毕业设计-基于单片机的便携式甲醛检测仪的控制系统设计

毕业设计-基于单片机的便携式甲醛检测仪的控制系统设计内容摘要：

细介绍 如下 表 23： (3)测量电路 测量电路由 CH20/S10 甲醛传感器， ADC0832 组成。 甲醛传感器由甲醛探头和 CH20 传感器组成。 当空气被内部的采样系统吸收后，产生一个与甲醛浓度成正比的电压信号， 该电压信号经 AD0832 与 AT89C52 单片机相连，在显示器上显示出甲醛的浓度值，当超过国家规定的标准时报警。 广西工学院电子信息与控制工程系测控技术与仪器专业 毕业设计（论文） 13 表 23 传感器参数表 模数转换的选择与简介 （ 1） 实现 A/D 转换的基本方法很多，有计数法、逐次逼近法、双斜积分法和并行转换法。 由于逐次逼近式 A/D 转换具有速度，分辨率高等优点，而且采用这种方法的 ADC 芯片成本低，所以我们采用逐次逼近式 A/D 转换器。 逐次逼近型ADC 包括 1个比较器、一个模数转换器、 1 个逐次逼近寄存器（ SAR）和 1个逻辑控制单元。 逐次逼近型是将采样信号和已知电压不断进行比较，一个时钟周期完成 1 位转换，依次类推 ,转换完成后，输出二进制数。 这类型 ADC 的分辨率和采样速率是相互牵制的。 优点是分辨率低于 12位时，价格较低，采样速率也很好。 （ 2） 由于 ADC0832 模数转换器具有 8位分辨率、双通道 A/D 转换、输入输出电平与 TTL/CMOS 相兼容、 5V 电源供电时输入电压在 0～ 5V 之间、工作频率为250KHZ 、转换时间为 32微秒、一般功耗仅为 15MW 等优点，适合本系统的应用，所以我们采用 ADC0832 为模数转换器件。 电路图 见图 27如下： 名称 甲醛传感器 CH2O/S10: 测量范围 0 10 ppm 最大负荷 50ppm 工作寿命 空气中 3年 输 出 1200177。 300nA/ppm4 20mA(甲醛模块 ) 分辨率 ppm 温度范围 20℃ to 45℃ 压力范围 大气压 177。 10% 响应时间 (T 90) 〈 50 seconds 湿度范围 20℃ to 45℃ 零点输出 (纯净空体， 20℃ ) 〈 ppm 最大零点漂移 (20℃ to 40℃ ) ppm 长期漂移 〈 2% /每月 推荐负载值 10Ω 线性度输出 线性 重 量 约 32克 广西工学院电子信息与控制工程系测控技术与仪器专业 毕业设计（论文） 14 图 27模数转换电路图 （ 3） ADC0832 具有以下特点： ① 8 位分辨率； ② 双通道 A/D 转换； ③ 输入输出电平与 TTL/CMOS 相兼容； ④ 5V 电源供 电时输入电压在 0~5V 之间； ⑤ 工作频率为 250KHZ，转换时间为 32μS ； ⑥ 一般功耗仅为 15mW； ⑦ 8P、 14P— DIP（双列直插）、 PICC 多种封装； ⑧ 商用级芯片温宽为 0176。 C to +70176。 C ，工业级芯片温宽为 −40176。 C to +85176。 C ； 芯片接口说明： ① CS_片选使能，低电平芯片使能。 ② CH0 模拟输入通道 0，或作为 IN+/使用。 ③ CH1 模拟输入通道 1，或作为 IN+/使用。 ④ GND 、 芯片参考 0电位（地）。 ⑤ DI 数据信号输入，选择通道控制。 ⑥ DO 数据信号输出，转换数据输出。 ⑦ CLK 芯片时钟输入。 ⑧ Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。 广西工学院电子信息与控制工程系测控技术与仪器专业 毕业设计（论文） 15 ADC0832 为 8 位分辨率 A/D 转换芯片，其最高分辨可达 256级，可以适应一般的模拟量转换要求。 其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在 0~5V 之间。 芯片转换时间仅为 32μS ，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。 独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。 通过 DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。 单片机对 ADC0832 的控制原理： 正常情况下 ADC0832 与单片机的接口应为 4条数据线，分别是 CS、 CLK、 DO、DI。 但由于 DO 端与 DI 端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的 ， 所以电路设计时可以将 DO 和 DI并联在一根数据线上使用。 当 ADC0832 未工作时其CS 输入端应为高电平，此时芯片禁用， CLK 和 DO/DI 的电平可任意。 当要进行A/D 转换时，须先将 CS 使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。 此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端 CLK 输入时钟脉冲，DO/DI 端则使用 DI 端输入通道功能选择的数 据信号。 在第 1 个时钟脉冲的下沉之前 DI 端必须是高电平，表示启始信号。 在第 3个脉冲下沉之前 DI端应输入 2 位数据用于选择通道功能。 （ 4） 测量量程 本系统的量程为 010ppm。 由于我所使用的是 8 位 ADC0832,所以本系统的精度为： 10ppm/256=。 按键选择与简介 （ 1） 本系统应用有人机对话功能，该功能即能随时发出各种控制命令和数据输入以及和 LCD 连接显示运行状态和运行结果。 键盘分为：独立式和矩阵式两类，每一类按其编码方法又可以分为编码和非编码两种。 由于本系统只有 UP、DOWN、 OK、 CANCEL4个控制命令，所需按键较少，所以本系统选择独立式按键。 电路图 见图 28： 广西工学院电子信息与控制工程系测控技术与仪器专业 毕业设计（论文） 16 图 28按键电路图 （ 2） 独立式按键是直接用 I/O 口线构成的单个按键电路。 每个独立式按键占有一根 I/O 口线。 各根 I/O 口线之间不会相互影响。 在此电路中，按键输入部采用低电平有效，上拉电阻保证了按键断开时， I/O 口线有确定的高电平，（ 口内部接有上拉电阻）所以就不需要再外接上拉电阻。 （ 3） 键盘抖动的消除：抖动的消除大致可以分为硬件削抖和软件削抖。 ①硬件削抖是采用硬件电 路的方法对键盘的按下抖动及释放抖动进行削抖，经过削抖电路后使按键的电平信号只有两种稳定状态。 ②软件削抖的基本原理是当检测出键盘闭合时，先执行一个延时子程序产生数毫秒的延时，待接通时的前沿抖动消失后再判别是否有健按下。 当按键释放时，也要经过数毫秒延时，待后沿抖动消失后再判别键是否释放。 ③由于应用硬件削抖还需要外加器件，成本相对较高，所以本系统选择软件延时削抖的方法。 外围扩充存储器 基于 AT89C52 单片机具有 8KB 的程序存储器（ ROM）， 256B 的数据存储器（ RAM），由于考虑到本系统的数据处 理与存储所需的容量，现在需要扩充存储器的容量。 在应用中要保存一些参数和状态，据了解基于 EEPROM 的存储芯片是一种很好的选择。 我们选定了 AT24C128 存储器。 电路图 见图 29： 广西工学院电子信息与控制工程系测控技术与仪器专业 毕业设计（论文） 17 图 29外围扩充存储电路图 时钟芯片选择与简介 因为此系统需要记录测量发生的时间，所以需要时钟芯片来记录不同人在不同时间的监测数据，因此我们在系统中加入了时钟芯片。 对时钟芯片的要求首先是低功耗，其次是编程简单，缩短程序开发时间，实际上也就缩短了系统 用于实际生产所用的开发周期以及成本，在本系统，我们选择了 DS1302时钟芯片。 （ 1） 我们时钟电路选择的芯片是 DS1302，其内含一个实时时钟 /日历和 31字节静态 RAM，可以通过串行接口与单片机通信。 而通信时，仅需要 3个口线：① RES（复位）， ② I/O 数据线， ③ SCLK（串行时钟）。 时钟 /RAM 的读 /写数据以一字节或多达 31 字节的字符组方式通信。 其工作时功耗很低，广泛应用于电话，传真，便携式仪器等产品领域。 （ 2） DS1302 主要性能有：时实时钟能计算 2100 年之前的秒、分、时、日、日期、星期、月、年的能力 ，还有闰年的调整能力；读 /写时钟或 RAM 数据时，有单字节和多字节传送两种方式；与 DS1202/TTL 兼容。 （ 3） DS1302 引脚概述： X1， X2； 振荡源，外接 晶振； SCLK：串行时钟输入端。 （ 4） 日历、时钟寄存器与控制字对照表、日历、时钟寄存器命令字、取值范围以及各位内容对照表。 见表 24： 广西工学院电子信息与控制工程系测控技术与仪器专业 毕业设计（论文） 18 表 24时钟控制字对照表 （ 5） DS1302 数据输入 /输出时序 数据输入是在输入写命令字的 8 个 SCLK 周期之后， 在接下来的 8 个 SCLK 周期中的每个脉冲的上升沿输入数据，数据从 0 位开始。 如果有额外的 SCLK 周期，它们将被忽略。 数据输出是在输出命令字的 8个 SCLK 周期之后，在接下来的 8个 SCLK 周期中的每个脉冲的下降沿输出数据，数据从 0位开始。 需要注意的是，第一个数据位在命令字节的最后一位之后的第一个下降沿被输出。 只要 RST保持高电平，如 果有额外的 SCLK周期，将重新发送数据字节，即多字节传送。 其电路图 见图 210： 寄存器名 命令字 取值 范围 各位内容 写操作 读操作 7 6 5 4 3～ 0 秒寄存器 80H 81H 00～ 59 CH 10SEC SEC 分寄存器 82H 83H 00～ 59 0 10MIN MIN 时寄存器 84H 85H 01～ 12 00～ 23 12/24 0 10/（ A/P） HR HR 日寄存器 86H 87H 01～ 28，2 31 0 0 10DATE DATE 月寄存器 88H 89H 01～ 12 0 0 0 10M MONTH 周寄存器 8AH 8BH 01～ 07 0 0 0 0 DAY 年寄存器 8CH 8DH 01～ 99 10YEAR YEAR 写保护寄存器 8EH 8FH WP 0 0 0 0 慢充电寄存器 90H 91H TCS TCS TCS TCS DS DS RS RS 时钟突发寄存器 BEH BFH 广西工学院电子信息与控制工程系测控技术与仪器专业 毕业设计（论文） 19 图 210时钟电路图 上拉电阻 在主电路图中接在 P0口处有一个排阻 RP1，由于 P0 口没有内接上拉电阻，为了为 P0 口外接线路有确定的高电平，所以要接上排阻 RP1，以确保有 P0 口有稳定的电平。 电路连接图 见图 311： 图 211上拉电阻电路图 广西工学院电子信息与控制工程系测控技术与仪器专业 毕业设计（论文） 20 液晶显示器简介 对于本系统要有显示装置完成显示功能。 显示器最好能够显示数据、图形。 考虑到同种 LCD显示器的屏幕越大体积越大，功耗越大的特点，在同类产品中选用了 AMPIRE128X64液晶显示模块。 该型号显示器消耗电量比较低，可以满足系统要求。 该类液晶显示模块采用动态的液晶驱动，可用 5V供电。 （ 1） AMPIRE128X64液晶模块引脚说明 AMPIRE128X64液晶共有 22个引 脚， 引脚说明如 表 25所示： 表 25液晶引脚说明图 AMPIRE128X64 液晶显示模块与计算机的接口电路有两种方式。 它与单片机的接口方法分为直接访问方式和间接控制方式。 直接访问方式是把液晶模块作为存储器或 I/O 设 备直接接在单片机的总线上，单片机以访问存储器或 I/O设备的方式操作液晶显示模块的工作。 间接控制方式则不使用单片机的数据系统，而是利用它的 I／ 0 口来实现与显示模块的联系。 即将液晶显示模块的数据线与单片管脚名称 管 脚 定 义 /CSA 片选 1 /CSB 片选 2 VSS 数字地 VDD 逻辑电源 +5V V0 对比度调节 R/S 指令数据通道 R/W 读写选择 E 使能选择 DB0DB7 数据线 CS1 片选 1 CS2 片选 2 /RES 复位信号 VEE 液晶驱动电源 LED+ LED背光正电源 LED LED接地端 广西工学院电子信息与控制工程系测控技术与仪器专业 毕业设计（论文） 21 机的 Pl 口连接作为数据总线，另外三根时序控制信号线通常利用单片机的 P3口中未被使用的 I／ O 口来控制。 这种访问方式不占用存储器空间，它的接口电路与时序无关，其时序完全靠软件编程实现。 本系统采用间接控制方式。 液晶显示工作原理介绍 以下为液晶显示电路接线原理图 见图 21 图。