基于LPC221的瓦斯檢測儀的設計

引言

　　近年來(lái)，隨著(zhù)瓦斯檢測技術(shù)得到大力研究和開(kāi)發(fā)。為開(kāi)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(jìn)的單片機微處理技術(shù)，還具有下列特點(diǎn)：

　?、偌咚箼z測、時(shí)鐘顯示于一體;

　?、?實(shí)現了自動(dòng)調零和校準;

　?、鄄捎脙x用放大器，可自動(dòng)轉換量程，提高了測量精度，測值報警準確;

　?、懿捎肬SB通信接口實(shí)現采集數據上傳，具備通信功能;

　?、莶捎么笕萘縁LASH作存儲體，可存放上萬(wàn)檢測數據;

　?、?采用按鍵實(shí)現功能選擇和數據輸入，操作簡(jiǎn)單，便于使用;

　?、卟捎帽景残碗娫?，實(shí)現充電自控管理。

　　1 引入嵌入式實(shí)時(shí)操作系統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(shí)現瓦斯濃度的數據采集、控制報警等基本功能，而且還要實(shí)時(shí)顯示檢測數據、隨時(shí)接受鍵盤(pán)輸入。除此之外，還要具有友好的人機界面以及上傳數據等通信功能。如果采用傳統的順序結構編程思想，將很難保證數據采集的實(shí)時(shí)性要求，無(wú)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.

　　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(shí)時(shí)操作系統能對運行情況的最好和最壞等情況作出精確的估計。其實(shí)時(shí)性要比前后臺系統要好得多，系統能及時(shí)響應外部異步事件的請求，在規定的時(shí)間內完成對該事件的處理，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調一致地運行。

　　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，讓它管理各個(gè)應用程序，達到優(yōu)化系統資源的目的。

　　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(shí)，瓦斯濃度經(jīng)檢測單元轉化為電信號，再經(jīng)過(guò)運放單元的放大調理，然后送入CPU的模數轉換模塊;CPU根據A/D轉換的結果進(jìn)行邏輯分析判斷，和預先設計的報警閾值進(jìn)行比較，若超出閾值則進(jìn)行聲光報警。而后可通過(guò)鍵盤(pán)的操作實(shí)現檢測地點(diǎn)的輸入、檢測數據的存儲和系統參數的設置等功能。檢測的濃度、檢測時(shí)間、輸入的地點(diǎn)、相應功能界面等數據參數通過(guò)LCD顯示出來(lái)。各種數據通過(guò)鍵盤(pán)進(jìn)行設定，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(guò)USB通信協(xié)議和Pc機雙向通信，實(shí)現歷史數據的傳輸、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(shí)現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(chēng)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(wú)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(guò)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(shí)現信號放大、調理和量程轉換功能。如圖2所示。

　　2.2.3 鍵盤(pán)單元

　　本次設計中采用專(zhuān)用的鍵盤(pán)接口芯片ZLG7290。ZLG7290采用I2C串行接口，提供鍵盤(pán)中斷信號，方便與處理：器連接，可采用多達64個(gè)按鍵，可檢測每個(gè)按鍵的連擊次數，具備鍵盤(pán)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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