一種轎車車內(nèi)CO濃度實時測控系統(tǒng)的設(shè)計

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 一種轎車車內(nèi)CO濃度實時測控系統(tǒng)的設(shè)計 1 引言 轎車空調(diào)運(yùn)行在車輛停駛期間產(chǎn)生的一氧化碳進(jìn)入轎車車廂內(nèi)極易誘發(fā)中毒事故，隨著轎車的普及，由此引發(fā)的一氧化碳安全事故也越來越多。為了減少這類的事故的發(fā)生，本文設(shè)計實現(xiàn)了一個能夠檢測轎車一氧化碳濃度的系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用凌陽公司高性能16位單片機(jī)SPCE 061 A作為控制，利用CO傳感器MQ-7采集車內(nèi)一氧化碳，引入C/OS-II實時操作系統(tǒng)。中國工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：車間連續(xù)接觸8小時的容許濃度為300 ppm.因此，設(shè)定CO報警門限為300 ppm,當(dāng)車內(nèi)一氧化碳到達(dá)設(shè)定的該值時，系統(tǒng)可以發(fā)出聲光告警提示通風(fēng)換

2、氣，延時一分鐘后則自動打開天窗開展通風(fēng)，以保證車內(nèi)人員安全，另外，為便于觀察車內(nèi)溫度操作空調(diào)，設(shè)計了溫度輔助測試單元，采用DS18B20溫度傳感器實現(xiàn)溫度測量。 1 系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。系統(tǒng)控制芯片選用凌陽公司生產(chǎn)的高性價比16 bit雙核微處理器SPCE061A,該芯片的主要特性是：微處理器內(nèi)核工作電壓VDD為3.0-3.6 V,32位通用可編程I/O端口工作電壓VDDH為5.5 V;微處理器工作時鐘范圍可編程實現(xiàn)0.3249.152MHz;內(nèi)置SRAM容量為2 kB和FLASH ROM容量為32 kB;系統(tǒng)在備用狀態(tài)下功耗為7.2W（時鐘為關(guān)閉狀態(tài)）；可以開展觸鍵喚醒設(shè)置

3、；7通道10位電壓模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和單通道聲音模/數(shù)轉(zhuǎn)換器；2個16位可編程定時器/計數(shù)器（可自動預(yù)置初始計數(shù)值）；2個10位DAC（數(shù)/模轉(zhuǎn)換）輸出通道，可以方便實現(xiàn)語音提示功能；14個中斷源易于實現(xiàn)系統(tǒng)的實時控制能力，同時具備串行設(shè)備接口便于和其他設(shè)備通信；低電壓復(fù)位（LVR）和低電壓監(jiān)測（LVD）功能，保證系統(tǒng)的運(yùn)行可靠；另外16位單片機(jī)具有高效率RISC指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境，通過內(nèi)置在線仿真ICE（In Circu it Emulation）實現(xiàn)在線調(diào)試。微處理器支持標(biāo)準(zhǔn)C語言，可以實現(xiàn)C語言與凌陽匯編語言的互相調(diào)用。 圖1所示系統(tǒng)包括傳感器采集電路、CO信號調(diào)理電路、聲光報警

4、電路、LCD顯示電路、溫度測量、電源電路等功能模塊，系統(tǒng)通過CO傳感器MQ-7采集電路采集CO信號，輸出與CO濃度成正比的模擬電壓信號，把電壓信號送入SPCE061A內(nèi)開展A/D轉(zhuǎn)換后，經(jīng)單片機(jī)處理后驅(qū)動器顯示出CO濃度值，若CO濃度大于報警電路預(yù)設(shè)數(shù)值，報警電路發(fā)出報警，延時1分鐘會啟動天窗通風(fēng)，從而防止CO中毒事故的發(fā)生。 1.1 一氧化碳測試電路設(shè)計 一氧化碳傳感器MQ-7對一氧化碳具有很高的靈敏度和良好的選擇性，其工作電壓為5 V,具有信號輸出指示，雙路信號輸出（模擬量輸出及TTL電平輸出），TTL輸出有效信號為低電平。（當(dāng)輸出低電平時信號燈亮，可直接接單片機(jī)），模擬量輸出05 V電壓

5、，濃度越高電壓越高。且使用壽命較長和穩(wěn)定性較高、可靠的優(yōu)點。為了便于測量顯示一氧化碳濃度，采用模擬量輸出方式，SPCE061A內(nèi)部的ADC功能對MQ-7傳輸?shù)?5 V電壓開展模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)濾波處理后開展顯示，到達(dá)設(shè)定門限值時開展聲光告警，延時1分鐘后送出控制信號給天窗電路，天窗驅(qū)動電路打開天窗通風(fēng)以保證車內(nèi)一氧化碳濃度滿足安全指標(biāo)。信號調(diào)理電路的為集成運(yùn)算放大器INA128,具有較大的放大性能和抗干擾能力。 MQ-7的信號調(diào)理電路如圖2所示。 1.2 溫度測試電路設(shè)計 溫度檢測電路選用DALLS公司生產(chǎn)的“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器DS18B20,其測量溫度范圍達(dá)-55125，在-1085范圍內(nèi)

6、，精度為0.5。該器件只有3個引腳（即電源VDD、地線GND、數(shù)據(jù)線DQ），不需要外部元件，一條數(shù)據(jù)線開展通信。設(shè)計系統(tǒng)檢測溫度范圍設(shè)計為-535，精度為0.5，已經(jīng)能夠滿足絕大多數(shù)工作環(huán)境的要求；用9位數(shù)字量來表示溫度。本系統(tǒng)用1塊DS18B20實現(xiàn)對環(huán)境溫度的檢測，獲得溫度信息時，先由SPCE061 A的IOA8腳發(fā)送復(fù)位脈沖，使DS18B20復(fù)位并向SPCE061A發(fā)送響應(yīng)脈沖，SPCE061A就可以發(fā)送讀DS18B20序列號的命令，然后，SPCE061A再發(fā)出定位命令啟動DS18B20開展溫度轉(zhuǎn)換，當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換結(jié)束后，SPCE061A發(fā)送DS18B20數(shù)據(jù)存儲指令，即完成了溫度信息數(shù)據(jù)的

7、轉(zhuǎn)換和讀取。 2 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件主要任務(wù)有：設(shè)置、修改、LCD顯示的參數(shù)；檢測、計算、顯示溫度、CO濃度等參數(shù)；溫度、CO濃度狀態(tài)指示及報警輸出；定時存儲各種檢測及運(yùn)算參數(shù)。本系統(tǒng)軟件采用C編程語言和匯編編程語言混合編程、模塊化構(gòu)造和程序調(diào)用的方法。一般的嵌入式軟件系統(tǒng)的設(shè)計都是采用前后臺式的設(shè)計方法。傳統(tǒng)的前臺、后臺式的單任務(wù)程序開發(fā)方法已經(jīng)不能適應(yīng)多數(shù)工程的需要，因此系統(tǒng)引入了C/OS-II,采用多任務(wù)式的軟件設(shè)計方法。將C/OS-II移植到SPCE061A微處理器之后，然后就可以對操作系統(tǒng)本身開展需要的擴(kuò)大。 在系統(tǒng)運(yùn)行時，CO測量、溫度測量、顯示等任務(wù)是處于無限循環(huán)狀態(tài)的，分別

8、實現(xiàn)要求的功能，由C/OS-II內(nèi)核來開展調(diào)度。系統(tǒng)運(yùn)行開始時，首先由OSInitial（）完成操作系統(tǒng)C/OS-II所有的變量和數(shù)據(jù)構(gòu)造初始化，再初始化微控制器的定時器等，通過調(diào)用OSTask Cre at（）函數(shù)依次創(chuàng)立各個子任務(wù)，并且分配各個子任務(wù)優(yōu)先權(quán)，置所有子任務(wù)為就緒狀態(tài)。調(diào)用OSStart（）函數(shù)啟動系統(tǒng)，開始多任務(wù)調(diào)度。 根據(jù)CO濃度測控及溫度測量系統(tǒng)所要求實現(xiàn)的功能，將系統(tǒng)程序劃分為并行存在的任務(wù)及中斷程序。系統(tǒng)中并行存在的5個子任務(wù)按優(yōu)先級從高到低依次是：系統(tǒng)監(jiān)視任務(wù)、數(shù)據(jù)采集任務(wù)、數(shù)據(jù)處理任務(wù)、數(shù)據(jù)輸出任務(wù)、顯示任務(wù)。CO濃度及溫度測量系統(tǒng)主程序流程圖如圖3所示。 數(shù)據(jù)采

9、集A/D轉(zhuǎn)換主程序和外部中斷O的服務(wù)程序。A/D轉(zhuǎn)換主程序主要實現(xiàn)SPCE061 A硬件初始化、數(shù)據(jù)采集處理、到達(dá)設(shè)定濃度300 ppm時開展聲光告警。數(shù)據(jù)采集子程序如圖4所示。 3 C/OS-的植入 C/OS-II是一種專門為微控制器設(shè)計的實時搶占式多任務(wù)操作系統(tǒng)，它以源代碼的形式給出。其內(nèi)核主要提供進(jìn)程管理、時間管理、內(nèi)存管理等服務(wù)。系統(tǒng)多支持56個任務(wù)，每個任務(wù)均有一個獨有的優(yōu)先級。由于其內(nèi)核為搶先式，所以總是處于運(yùn)行態(tài)優(yōu)先級的任務(wù)占用CPU.系統(tǒng)提供了豐富的API函數(shù)，實現(xiàn)進(jìn)程之間的通信以及進(jìn)程狀態(tài)的轉(zhuǎn)化。多任務(wù)系統(tǒng)在開展任務(wù)切換時需要完成的主要操作步驟如下：首先將當(dāng)前子任務(wù)CPU所有的存放器數(shù)值壓入堆棧：然后將CPU系統(tǒng)堆棧的數(shù)據(jù)全部拷貝到當(dāng)前子任務(wù)的堆棧中；獲取下一個處于運(yùn)行態(tài)且優(yōu)先級的子任務(wù)的堆棧指針；再恢復(fù)下一個子任務(wù)的CPU存放器的值和系統(tǒng)堆棧中的數(shù)據(jù)；通過中斷返回指令或函數(shù)返回指令。在對C/OS-編寫任務(wù)切換程序時需注意：C/OS-II在每個中斷發(fā)生后都會產(chǎn)生任務(wù)調(diào)度，但在中斷結(jié)束后開展任務(wù)切換時，不能調(diào)用普通任務(wù)切換函數(shù)，這是因為在中斷過程中通常要將CPU的狀態(tài)存放器壓棧操作。 4 結(jié)束語 文中采用SPCE061A CPU結(jié)合