基于LPC221的瓦斯检测仪的设计

引言

　　近年来，随着检测技术得到大力研究和开发。为开发新一代微处理器控制的智能化检测报警仪创造了条件。本次的是采用了以ARM微处理器为核心的智能检测控制设备，它不仅采用20世纪90年代国际先进的单片机微处理技术，还具有下列特点：

　　①集瓦斯检测、时钟显示于一体;

　　② 实现了自动调零和校准;

　　③采用仪用放大器，可自动转换量程，提高了测量精度，测值报警准确;

　　④采用USB通信接口实现采集数据上传，具备通信功能;

　　⑤采用大容量FLASH作存储体，可存放上万检测数据;

　　⑥ 采用按键实现功能选择和数据输入，操作简单，便于使用;

　　⑦采用本安型电源，实现充电自控管理。

　　1 引入嵌入式实时操作系统μCIOS—II的意义

　　智能瓦斯检测设备集各种功能于一身，不仅要实现瓦斯浓度的数据采集、控制报警等基本功能，而且还要实时显示检测数据、随时接受键盘输入。除此之外，还要具有友好的人机界面以及上传数据等通信功能。如果采用传统的顺序结构编程思想，将很难保证数据采集的实时性要求，无法对各个对象的实时信息以足够快的速度处理并做出快速响应.

　　其程序的复杂性也将大大提高，不利于程序的后期维护和修改。而实时操作系统能对运行情况的最好和最坏等情况作出精确的估计。其实时性要比前后台系统要好得多，系统能及时响应外部异步事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。

　　本次从实际情况出发，选择μC/OS—II作为实时操作系统，让它管理各个应用程序，达到优化系统资源的目的。

　　2 硬件

　　2.1 手持瓦斯的组成和工作原理

　　手持瓦斯的原理框图如图1所示。

　　工作时，瓦斯浓度经检测单元转化为电信号，再经过运放单元的放大调理，然后送入CPU的模数转换模块;CPU根据A/D转换的结果进行逻辑分析判断，和预先设计的报警阈值进行比较，若超出阈值则进行声光报警。而后可通过键盘的操作实现检测地点的输入、检测数据的存储和系统参数的设置等功能。检测的浓度、检测时间、输入的地点、相应功能界面等数据参数通过LCD显示出来。各种数据通过键盘进行设定，并保存在FLASH中，随时可进行更改和查看。检测仪还可以通过USB通信协议和Pc机双向通信，实现历史数据的传输、浓度变化态势的分析等功能。电源单元为以上各个单元模块提供能量。

　　2.2 关键电路单元设计

　　2.2.1 检测单元

　　检测单元电路也就是传感器电路，由催化元件和电阻组成的桥路，实现浓度非电信号转化为电信号功能。其检测原理为：利用敏感元件(俗称黑白元件)对瓦斯的催化作用使瓦斯在元件表面上发生无焰燃烧，放出热量使元件温度上升，增加了敏感元件铂丝的电阻值，通过惠斯登电桥测量电路，可以测量其敏感元件电阻值变化量。

　　2.2.2 运放单元

　　运放单元由放大电路和量程转换电路组成，实现信号放大、调理和量程转换功能。如图2所示。

　　2.2.3 键盘单元

　　本次设计中采用专用的键盘接口芯片ZLG7290。ZLG7290采用I2C串行接口，提供键盘中断信号，方便与处理：器连接，可采用多达64个按键，可检测每个按键的连击次数，具备键盘去抖处理、双键互锁处理、连击处理和功能键处理等功能。具体的连接电路图如图3所示。