基于单片机的智能瓦斯检测仪的设计(3)

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2.2 变流瓦斯检测电路简介

2.2.1 恒温控制信号取样电路

图2-4为恒温控制信号取样电路：这里没有采用传统的惠斯通电桥来获取瓦斯

图2-4 恒温控制信号取样电路

与催化元件反应时产生的不平衡电压，而是用运放集成块组成运算电路，对电压信号进行处理，这样做的好处是抑制共模信号的能力增强了，同时由于黑元件上催化燃烧产生的电压只有毫伏级，不能直接与锯齿波信号进行比较，在Uo1的后面加入了同相比例运算电路，对前面输出的电压进行放大，以使其能与锯齿波电压进行比较从而输出所需的脉冲电压。当有瓦斯气体时，在黑元件上发生催化燃烧，黑元件温度上升，其阻值也随之上升，它上面的电压升高，不难推出： ?U?U1?2U2?i(R黑?R白)?2iR白?i(R黑?R白) （2-7）

?i(R黑?R黑R黑(CH4)?R白(0)?R白(i))R黑(i)、R白(i)为电流流经元件时温度上升产生式中R黑R(0)(i)(?(0)、白0)为无瓦斯时的阻值，

的阻值，R黑(CH4)为瓦斯气体在元件上燃烧时温度上升产生的阻值，前面已经提及，所谓的恒温是指温度在一个很小的范围内波动近似看成的，因此R黑(i)、R白(i)、R黑(CH4)的值都是非常小的，故ΔU也很小，需要经过放大才能与锯齿波进行比较。

在图2-4中有Rf3 Rf3RRRf2f1U?(1?)U?U4f2o15 （2-8） U?(1?)UU53?(1?)U12?U3R17R17RRR141214则 （2-9） Rf3Rf2Rf3Rf2Rf1Rf3RRR?(1?)(1?)U1?(1?)1?)Uf(2f2fU122??(1?)U?(1?)U 2（2-10） R17R14RRRR112171417R14R14R12Rf3Rf2Rf3Rf2Rf1Rf3?(1?)(1?)U1m=1?[(1?n=2，这样便可获得瓦斯在黑元件上燃烧产生的电压。)(1?)?]U2适当选取电阻值，使，

R17R14R17R14R12R17

?mU1?nU27

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这里在实验室用QJ23单臂直流电桥对铂丝绕制的黑白元件的阻值进行了测定，当环境温度为16℃～19℃时，测得的黑白元件的阻值分别为8.236Ω和8.227Ω（实际上这时黑白元件的温度已经大于400℃，达到了工作状态）。在检测瓦斯时需要将催化元件加热到500℃左右，给黑白元件提供3V的恒定电压，发生催化燃烧时，假设温度上升10℃，这时候黑元件阻值变为10Ω左右，电流大概是150mA，则黑元件上产生的电压大概为0.265V。在图2-4中有：

Uo2?(1?Rf4R20Rf4R20)Uo1 （2-11）

取为14左右，则可将瓦斯催化燃烧产生的电压放大到合适的幅值与锯齿波电

压进行比较。

2.2.2 锯齿波发生电路

定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路。该芯片使用灵活方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器，因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。图2-5为NE和R2，R3，C1组成的无稳态多谐振荡器：

图2-5 锯齿波发生电路

振荡器的输出频率为：

f?1.44C1 （2-12）

R1?R2?2R3由此可算得输出频率为1kHz，C2起正反馈作用，即在Q1射级跟随器输出锯齿波的同时，正反馈至R2的上端，故在C1充电期间，R2上的压降保持不变，即C1的充电速率不变，因而极大地保证了锯齿波的线性。其非线性可控制在1%以下，且温度稳定性好。图中的电压控制端5脚外接了一个可调的控制电压，用以改变内部比较器的基准电压值，即比较电平，由此可改变锯齿波的振幅，这里通过调节Rp1使输出锯齿波的最大值为4V。

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陕西能源职业技术学院毕业论文 8地 GND 触发 输出 复位 控制电压 门限(阈值） 放电 电源电压Vcc

25VCC重要芯片定时器简介： 4各脚主要功能： JP?RQDISTHR376TRIGGNDCVolt定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 用 CMOS 工艺制作的称为除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。

定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。定时器它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3 。

定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。

2.2.3 电压比较电路

电压比较器可将模拟信号转换成二值信号，即只有高电平和低电平两种状态的离散信号。因此可用电压比较器来产生脉冲方波电压信号。电路如图2-7所示：

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1图2-6 定时器 4 HEADER陕西能源职业技术学院毕业论文

图2-7 电压比较器电路

这里选用的电压比较器的型号为AD790，它有同相和反相两个输入端，同相端接锯齿波电压信号，反相端接瓦斯检测电路的输出电压，也就是脉冲电压宽度的控制信号。比较器采用单电源供电，引脚8接逻辑电平，其取值决定于负载所需高电平，这里接+5V，此时比较器输出高电平为4.3V。引脚5为锁存控制端，当它为低电平时，锁存输出信号。图2-7中C4、C5均为去耦电容，用于滤去比较器输出产生变化时电源电压的波动，R8是输出高电平时的上拉电阻。

2.2.4 脉冲电压稳幅电路

电路中选用TL431芯片对比较器输出的脉冲电压进行稳幅。电路如图2-8所示：

图2-8 脉冲稳压电路

TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源, 它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref（2.5V）到36V的任何值，工作电流范围为1mA～100mA，K、A脚两端输出电压为：

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Vo?2.5(Rp2?R10)R10改变Rp2的阻值，就可以改变输出基准电压大小，这里通过调节Rp2使输出的脉冲电压的幅值稳定在3V。

3 整体硬件介绍

3.1 87c552简介

本设计瓦斯传感器是以单片机为核心，所以对于单片机的选型决定了硬件的复杂和简单。要想把变流瓦斯检测电路、声光报警电路、红外遥控电路和电源电路都融合到单片机控制中，则要对相应的电路分配相应的单片机端口即I/O口。如果使用51系列单片机则由于此类单片机的I/O口只有三个，所以要满足设计要求则必须对单片机的I/O口进行扩展，使其达到设计所需要的口数，而这样就要用到芯片8155进行扩展这样不仅在硬件上显得繁琐，而且从性价比方面考虑成本也是比较高的，同时51系列单片机内部不包括A/D转换器，那么在硬件中还要加入此转换器才能把外部信号转换成单片机能识别的数字信号。

由于87c552单片机有5个外部双向8位输入/输出（I/O）口，这样对于我们的设计就在I/O口数量方面满足了我们的要求，而且它内部还集成了A/D转换装置，同时还满足模数转换的需要，所以综合进行 …… 此处隐藏：2057字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……