測原理為：利用敏感元件(俗稱黑白元件)對瓦斯的催化作用使瓦斯在元件表面上發(fā)生無焰燃燒，放出熱量使元件溫度上升，增加了敏感元件鉑絲的電阻值，通過惠斯登電橋測量電路，可以測量其敏感元件電阻值變化量。

　　2.2.2 運(yùn)放單元

　　運(yùn)放單元由放大電路和量程轉(zhuǎn)換電路組成，實(shí)現(xiàn)信號放大、調(diào)理和量程轉(zhuǎn)換功能。如圖2所示。

　　2.2.3 鍵盤單元

　　本次設(shè)計(jì)中采用專用的鍵盤接口芯片ZLG7290。ZLG7290采用I2C串行接口，提供鍵盤中斷信號，方便與處理：器連接，可采用多達(dá)64個(gè)按鍵，可檢測每個(gè)按鍵的連擊次數(shù)，具備鍵盤去抖處理、雙鍵互鎖處理、連擊處理和功能鍵處理等功能。具體的連接電路圖如圖3所示。

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