基于LPC221的瓦斯檢測儀的設計

引言

　　近年來，隨著瓦斯檢測技術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警儀創(chuàng)造了條件。本次設計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備，它不僅采用20世紀90年代國際先進的單片機微處理技術，還具有下列特點：

　　①集瓦斯檢測、時鐘顯示于一體;

　　② 實現(xiàn)了自動調零和校準;

　　③采用儀用放大器，可自動轉換量程，提高了測量精度，測值報警準確;

　　④采用USB通信接口實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)上傳，具備通信功能;

　　⑤采用大容量FLASH作存儲體，可存放上萬檢測數(shù)據(jù);

　　⑥ 采用按鍵實現(xiàn)功能選擇和數(shù)據(jù)輸入，操作簡單，便于使用;

　　⑦采用本安型電源，實現(xiàn)充電自控管理。

　　1 引入嵌入式實時操作系統(tǒng)μCIOS—II的意義

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

　　其程序設計的復雜性也將大大提高，不利于程序的后期維護和修改。而實時操作系統(tǒng)能對運行情況的最好和最壞等情況作出精確的估計。其實時性要比前后臺系統(tǒng)要好得多，系統(tǒng)能及時響應外部異步事件的請求，在規(guī)定的時間內完成對該事件的處理，并控制所有實時任務協(xié)調一致地運行。

　　本次從實際情況出發(fā)，選擇μC/OS—II作為實時操作系統(tǒng)，讓它管理各個應用程序，達到優(yōu)化系統(tǒng)資源的目的。

　　2 硬件設計

　　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，瓦斯?jié)舛冉洐z測單元轉化為電信號，再經過運放單元的放大調理，然后送入CPU的模數(shù)轉換模塊;CPU根據(jù)A/D轉換的結果進行邏輯分析判斷，和預先設計的報警閾值進行比較，若超出閾值則進行聲光報警。而后可通過鍵盤的操作實現(xiàn)檢測地點的輸入、檢測數(shù)據(jù)的存儲和系統(tǒng)參數(shù)的設置等功能。檢測的濃度、檢測時間、輸入的地點、相應功能界面等數(shù)據(jù)參數(shù)通過LCD顯示出來。各種數(shù)據(jù)通過鍵盤進行設定，并保存在FLASH中，隨時可進行更改和查看。檢測儀還可以通過USB通信協(xié)議和Pc機雙向通信，實現(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單元模塊提供能量。

　　2.2 關鍵電路單元設計

　　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，實現(xiàn)濃度非電信號轉化為電信號功能。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 運放單元

　　運放單元由放大電路和量程轉換電路組成，實現(xiàn)信號放大、調理和量程轉換功能。如圖2所示。

　　2.2.3 鍵盤單元

　　本次設計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64個按鍵，可檢測每個按鍵的連擊次數(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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