基于ARM的六氟化硫的監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)本科畢業(yè)論文

1、摘 要針對變電站內(nèi)六氟化硫氣體濃度采集檢測，本課題結(jié)合江蘇省教育廳實踐創(chuàng)新訓(xùn)練工程，提出了一種基于自動檢測技術(shù)、無線收發(fā)技術(shù)和智能控制技術(shù)的分布式主從測控網(wǎng)絡(luò)，來實現(xiàn)對變電站室內(nèi)的六氟化硫氣體濃度自動檢測和報警，并監(jiān)視變電站內(nèi)溫度、濕度的解決方案。 本文基于變電站內(nèi)的特點，研發(fā)了基于NRF403的無線連續(xù)。以ARM7芯片LPC2131為控制器的變電站內(nèi)六氟化硫氣體濃度的監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能進(jìn)行對變電站內(nèi)環(huán)境的數(shù)據(jù)采集，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，檢測其濃度是否超標(biāo)，該系統(tǒng)具有SF6濃度檢測，溫度、濕度檢測顯示功能，解決了傳統(tǒng)變電站內(nèi)六氟化硫氣體濃度超標(biāo)導(dǎo)致人員傷害的問題，防止了不必要的人員傷害事件的發(fā)

2、生。本測量系統(tǒng)包括硬件和軟件兩大局部，硬件局部由四局部組成：數(shù)據(jù)采集模塊、ARM 系統(tǒng)電路模塊、無線收發(fā)電路模塊、顯示模塊組成；軟件局部的設(shè)計包括：通道選擇程序設(shè)計、A/D 轉(zhuǎn)換程序設(shè)計、無線收發(fā)程序設(shè)計、液晶模塊程序設(shè)計、以及 PC 端應(yīng)用程序設(shè)計。 關(guān)鍵詞：SF6，ARM，數(shù)據(jù)采集，nRF403 AbstracWithin six fluoride in substation sulfur gases concentration acquisition detection，This topic combination of practical innovation training pro

3、ject in jiangsu province，Proposed based on automatic detection technology, wireless transceiver technology and intelligent control technique of distributed control network subordinate，To achieve the substation indoor six fluorination concentration of sulfur gases automatic detection and alarm，And mo

4、nitoring substation of temperature and humidity in solution.Based on the characteristics of substation inside，Based on the research NRF403 wireless continuous，LPC2131 ARM7 chip in the substation as controller within six fluoride gas concentrations of sulfur surveillance systems。This system can perfo

5、rm the substation of data acquisition internal environment，And comprehensive processing of data，Testing whether its concentration exceed bid，The system has SF6 density detection，temperature，Humidity test showed that function。Solve the traditional substation sulfur gases within six fluorination chrom

6、a cause injuries problems。Avoid unnecessary injuries events。The measurement system includes two parts, hardware and software。Hardware consists of four parts：Data acquisition module、ARM system circuit module、Wireless transceiver circuit module、Display module。The design of software components include：

7、Channel selection process design、A/D conversion program design、Wireless transceiver programming、LCD module design programand PC application design。 keywords：SF6, ARM, data collection, nRF403目錄TOC o 1-4 h u HYPERLINK l _Toc4036 摘 要 PAGEREF _Toc4036 I HYPERLINK l _Toc21114 Abstrac PAGEREF _Toc21114 II

8、 HYPERLINK l _Toc3474 第1章 緒論 PAGEREF _Toc3474 - 1 - HYPERLINK l _Toc20363 1. 1 課題背景 PAGEREF _Toc20363 - 1 - HYPERLINK l _Toc30991 1. 2 氣敏傳感器的應(yīng)用 PAGEREF _Toc30991 - 1 - HYPERLINK l _Toc4777 1. 3 課題主要內(nèi)容 PAGEREF _Toc4777 - 2 - HYPERLINK l _Toc5659 1. 4 課題方案 PAGEREF _Toc5659 - 2 - HYPERLINK l _Toc8945 2

9、.2關(guān)鍵模塊的選用 PAGEREF _Toc8945 - 3 - HYPERLINK l _Toc24348 電源模塊的選擇 PAGEREF _Toc24348 - 3 - HYPERLINK l _Toc18952 處理器芯片的選擇 PAGEREF _Toc18952 - 4 - HYPERLINK l _Toc5290 傳感器模塊的選擇 PAGEREF _Toc5290 - 5 - HYPERLINK l _Toc5511 六氟化硫傳感器 PAGEREF _Toc5511 - 5 - HYPERLINK l _Toc10196 濕/溫度傳感器 PAGEREF _Toc10196 - 6 -

10、 HYPERLINK l _Toc19632 2.2.4 無線收發(fā)芯片選擇 PAGEREF _Toc19632 - 7 - HYPERLINK l _Toc15231 2.2.5 顯示芯片的選擇 PAGEREF _Toc15231 - 7 - HYPERLINK l _Toc17627 第3章 硬件電路設(shè)計 PAGEREF _Toc17627 - 9 - HYPERLINK l _Toc7582 3.1數(shù)據(jù)采集電路 PAGEREF _Toc7582 - 9 - HYPERLINK l _Toc4669 SF6采集電路 PAGEREF _Toc4669 - 9 - HYPERLINK l _To

11、c24413 溫/濕度采集電路 PAGEREF _Toc24413 - 9 - HYPERLINK l _Toc16373 3.2 電源電路 PAGEREF _Toc16373 - 11 - HYPERLINK l _Toc11125 3.3 ARM微處理器LPC2131電路 PAGEREF _Toc11125 - 11 - HYPERLINK l _Toc20875 LPC2131 的主要性能 PAGEREF _Toc20875 - 12 - HYPERLINK l _Toc13373 結(jié)構(gòu)概述 PAGEREF _Toc13373 - 13 - HYPERLINK l _Toc8504 3.

12、4 串行接口電路 PAGEREF _Toc8504 - 16 - HYPERLINK l _Toc2493 3.5 顯示模塊電路 PAGEREF _Toc2493 - 16 - HYPERLINK l _Toc16964 3.6 無線收發(fā)電路 PAGEREF _Toc16964 - 19 - HYPERLINK l _Toc32650 nRF403 芯片的介紹 PAGEREF _Toc32650 - 19 - HYPERLINK l _Toc26199 nRF403 芯片電路 PAGEREF _Toc26199 - 20 - HYPERLINK l _Toc7300 3.7 JATG接口電路

13、PAGEREF _Toc7300 - 21 - HYPERLINK l _Toc9971 第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc9971 - 22 - HYPERLINK l _Toc31413 4.1 A/D轉(zhuǎn)換程序 PAGEREF _Toc31413 - 23 - HYPERLINK l _Toc30835 4.2 顯示程序 PAGEREF _Toc30835 - 27 - HYPERLINK l _Toc23966 12864 液晶根本的操作時序 PAGEREF _Toc23966 - 27 - HYPERLINK l _Toc30366 液晶顯示的驅(qū)動程序和接口函數(shù) PAGER

14、EF _Toc30366 - 27 - HYPERLINK l _Toc26380 4.3 無線收發(fā)程序 PAGEREF _Toc26380 - 30 - HYPERLINK l _Toc25765 4.4 固化程序 PAGEREF _Toc25765 - 33 - HYPERLINK l _Toc15260 總結(jié) PAGEREF _Toc15260 - 35 - HYPERLINK l _Toc21023 致謝 PAGEREF _Toc21023 - 36 - HYPERLINK l _Toc23633 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc23633 - 37 - HYPERLINK l _T

15、oc26089 附錄 PAGEREF _Toc26089 - 39 - HYPERLINK l _Toc1227 PAGEREF _Toc1227 - 39 - HYPERLINK l _Toc11222 附錄 PAGEREF _Toc11222 - 40 - HYPERLINK l _Toc6863 PAGEREF _Toc6863 - 40 - HYPERLINK l _Toc5128 附錄 PAGEREF _Toc5128 - 41 - 第1章 緒論1.1 課題背景在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生活中，人們對污染環(huán)境的各種氣體越來越重視，尤其是隨著煤氣、瓦斯氣、液化石油氣和天然氣的開發(fā)利用，各種氣體

16、災(zāi)害的危險性隨之增加，因此需要對各種易燃、易爆和有毒氣體進(jìn)行及時的檢測。目前已開展出許多不同類型的氣體傳感器，能滿足不同場合使用的要求。把氣體傳感器與專門的檢測分析電路結(jié)合，能夠進(jìn)行特定氣體的檢測、分析。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、人民生活水平和生活質(zhì)量的提高，氣敏傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域越來越擴(kuò)大，隨之，人們對氣敏傳感器的要求也越來越高，要求其靈敏度高、選擇性好、功耗低，體積小、重量輕、價格低，集成化、智能化、多功能化等。這些都使得氣敏測試技術(shù)得到了極大的重視與開展，現(xiàn)在已被公認(rèn)為是對人類生命和健康、豐富國民生活以及促進(jìn)其它技術(shù)開展的關(guān)鍵技術(shù)。開展好此技術(shù)，不但能對其它領(lǐng)域的技術(shù)具有極大的推動作用，而且還能

17、改善人類的生存條件和生活質(zhì)量。 1.2 氣敏傳感器的應(yīng)用 現(xiàn)代社會，人們每天都在接觸大量的各種各樣的氣體，如汽車尾氣、工業(yè)廢氣及家用燃?xì)獾?。這些氣體大都對人體有毒性，會污染環(huán)境，而且易燃易爆。因此，通過對各種氣體的檢測、報警來控制其排放、泄露具有非常重要的意義。對氣體的檢測必須依賴于各種各樣的氣敏傳感器。氣體傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，一般應(yīng)用在以下幾個方面： 1工業(yè)生產(chǎn)方面：在工業(yè)生產(chǎn)尤其是化工生產(chǎn)和燃料或冶煉過程中常常會產(chǎn)生許多有毒有害氣體和易燃易爆氣體(Cl2、H2S、NH3、H2、CO、CH4)。為了保證平安生產(chǎn)和工作人員的健康，對產(chǎn)生的毒害氣體和易爆炸氣體進(jìn)行及時檢測和嚴(yán)格的控制是十

18、分必要的。 2農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面：如今塑料大棚已經(jīng)在我國農(nóng)村廣泛的應(yīng)用，而大棚內(nèi)的農(nóng)作物進(jìn)行光合作用時需要消耗大量的CO2，應(yīng)用氣體傳感器對棚內(nèi)的CO2的含量進(jìn)行適當(dāng)監(jiān)測和控制，可以大大提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。 3環(huán)境保護(hù)方面：日常生活中燃燒所產(chǎn)生的廢氣如CO、SO2、CO2以及汽車尾氣中NOx、SOx等毒害氣體已嚴(yán)重的污染了人們賴以生存的環(huán)境。其中NOx、SOx是造成酸雨的主要原因，而CO2是造成溫室效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn)?，從而?dǎo)致全球的氣候異常和自然災(zāi)害的增多。并且這些氣體大多都是致癌物質(zhì)，對環(huán)境和人的健康產(chǎn)生了嚴(yán)重的危害，所以必須應(yīng)用氣體傳感器給與及時的監(jiān)測及控制。 4提高人民生活質(zhì)量方面。隨著人們生活水平

19、的提高，人們對醫(yī)療保健更加關(guān)注，也就更加希望尋求一種無傷害、高準(zhǔn)確度的檢測手段，所以利用呼吸氣體進(jìn)行疾病的診斷3近年來已成為國際上的研究熱點。還有對家居裝修中的甲醛和甲苯氣體以及食品中甲醛和SO2的監(jiān)測也是現(xiàn)代社會所關(guān)注的熱點問題。此外，在航空航天、軍事國防生化武器防御等方面，也越來越顯示出氣體傳感器的重要作用。 1.3 課題主要內(nèi)容本課題研究了一種新型、高精度的智能SF6氣體濃度測量設(shè)備，并將采集到的信號處理后通過無線傳輸設(shè)備傳送。該設(shè)備將 ARM7 應(yīng)用到電路中,利用其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)計算處理能力及控制能力,設(shè)計出了顯示氣體濃度值的測量電路。另外，應(yīng)用具有 ARM7 內(nèi)核的 LPC2131 為微

20、處理器，能夠有效地縮小體積，減少本錢，降低功耗。在無線傳輸局部，采用挪威 Nordic 公司的一體化無線收發(fā)芯片 nRF403。nRF403工作在433或315MHz國際上通用的ISM頻段,雙工作頻段可以自由切換,FSK調(diào)制解調(diào),采用直接數(shù)字合成DSS和鎖相環(huán)穩(wěn)頻 PLL 進(jìn)行頻率合成,頻率穩(wěn)定性好,發(fā)射數(shù)據(jù)時無方向性要求,在高速移動和振動等情況有抗干擾能力。 整個設(shè)計包括硬件和軟件兩大局部。硬件電路的設(shè)計包括：采集電路的設(shè)計；LPC2131 及其外圍電路的設(shè)計；電源電路的設(shè)計；液晶顯示模塊的設(shè)計；無線收發(fā)模塊的連接與設(shè)計；與上位機(jī)連接電路的設(shè)計和程序下載電路的設(shè)計。軟件包括：各局部驅(qū)動程序的

21、編寫，以及所用算法的程序編寫。1.4 課題方案本課題研究的是基于ARM的六氟化硫監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，主要是針對與變電站內(nèi)的六氟化硫的濃度檢測，同時檢測出變電站內(nèi)的溫濕度。本課題的研究主要有硬件和軟件兩個局部。首先硬件局部主要包括處理器模塊、信號采集模、無線收發(fā)模塊、電源模塊和顯示模塊。通過各個局部完成各個本課題的設(shè)計要求。軟件不分主要包括A/D轉(zhuǎn)換程序、顯示模塊程序、無線收發(fā)程序、固化程序完成了整個系統(tǒng)的設(shè)計需求。第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu) 以本SF6濃度測量裝置能夠?qū)怏w濃度進(jìn)行準(zhǔn)確的測量。儀器的檢測靈敏度高，可實現(xiàn)時實測量。 如圖2-1所示為變電站內(nèi)六氟化硫氣體監(jiān)控系統(tǒng)原理

22、框圖。該系統(tǒng)是有處理器模塊、信號采集模、無線收發(fā)模塊、電源模塊和顯示模塊組成。此方案以NRF403為通訊核心，以ARM7芯片LPC2131為微處理器核心，信號采集電路、MCU 及其外圍擴(kuò)展電路、無線收發(fā)電路、液晶顯示電路和電源電路組成。由于采用的是無線通信的方式，再加上考慮到本錢的原因。從長遠(yuǎn)來看不可能采用大功率的無線發(fā)射芯片或者采用諸如GSM的控制方式。從本錢、性能、可靠、平安等因素出發(fā)，設(shè)計了采用NRF403無線接續(xù)的方式。這種方式的應(yīng)用就打破了傳輸距離的限制，在變電站內(nèi)適用開發(fā)起來也更加的方便。 圖2-1 系統(tǒng)原理框圖2.2關(guān)鍵模塊的選用2.2.1電源模塊的選擇電源是整個系統(tǒng)的動力所在，

23、電源的好壞直接影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性與否。從宏觀、全局和經(jīng)營效益的角度來看,單片機(jī)系統(tǒng)電源似乎顯得并不十分搶眼,但從微觀來看，是系統(tǒng)穩(wěn)定性的有利保障。在本模塊的選擇時，著重考慮了以下幾個方面： 類型：一般而言線性穩(wěn)壓電源的體積會大一點，因為在輸入端都會有一個變壓器。而開關(guān)電源是由一些分類元件做出來的，所以體積就可以做得很小。在滿足要求的同時，盡量選擇加工起來方便電源； 輸出功率：功率缺乏就會使電源超負(fù)荷，系統(tǒng)不能正常工作。這一點是系統(tǒng)平安的關(guān)鍵因素，選擇要求是足安足瓦； 紋波系數(shù)：由于直流電源是由交流電源經(jīng)整流、穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)而構(gòu)成，這就不可防止地在直流穩(wěn)定中帶有一些紋波成份，紋波的成分較為復(fù)雜，它有

24、多種脈動量構(gòu)成，紋波干擾對二次保護(hù)系統(tǒng)邏輯控制危害極大，使系統(tǒng)運行的可靠性降低。所以應(yīng)該選擇紋波系數(shù)小的穩(wěn)壓器，來提高系統(tǒng)的可靠性； 輸出電壓：每個系統(tǒng)都會有多個需要供電的器件。在電源的輸出電壓的選擇上，滿足大局部需要供電的器件，假設(shè)有個別例外的器件再在在現(xiàn)有的電壓值的根底上，通過升壓、降壓或者用線性的集成穩(wěn)壓器來滿足供電需求； 本錢：本錢和經(jīng)濟(jì)效益直接掛鉤，在性能要求達(dá)標(biāo)的情況下，盡量低本錢、高穩(wěn)定性的電源。本系統(tǒng)為5V單電源供電，但因系統(tǒng)內(nèi)各芯片所要求的供電電壓不同，需要的電源穩(wěn)定性也不同，所以電源由以下兩局部構(gòu)成。1微控制器LPC2131的工作電壓為3.3V，采用的SPX1117M-3.

25、3將電源穩(wěn)壓至3.3V。SPX1117M-3.3是Sipex公司生產(chǎn)的LDO芯片，其特點為輸出電流大，輸出電壓精度高，穩(wěn)定性高。該芯片輸出電流可到達(dá)800mA，輸出電壓的精變在1%以內(nèi)，還具有電流限制和熱保護(hù)功能。 2信號采集電路工作電壓為5V，采用7805穩(wěn)壓芯片，把電壓穩(wěn)定在5V。 2.2.2處理器芯片的選擇在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，最重要的就是要根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的要求和特性選擇適宜的微處理器(MCU)。本次設(shè)計在選擇MCU時主要考慮以下幾個因素： 保密性強(qiáng)：選擇加密性強(qiáng)、很難解密或破解的單片機(jī)。讓一般的仿制者望而退步，使得其他人不能讀懂你的程序不能修改你的程序、有效的保護(hù)自己的科研成果； 抗干擾

26、性能：系統(tǒng)穩(wěn)定運行是必須要保證的，所以選擇抗干擾能力強(qiáng)的單片機(jī)成為首選條件； 速度：考慮到系統(tǒng)要求有較快的執(zhí)行速度，應(yīng)盡可能地選擇運行速度快的單片機(jī)； 單片機(jī)功能：盡量選擇功能齊全，集成度高的單片機(jī)，同時也是對抗干擾和速度的一個促進(jìn)。 價格：考慮到產(chǎn)品的推廣和應(yīng)用，在不影響質(zhì)量的前提下，盡量低本錢也是本次設(shè)計的一個主要考慮因素。本系統(tǒng)中的微控制器采用了Philips的嵌入式處理器LPC2131，它是一個基于支持實時仿真的16/32位的ARM7 TDMI-STM CPU，采用3級流水線作業(yè)，并帶有32kB、嵌入的高速Flash存儲器。128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大

27、時鐘速率下運行。兩個32位定時器、一個10位8路ADC、6個PWM通道、和多達(dá)47個GPIO以及多達(dá)9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷，較小的封裝和極低的功耗使LPC2131可以理想地應(yīng)用于小型設(shè)備中。2.2.3 傳感器模塊的選擇 針對于本課題的傳感器的選擇，本課題要對六氟化硫氣濃度進(jìn)行檢測監(jiān)控，同時對變電站內(nèi)的溫度、濕度也要進(jìn)行檢測。因此本課題要選取兩個傳感器原件。2.2.3.1六氟化硫傳感器氣敏傳感器是一種檢測特定氣體的傳感器。它主要包括半導(dǎo)體氣敏傳感器、接觸燃燒式氣敏傳感器和電化學(xué)氣敏傳感器等，其中用的最多的是半導(dǎo)體氣敏傳感器。它的應(yīng)用主要有：一氧化碳?xì)怏w的檢測、瓦斯氣體的檢測、煤氣的檢測、氟

28、利昂R11、R12的檢測、呼氣中乙醇的檢測、人體口腔口臭的檢測等等。 本課題選用的為SF6氣敏傳感器該氣敏元件屬于金屬氧化物氣敏元件圖2-2，具有低功耗、高靈敏度、壽命長、低本錢、后期電路簡單等特點。它將氣體濃度的信息轉(zhuǎn)換成電信號，根據(jù)這些電信號的強(qiáng)弱就可以獲得SF6氣體在變電站內(nèi)的濃度信息，從而可以進(jìn)行檢測、監(jiān)控、報警。圖2-2 sf6氣敏元件其技術(shù)指標(biāo)與靈敏度特性有一下兩點：1SF6氣敏元件在空氣中有較低的電導(dǎo)率。假設(shè)處于混有可感測的氣體的環(huán)境中，它的電導(dǎo)率將隨著空氣中可感測的氣體濃度的增大而增大。一個簡單電路就可以將這一電導(dǎo)率的化轉(zhuǎn)換為和可感測氣體濃度相關(guān)的輸出信號。2為使氣敏元件正常工

29、作，應(yīng)保證環(huán)境溫度在-10到 65之間，濕度95%。當(dāng)傳感器接入電路后，隨著氣體濃度的變化，負(fù)載電阻兩端的電壓將隨著傳感器電阻的減小而增加。 濕/溫度傳感器溫/濕度傳感器承當(dāng)了檢測變電站內(nèi)溫度、濕度的任務(wù)，和上述的六氟化硫氣敏傳感器結(jié)合起來完本錢系統(tǒng)的傳感器模塊。本課題中選用的是瑞士Sensirion公司推出的基于CMOSens技術(shù)的新型溫濕度傳感器。該傳感器將CMOS芯片技術(shù)與傳感器技術(shù)結(jié)合起來，發(fā)揮出強(qiáng)大的優(yōu)勢互補作用。SHT75智能化數(shù)字傳感器內(nèi)部集成了相對濕度傳感器、帶隙式溫度傳感器、信號放大器、14位A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)校準(zhǔn)存儲器、二線串行接口、CRC校驗發(fā)生器。這樣就免去了傳感器外圍

30、電路，保證了高可靠性和高穩(wěn)定性，提高了看干擾能力。而且不需要經(jīng)過復(fù)雜的校準(zhǔn)、標(biāo)定過程，測量精度得到保證，且在線性度、重復(fù)性、互換性、一致性等方面都不錯。在未來的大型溫濕測控系統(tǒng)中將得到廣泛的應(yīng)用。SHT75封裝如圖2-3所示，在pcb上有一個用液晶聚合物制成的帽，上面開有傳感器窗口，與外界接觸。帽下部有一小塊環(huán)氧樹脂黏結(jié)固定。左起四個引腳分別為：1-SCK，2-VDD，3-GND，4-DATA。SCK為時鐘輸入端,當(dāng)電源電壓大于4.5V時，最高時鐘頻率可達(dá)10MHz；小于4.5V時也可到1MHz。圖2-3 SHT75封裝整個器件主要有以下局部組成：相對濕度傳感器、溫度傳感器、信號放大器、14位

31、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)校準(zhǔn)存儲器、I2C接口及CRC校驗發(fā)生器。相對濕度與溫度傳感器通過放大器與一個14位的A/D轉(zhuǎn)換器相連。傳感器的相對濕度和溫度都與極為精確的溫度和濕度標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，相關(guān)校準(zhǔn)系數(shù)以程序形式存于OTP校準(zhǔn)存儲器中，在檢測處理過程中隨時提供調(diào)用。通過I2C總線與單片機(jī)控制模塊連接，可實現(xiàn)直接的數(shù)字量輸入輸出，測量數(shù)據(jù)可通過CRC通訊校驗來確保其正確性。 無線收發(fā)芯片選擇本文設(shè)計的通用無線數(shù)傳模塊，主要以完成信號的傳輸為主，系統(tǒng)需要完成綜合報警節(jié)點與監(jiān)控節(jié)點之間的一點對多點無線通信，傳輸實時性要求較高，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大，因此對無線通信方式的選擇可以有較大的空間。隨著無線通信技術(shù)的

32、開展，無線收發(fā)芯片的集成度、性能都大幅度提高，芯片性能也各有特色。因而，無線收發(fā)芯片的選擇在設(shè)計中是至關(guān)重要的。正確的選擇可以減小開發(fā)難度、縮短開發(fā)周期、降低本錢、更快地將產(chǎn)品推向市場。目前，生產(chǎn)此類芯片的廠家主要有Nordic、XEMICS、Chipeon、n、Maxim等。選擇無線收發(fā)芯片時，應(yīng)考慮以下幾點因素：功耗、發(fā)射功率、接收靈敏度、傳輸速度、從待機(jī)模式到工作模式的喚醒時間、收發(fā)芯片所需的外圍元件數(shù)量、芯片本錢等。本系統(tǒng)的收發(fā)模塊采用挪威Nordic 公司的一體化無線收發(fā)芯片nRF403。nRF403 工作在433 或315MHz 國際上通用的ISM( Industrial , Sc

33、ientific andMedical) 頻段，雙工作頻段可以自由切換，F(xiàn)SK 調(diào)制解調(diào)，采用直接數(shù)字合成DSS 和鎖相環(huán)穩(wěn)頻PLL 進(jìn)行頻率合成,頻率穩(wěn)定性好，發(fā)射數(shù)據(jù)時無方向性要求，在高速移動和振動等情況有抗干擾能力。接收靈敏度高達(dá)-105dBm ，最大發(fā)射功率為+10dBm ，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)20kbit/ s，開闊地的使用距離最遠(yuǎn)可達(dá)1000 米。采用的解調(diào)器是DC(Data Coding) 平衡的，輸入數(shù)據(jù)可以是各種0、1 序列，無需進(jìn)行曼切斯特編碼。nRF403 另一個非常重要的特點是接收機(jī)的頻帶阻抗很高，這意味著不需要外部聲面波濾波器；外圍元件很少，僅外接一個4MHz 晶振，電感

34、和幾個阻容元件共10 個左右，無需調(diào)試部件。2.2.5 顯示芯片的選擇目前顯示器件的種類很多，性能也各異，但在單片機(jī)測控領(lǐng)域，常用的顯示器件根本上是LED 顯示器和LCD顯示器兩種。LED顯示器是主動發(fā)光式的顯示器，由發(fā)光二極管構(gòu)成或者LED數(shù)碼管組成。液晶顯示器LCD是一種被動發(fā)光型的顯示器，即液晶本身并不發(fā)光，而是利用液晶經(jīng)過處理后能改變光線通過方向的特性，而到達(dá)白底黑字或黑底白字或者藍(lán)底白字顯示的目的。液晶顯示器具有體積小、重量輕、分辨率高、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、驅(qū)動電壓低等優(yōu)點，因此被廣泛地應(yīng)用在智能儀器、數(shù)字儀表、控制系統(tǒng)及人類生活的各種顯示領(lǐng)域中。針對本課題的顯示要求，綜合以上分析

35、，本文選擇RT12864-16是一種圖形點陣液晶顯示器,它主要由行驅(qū)動器/列驅(qū)動器及12864全點陣液晶顯示器組成?？赏瓿蓤D形顯示，也可以顯示84個(1616點陣)漢字。第3章 硬件電路設(shè)計3.1數(shù)據(jù)采集電路3.1.1 SF6采集電路實際應(yīng)用中，傳感器的輸出信號往往具有較寬的變化范圍，氣敏傳感器會隨著所處環(huán)境氣體濃度的不同發(fā)生較大的變化，因此測量電路傳出的信號電平也有較大的差異，從微伏到伏，變化范圍很寬，由于本測量電路中LPC2131的A/D轉(zhuǎn)換通道輸入電壓規(guī)定為0-3.3V，如果直接采用上述傳感器的輸出電壓的范圍直接作為A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓，就不能充分利用A/D轉(zhuǎn)換器的有效位，這樣就必然影

36、響測定范圍和測量精度。在氣敏傳感器測量裝置中，模擬電子開關(guān)選擇了漏電流極低的nMOS模擬開關(guān)MAX4237，其為精密的、8通道、低電壓、CMOS模擬多路復(fù)用器，其導(dǎo)通電阻小于100歐姆，通道之間的電阻在6歐之間，最大為11歐，相對于本裝置中選擇的高阻值基準(zhǔn)電阻高達(dá)百兆級來說，可以忽略不計，在85C時，開關(guān)漏電流小于2.5nA，轉(zhuǎn)換檔的速率極高，小于250ns，同時MAX4237為8通道復(fù)用器，能夠滿足本裝置精度要求，具體的電路圖如圖3-1所示。圖3-1 采集電路原理圖3.1.2 溫/濕度采集電路SCK是傳感器和單片機(jī)之間同步傳輸時鐘輸入端。DATA 三態(tài)門用于數(shù)據(jù)的讀取。DATA 在SCK 時

37、鐘下降沿之后改變狀態(tài), 并僅在SCK時鐘上升沿有效。數(shù)據(jù)傳輸期間,在SCK時鐘高電平時,DATA 必須保持穩(wěn)定。SHT75傳感器需要一個5V的供電電壓。加電后，需要一個11ms的睡眠延遲時間，在這之前，不應(yīng)該向傳感器發(fā)送命令，電源VDD GND間接一個100nF的電容。其電路如以下圖3-2所示：圖3-2 SHT75傳感器電路SHT75內(nèi)部電路框圖如圖3-3所示：圖3-3 SHT75內(nèi)部電路框圖整個器件主要有以下局部組成：相對濕度傳感器、溫度傳感器、信號放大器、14位A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)校準(zhǔn)存儲器、I2C接口及CRC校驗發(fā)生器。相對濕度與溫度傳感器通過放大器與一個14位的A/D轉(zhuǎn)換器相連。傳感器的

38、相對濕度和溫度都與極為精確的溫度和濕度標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，相關(guān)校準(zhǔn)系數(shù)以程序形式存于OTP校準(zhǔn)存儲器中，在檢測處理過程中隨時提供調(diào)用。表3-1 SHT75指令集合命令編碼說明測量溫度00011溫度測量測量濕度00101濕度測量讀存放器狀態(tài)00111“讀狀態(tài)存放器寫存放器狀態(tài)00110“寫狀態(tài)存放器表3- 1 SHT75指令集合3.2 電源電路全系統(tǒng)為5V單電源供電，但因系統(tǒng)內(nèi)各芯片所要求的供電電壓不同，需要的電源穩(wěn)定性也不同39，所以電源由以下兩局部構(gòu)成。1微控制器LPC2131的工作電壓為3.3V，采用的SPX1117M-3.3將電源穩(wěn)壓至3.3V。SPX1117M-3.3是Sipex公司生產(chǎn)

39、的LDO芯片，其特點為輸出電流大，輸出電壓精度高，穩(wěn)定性高。該芯片輸出電流可到達(dá)800mA，輸出電壓的精變在1%以內(nèi)，還具有電流限制和熱保護(hù)功能，具體電路如圖3-4所示。2信號采集電路工作電壓為5V，采用7805穩(wěn)壓芯片，把電壓穩(wěn)定在5V。具體電路如圖3-5所示。圖3-4 微控制器的電源電路圖3-5 采集電路電源產(chǎn)生電路3.3 ARM 微處理器LPC2131電路本裝置中的微控制器采用了Philips的嵌入式處理器LPC2131，它是一個基于支持實時仿真的16/32位的ARM7 TDMI-STM CPU，采用3級流水線作業(yè)，并帶有32kB、嵌入的高速Flash存儲器。128位寬度的存儲器接口和獨

40、特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。兩個32位定時器、一個10位8路ADC、6個PWM通道、和多達(dá)47個GPIO以及多達(dá)9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷，較小的封裝和極低的功耗使LPC2131可以理想地應(yīng)用于小型設(shè)備中。3.3.1 LPC2131 的主要性能以下為LPC2131的主要特性：16/32位ARM7TDMI-S核，超小LQFP64封裝；利用此特點，可以有效降低裝置的體積。小型的LQFP64封裝上包含多達(dá)47個通用I/O口可承受5V電壓；實時時鐘具有獨立的電源和時鐘，可在節(jié)電模式中極大地降低功耗；1個8路10位的A/D轉(zhuǎn)換器，共提供16路模擬輸入，每個通道的轉(zhuǎn)換時間低至2.4

41、4us；8kB的片內(nèi)靜態(tài)RAM和32kB的片內(nèi)Flash程序存儲器。128位寬度接口/加速器可實現(xiàn)高達(dá)60MHz工作頻率；利用此特點，能夠?qū)崿F(xiàn)程序的快速運行。多個串行接口，包括2個16C550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)UART、2個高速I2C接口400kbit/s、SPITM和具有緩沖作用和數(shù)據(jù)長度可變功能的SSP；通過片內(nèi)boot裝載程序?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)編程/在應(yīng)用編程ISP/IAP。單扇區(qū)或整片擦除時間為400ms。256字節(jié)行編程時間為1ms；EmbeddedICERT和嵌入式跟蹤接口通過片內(nèi)RealMonitorTM軟件對代碼進(jìn)行實時調(diào)試和高速跟蹤；2個32位定時器/計數(shù)器帶4路捕獲和4路比擬通道、PWM單元

42、6路輸出和看門狗；向量中斷控制器。可配置優(yōu)先級和向量地址；通過片內(nèi)PLL100us的設(shè)置時間可實現(xiàn)最大為60MHz的CPU操作頻率；通過外部中斷將處理器從掉電模式中喚醒；片內(nèi)晶振頻率范圍：1-30MHz；低功耗模式：空閑和掉電；多達(dá)9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷管腳；單電源，具有上電復(fù)位POR和掉電檢測BOD電路；可通過個別使能/禁止外部功能和外圍時鐘分頻來優(yōu)化功耗；CPU操作電壓范圍：3.0V-3.6V(3.3V10)，I/O口可承受5V的電壓。ARM結(jié)構(gòu)是基于精簡指令集計算機(jī)(RISC)原理而設(shè)計的。指令集和相關(guān)的譯碼機(jī)制比復(fù)雜指令集計算機(jī)要簡單得多。這樣使用一個小的、廉價的處理器核，就可實

43、現(xiàn)很高的指令吞吐量和實時的中斷響應(yīng)。處理器采用三級流水線技術(shù)，通常在執(zhí)行一條指令的同時對下一條指令進(jìn)行譯碼，并將第三條指令從存儲器中取出，從而使處理和存儲系統(tǒng)的所有局部都可連續(xù)工作。同時，ARM7TDMI-S處理器使用了一個被稱為THUMB的獨特的結(jié)構(gòu)化策略，THUMB指令集的16位指令長度使其可以到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)ARM代碼兩倍的密度，卻仍然保持ARM的大多數(shù)性能上的優(yōu)勢，這些優(yōu)勢是使用16位存放器的16位處理器所不具有的。這是因為THUMB代碼和ARM代碼一樣，在相同的32位存放器上進(jìn)行操作。它非常適用于那些對存儲器有限制或者需要較高代碼密度的大批量產(chǎn)品的應(yīng)。3.3.2 結(jié)構(gòu)概述ARM7TDMI-S

44、是一個通用的32位微處理器，它可提供高性能和低功耗。ARM結(jié)構(gòu)是基于精簡指令集計算機(jī)(RISC)原理而設(shè)計的。指令集和相關(guān)的譯碼機(jī)制比復(fù)雜指令集計算機(jī)要簡單得多。這樣使用一個小的、廉價的處理器核就可實現(xiàn)很高的指令吞吐量和實時的中斷響應(yīng)。由于使用了流水線技術(shù)，處理和存儲系統(tǒng)的所有局部都可連續(xù)工作。通常在執(zhí)行一條指令的同時對下一條指令進(jìn)行譯碼，并將第三條指令從存儲器中取出。ARM7TDMI-S處理器使用了一個被稱為THUMB的獨特的結(jié)構(gòu)化策略，它非常適用于那些對存儲器有限制或者需要較高代碼密度的大批量產(chǎn)品的應(yīng)用。在THUMB后面一個關(guān)鍵的概念是“超精簡指令集。ARM7TDMI-S處理器根本上具有兩

45、個指令集：標(biāo)準(zhǔn)32位ARM指令集及16位THUMB指令集。THUMB指令集的16位指令長度使其可以到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)ARM代碼兩倍的密度，卻仍然保持ARM的大多數(shù)性能上的優(yōu)勢，這些優(yōu)勢是使用16位存放器的16位處理器所不具有的。這是因為THUMB代碼和ARM代碼一樣，在相同的32位存放器上進(jìn)行操作。THUMB代碼僅為ARM代碼規(guī)模的65%，但其性能卻相當(dāng)于連接到16位存儲器系統(tǒng)的相同ARM處理器性能的160%。以下簡單介紹一下本裝置用到的各種集成功能：片內(nèi)FLASH程序存儲器LPC2131集成了一個32kB的FLASH存儲器系統(tǒng)。該存儲器可用作代碼和數(shù)據(jù)的存儲。對FLASH存儲器的編程可通過幾種方法來實

46、現(xiàn)?？赏ㄟ^串口進(jìn)行在系統(tǒng)編程，也可以在應(yīng)用程序運行時進(jìn)行在應(yīng)用編程。這樣為數(shù)據(jù)存儲和現(xiàn)場固件的升級都帶來了極大的靈活性。當(dāng)使用片內(nèi)bootloader時，32kB的Flash存儲器可作用戶代碼使用。LPC2131Flash存儲器至少含有10,000個擦除/寫周期，數(shù)據(jù)至少可保存10年。片內(nèi)靜態(tài)RAM片內(nèi)靜態(tài)RAM可用作代碼和/或數(shù)據(jù)的存儲。SRAM支持8位、16位和32位訪問。LPC2131具有8kB靜態(tài)RAM。10位A/D轉(zhuǎn)換器LPC2131分別包含1 個模-數(shù)轉(zhuǎn)換器。它們是簡單的帶8路輸入的10位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其具有的特性：測量范圍：0-3.3V；每秒可執(zhí)行400,000次10位采樣

47、；單路或多路輸入的突發(fā)轉(zhuǎn)換模式；根據(jù)輸入腳的跳變或定時器匹配信號執(zhí)行轉(zhuǎn)換。UARTLPC2131包含2個UART。除了標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)線外，LPC2138UART1還提供一個完全的調(diào)制解調(diào)器控制握手接口。LPC2131發(fā)送FIFO控制使能實現(xiàn)2個UART的軟件XON/XOFF流控制.UART的特性如下：16字節(jié)接收和發(fā)送FIFO；存放器位置遵循550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；接收器FIFO觸發(fā)點為1、4和14個字節(jié)；內(nèi)置波特率發(fā)生器；LPC2131將信號采集電路的輸出接入其AD轉(zhuǎn)換的引腳，進(jìn)行10位AD轉(zhuǎn)換，所需測量的模擬量為2路。一路測量電源電壓，實時監(jiān)測電源電壓，自動調(diào)整占空比，保證恒定的加熱電壓；另

48、一路測量氣敏元件信號采集電路中的分壓，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電阻，并利用其與氣體濃度之間的關(guān)系，將所測氣體的濃度輸出到顯示電路中。同時其GPIO要留出足夠的引腳用來與顯示電路進(jìn)行并行連接，以及中斷處理，人機(jī)聯(lián)系按鍵，量程控制引腳等等。本裝置中主要應(yīng)用了LPC2131的以下四局部功能，A/D轉(zhuǎn)換器、片內(nèi)FLASH程序存儲器、片內(nèi)靜態(tài)RAM、UART。其引腳圖如圖3-6所示。圖3-6 LPC2131引腳圖引腳排列如圖3-7所示。各引腳功能如下：圖3-7 nRF403 的引腳圖XC1：晶振輸入；XC2：晶振輸出；這里采用4MHz 基準(zhǔn)晶振(與MCU 共享)。VDD：芯片電源， +2. 7 - + 3. 6V，

49、,一般取3V。VSS：電源接地端。FILT1：環(huán)路濾波器。VCO1、VCO2：輸入電感。DIN：數(shù)據(jù)輸入。DOUT：數(shù)據(jù)輸出。RF-PWR ：發(fā)射功率調(diào)節(jié)輸入端。FREQ ：頻道選擇端，F(xiàn)REQ = 0 時，頻段為433. 92MHz ；FREQ = 1 那么頻段為315. 16MHz。ANT1、ANT2 ：收發(fā)天線終端。PWR-UP ：節(jié)電控制輸入端，取值為1時，處于工作狀態(tài)；取值為0時，處于待機(jī)狀態(tài)(休眠模式 3.4 串行接口電路本裝置測量數(shù)據(jù)可通過串口線將數(shù)據(jù)送到上位機(jī)進(jìn)行顯示，所以需要接口讓LPC2131 和上位機(jī)進(jìn)行通信。目前，通信方式主要分為兩種：串行通信RS-232C、RS-42

50、2A、RS-485、USB和并行通信，其中并行通信和USB標(biāo)準(zhǔn)的傳輸速率較快，適用于數(shù)據(jù)量較大對實時性要求較高的場合；RS-422A和RS-485 傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，適合工業(yè)控制場合的遠(yuǎn)距離多機(jī)之間通訊；RS-232C傳輸速率較低最大為20kbit/s，傳輸距離相對較短最大距離為30m，且只能進(jìn)行點對點的通訊，但其電路簡單，本錢低廉，比擬適合要求不高的場合。串行通信又分為異步通信和同步通信。本系統(tǒng)采用異步通信，8位可變波特率傳輸方式，選用波特率為115200。由于LPC2131 是3.3V供電，所以要使用SP3232E進(jìn)行RS-232 電平轉(zhuǎn)換。SP3232E是3V工作電源的RS-23

51、2 轉(zhuǎn)換芯片。電路圖如圖3-8 所示。圖3-8 串行接口電路3.5 顯示模塊電路本設(shè)計中采用兩種方式進(jìn)行顯示：液晶顯示和上位機(jī)顯示。其中液晶顯示選擇用RT-12864液晶顯示器，可以直觀地顯示出當(dāng)前被測氣體濃度，除能顯示數(shù)字外還可以顯示漢字。同時用戶可根據(jù)需要，利用LPC2131的UART串口，通過串口線與上位機(jī)相連，利用上位機(jī)顯示，使人機(jī)界面變得更加友好。當(dāng)被測氣體濃度超過警戒線時，智能傳感器通過蜂鳴器發(fā)出聲音報警，同時顯示中也會給出警示信號，提示用戶做出相應(yīng)的處理。以下主要介紹12864液晶顯示方式。RT12864-16是一種圖形點陣液晶顯示器,它主要由行驅(qū)動器/列驅(qū)動器及12864全點陣

52、液晶顯示器組成?？赏瓿蓤D形顯示，也可以顯示84個(1616點陣)漢字。RT128-64的主要技術(shù)參數(shù)和性能：1、電源VDD：+5V；2、顯示內(nèi)容：128(列)64(行)點；3、全屏幕點陣；4、七種指令；5、與CPU接口采用8位數(shù)據(jù)總線并行輸入輸出和8條控制線；6、占空比1/64；7、工作溫度：-10 +60存儲溫度:-20+70。其硬件構(gòu)成結(jié)構(gòu)框圖如圖3-9所示。IC3為行驅(qū)動器。IC1、IC2為列驅(qū)動器。圖3-9 12864的結(jié)構(gòu)框圖RT12864-16工作過程可簡析為：液晶顯示模塊經(jīng)數(shù)據(jù)總線接收外部微處理器MCU發(fā)來的指令和數(shù)據(jù)，并存入內(nèi)部的指和數(shù)據(jù)存放器中，在這些指令的控制下，行、列驅(qū)動

53、器對128*64點陣的LCD顯示屏進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)所需信息的顯示。RT12864-16液晶顯示模塊的各外部引腳名稱、功能和用法如表3-2所示。表3-2 管腳及功能描述在本裝置中，為了獲得友好的界面和方便裝置的使用，采用漢字顯示方式，漢字代碼的獲取采用取字模軟件，將每個漢字的代碼記錄在CAT1025中，在使用時調(diào)取。LPC2131具有32個GPIO口P0.0P0.31，沒有外部總線，大多GPIO口是復(fù)用口，所以它一般不適合連接大屏幕液晶顯示器，但驅(qū)動小規(guī)模液晶模塊進(jìn)行工業(yè)控制上的參量顯示還是非常適宜的。在編寫驅(qū)動程序之前還必須了解LPC的GPIO存放器的配置，GPIO包含四個存放器，如表3-3

54、所列。表3-3 配置GPIO口的四個存放器液晶RT128-64與LPC2131的連接電路如圖3-10：圖3-10 RT128-64與LPC2131的連接電路3.6 無線收發(fā)電路在收發(fā)芯片的選擇上，經(jīng)過對整個智能氣敏傳感器的綜合考慮，從經(jīng)濟(jì)實用，效率及穩(wěn)定性能方面我們選擇了挪威Nordic 公司的一體化無線收發(fā)芯片nRF403。nRF403 工作在433 或315MHz 國際上通用的ISM 頻段,雙工作頻段可以自由切換,FSK 調(diào)制解調(diào),采用直接數(shù)字合成DSS 和鎖相環(huán)穩(wěn)頻PLL 進(jìn)行頻率合成,頻率穩(wěn)定性好,發(fā)射數(shù)據(jù)時無方向性要求,在高速移動和振動等情況有抗干擾能力。3.6.1 nRF403 芯

55、片的介紹本系統(tǒng)的收發(fā)模塊采用挪威Nordic 公司的一體化無線收發(fā)芯片nRF403。nRF403 是目前低功率無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦硐脒x擇，可廣泛用于車輛監(jiān)控、遙測、小型無線網(wǎng)絡(luò)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、非接觸RF 智能卡、小型無線數(shù)據(jù)終端、平安防火系統(tǒng)、生物信號采集、水文氣象監(jiān)控、無線232 數(shù)據(jù)通信、無線485/422 數(shù)據(jù)通信、數(shù)字音頻、圖像傳輸?shù)?。其主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo)如表3-4所示。芯片內(nèi)包含有功率放大器(PA)，低噪聲接收放大器(LNA)，晶體振蕩器(OSC)，鎖相環(huán)( PLL ) , 壓控振蕩器(VCO)，混頻器(MIXER)等電路。在接收模式中，nRF403是被配置成傳統(tǒng)的外差式接收

56、機(jī)。RF輸入信號被LNA放大，經(jīng)由MIXER變成中頻(IF)。在中頻級，這個被變換的信號在送入解調(diào)器(DEM)濾波。整個過程的頻率穩(wěn)定性極好。在發(fā)射模式中,VCO 的輸出信號是直接送入到PA ，RF 輸出是被送至DIN 端，然后經(jīng)過數(shù)字信號FSK(頻移鍵控)編碼發(fā)射出去。FSK編碼在工業(yè)設(shè)計中具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)點，它抗干擾能力強(qiáng)，調(diào)制解調(diào)技術(shù)成熟，且實現(xiàn)方便。接收靈敏度為 -105dBm ，發(fā)射功率僅為10dBm。表3-4RF403 主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo)表3-4RF403 主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo)3.6.2 nRF403 芯片電路氣敏傳感器的無線收發(fā)過程可簡單的描述為：氣敏傳感器通過敏感元件感受氣體濃度變化，并

57、經(jīng)過測量電路產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號變化，控制電路將電壓信號通過串口傳送給微處理器，微處理器接收數(shù)據(jù)后，將需發(fā)送的數(shù)據(jù)(這里包括目標(biāo)設(shè)備地址和所要發(fā)送的數(shù)據(jù)) 通過SPI 接口發(fā)送給nRF403，nRF403 將數(shù)據(jù)加前導(dǎo)碼和CRC 碼，將數(shù)據(jù)包發(fā)送。當(dāng)nRF403 接收到有效數(shù)據(jù)后，通過SPI 接口從nRF403 中讀出接收數(shù)據(jù)，然后通過USART 傳送給LCD 顯示或PC 機(jī)等其他外部設(shè)備。軟件功能模塊由CPU 存放器初始化、串行口初始化、串口收發(fā)送程序、SPI 初始化、SPI 收發(fā)送程序、I/O 口初始化、nRF403 配置存放器操作、nRF403 接收程序、發(fā)送程序、主程序模塊組成。nRF4

58、03 無線收發(fā)模塊的硬件連接圖如以下圖3-11示。圖3-11nRF403 無線收發(fā)模塊3.7 JATG接口電路本裝置使用JATG接口下載程序到Flash。EasyJTAG仿真器可支持LPC2000系列ARM7微控制器的片內(nèi)Flash下載，這樣就可以使用該功能將程序下載到Flash里，以便脫機(jī)運行。JTAG電路的原理圖如圖3-12示：圖3-12LPC2131的JTAG電路原理第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計硬件電路搭建完畢后，就要下載驅(qū)動程序到LPC2131的片內(nèi)Flash中，使MCU運行程序?qū)崿F(xiàn)所需的功能。在本設(shè)計中程序編寫調(diào)試在ADSARM Developer Suite1.2集成開發(fā)環(huán)境中完成，采用E

59、asyJTAG仿真器燒寫程序。系統(tǒng)軟件設(shè)計流程如圖4-1所示。圖4-1 總流程圖4.1 A/D轉(zhuǎn)換程序本裝置采用的是LPC2131自帶的A/D轉(zhuǎn)換器。LPC2131擁有1個10位8路A/D轉(zhuǎn)換器。啟動A/D轉(zhuǎn)換的方式非常靈活，既可以單路軟件啟動，也可以設(shè)置為BURST模式對某幾路信號逐個循環(huán)采樣。本系統(tǒng)中采用單路軟件啟動。程序流程圖如圖4-2所示。采集到的數(shù)據(jù)送入處理器進(jìn)行計算后，通過異步通信口UART0，由上位機(jī)顯示。串口通信程序采用的是查詢方式，流程圖如圖4-3所示。以下為單通道AD轉(zhuǎn)換，通過上位機(jī)顯示程序：圖4-2 A/D轉(zhuǎn)換流程圖圖4-3 串口通信流程圖A/D轉(zhuǎn)換源程序：#includ

60、e config.hvoid DelayNS (uint32 dly)uint32 i;for ( ; dly0; dly-)for (i=0; i= 80)x = 0;y+;int main (void)uint32 ADC_Data;char str20;PINSEL0 = 0 x00000005; / 管腳連接串口PINSEL1 = 1 28; / P0.30連接到AD0.3UART0_Init();AD0CR = (1 3) | / SEL=8,選擇通道3(Fpclk / 1000000 - 1) 8) | / CLKDIV=Fpclk/1000000-1,轉(zhuǎn)換時鐘為1MHz(0 16