1 主要內(nèi)容

1.1課題的目的及意義

氣相色譜儀是一個(gè)精密儀器，其用途非常廣泛。他廣泛用于石油、化工、農(nóng)藥、公安、白酒、環(huán)境檢測(cè)、衛(wèi)生防疫以及高等院校、科研部門。自1952年世界上第一次創(chuàng)建實(shí)用氣液色譜法以來，在短短幾十年間，氣相色譜儀作為現(xiàn)代分析檢測(cè)儀器的代表，已發(fā)展成為一個(gè)有相當(dāng)生產(chǎn)規(guī)模的產(chǎn)業(yè)， 并形成了具有相當(dāng)豐富的檢測(cè)技術(shù)知識(shí)的學(xué)科。通過研究氣相色譜儀的發(fā)展規(guī)律，能給使用者有益的啟迪，為有關(guān)專業(yè)人員的工作帶來一定的幫助。

1.2國(guó)內(nèi)的外研究現(xiàn)狀

雖然我國(guó)的氣相色譜儀在短短的二、三十年間得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，但是這個(gè)市場(chǎng)的大部分配額還是長(zhǎng)期被歐美和日本占據(jù)，主要是因?yàn)槲覈?guó)的技術(shù)指標(biāo)還沒有達(dá)到一流國(guó)家的水平，還有很多空白等待填充。

1.3本文主要的研究工作

設(shè)計(jì)一種基于Microchip 的PIC32系列單片機(jī)，通過移植ucos嵌入式操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)控溫、恒溫、線性升溫等指標(biāo)能達(dá)到國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品水平的氣相色譜儀方案。使該氣相色譜儀能實(shí)現(xiàn)了8階以上線性控溫，升溫曲線上沖小，小于200攝氏度時(shí)誤差可低于+_0.1°C之內(nèi)，大于200攝氏度時(shí)誤差可在+_0.1°C范圍內(nèi)。該氣相色譜儀控制系統(tǒng)采用PIC32處理器制，實(shí)現(xiàn)對(duì)按鍵的處理，液晶的顯示及與上位機(jī)的通信，溫度及各功能板的控制。

2 氣相色譜儀控制系統(tǒng)概述

2.1系統(tǒng)各模塊簡(jiǎn)介

本系統(tǒng)需要595串轉(zhuǎn)并、直流電機(jī)、電磁繼電器、壓力流量傳感器、AD轉(zhuǎn)換芯片、上位機(jī)通信、鍵盤掃描芯片、EEPROM掉電保護(hù)及液晶字庫存儲(chǔ)、液晶顯示、穩(wěn)壓芯片等進(jìn)行驅(qū)動(dòng)或控制，在此，簡(jiǎn)單對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行介紹：

2.1.1 74HC595串轉(zhuǎn)并

74HC595是硅結(jié)構(gòu)的CMOS器件， 兼容低電壓TTL電路，遵守JEDEC標(biāo)準(zhǔn)。 74HC595是具有8位移位寄存器和一個(gè)存儲(chǔ)器，三態(tài)輸出功能。 移位寄存器和存儲(chǔ)器是分別的時(shí)鐘。 數(shù)據(jù)在SCHcp的上升沿輸入，在STcp的上升沿進(jìn)入的存儲(chǔ)寄存器中去。如果兩個(gè)時(shí)鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲(chǔ)寄存器早一個(gè)脈沖。 移位寄存器有一個(gè)串行移位輸入（Ds），和一個(gè)串行輸出（Q7’）,和一個(gè)異步的低電平復(fù)位，存儲(chǔ)寄存器有一個(gè)并行8位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能OE時(shí)（為低電平），存儲(chǔ)寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。

2.1.2 直流電機(jī)

直流電機(jī)在穩(wěn)定性方面比交流電機(jī)更具優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槠潆娏魇欠€(wěn)定的，能夠很平穩(wěn)地調(diào)整轉(zhuǎn)速，故多數(shù)精密儀器都是用直流電機(jī)的，同時(shí)直流電機(jī)還可用于測(cè)速。在本系統(tǒng)中采用四相直流步進(jìn)電機(jī)，可以對(duì)后門的閉合進(jìn)行精確的控制。

2.1.3 電磁繼電器

本系統(tǒng)是將單片機(jī)用于控制系統(tǒng)，而所控制的設(shè)備多是大功率器件。但是，單片機(jī)是一個(gè)弱電器件，一般情況下工作在電壓為5V甚至更低，驅(qū)動(dòng)電流在mA級(jí)以下。而要把它用于一些大功率場(chǎng)合，就要有一個(gè)“功率驅(qū)動(dòng)”環(huán)節(jié)來銜接，常用的功率驅(qū)動(dòng)有晶體管驅(qū)動(dòng)、繼電器驅(qū)動(dòng)等。其中繼電器驅(qū)動(dòng)就是一個(gè)典型的、簡(jiǎn)單的功率驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)。繼電器驅(qū)動(dòng)含有兩層含義：一是對(duì)繼電器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因?yàn)槔^電器本身對(duì)于單片機(jī)來說就是一個(gè)功率器件；還有就是繼電器去驅(qū)動(dòng)中間繼電器、接觸器、電動(dòng)機(jī)等其他負(fù)載。所以，繼電器驅(qū)動(dòng)是單片機(jī)與其他大功率負(fù)載的接口。

2.1.4 壓力流量傳感器

兩路流量表模擬信號(hào)輸入：流量1：（氮?dú)?氫氣）；流量2：（氮?dú)?氫氣）；

兩路傳感器采用霍尼韋爾AWM3100V，3PIN，工作電壓10V，無氣體輸入時(shí) Output voltage=1.00_+0.5VDC，輸出電壓和輸入氣體流量成線性正比例變化，氮?dú)?氫氣比例不同需要修正，空氣=氮?dú)?1.0；氫氣=0.7；

兩路壓力表：霍尼韋爾26PCF，4PIN，工作電壓10V，可測(cè)量壓力范圍0-100psi和輸入氣體流量成線性正比例變化，滿量程是輸出100mv,靈敏度1mv/psi。

2.1.5 AD轉(zhuǎn)換芯片

AD轉(zhuǎn)換芯片采用ADS1248 TI 公司的ADS1246, ADS1247和ADS1248是高度集成的24位精密ADC,自帶參考電壓、可編程恒流源、內(nèi)部晶振、內(nèi)部模擬開關(guān)切換、集成了低噪音可編程增益放大器(PGA),帶單周期設(shè)定數(shù)字濾波器的精密Delta-Sigma ADC以及振蕩器,組成了完整的溫度/橋式傳感器應(yīng)用包括熱耦合,電熱調(diào)節(jié)器,RTD和應(yīng)力測(cè)量的前端解決方案.

2.1.6 上位機(jī)通信

使用LabView做了一個(gè)操作界面，通過串口連接到電腦，使氣相色譜儀系統(tǒng)的控制不僅可以通過真實(shí)的按鍵，也可通過電腦進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，方便用戶。

2.1.7 鍵盤掃描芯片

由于氣相色譜儀的控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，按鍵較多，為節(jié)省CPU的IO口，使用了一個(gè)按鍵掃描芯片來ZLG7289接受按鍵值，ZLG7289B是廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司自行設(shè)計(jì)的，具有SPI串行接口功能的可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管(或64只獨(dú)立LED)的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)還可連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成LED顯示﹑鍵盤接口的全部功能。ZLG7289B內(nèi)部含有譯碼器，可直接接受BCD碼或16進(jìn)制碼，并同時(shí)具有2種譯碼方式，此外，還具有多種控制指令，如消隱﹑閃爍﹑左移﹑右移﹑段尋址等。ZLG7289B具有片選信號(hào)，可方便地實(shí)現(xiàn)多于8位的顯示或多于64鍵的鍵盤接口。典型應(yīng)用：儀器儀表，工業(yè)控制器，條形顯示器，控制面板等。

2.1.8 EEPROM掉電保護(hù)及液晶字庫存儲(chǔ)

EEPROM模塊分為兩部分：

第一部分是液晶字庫的存儲(chǔ)，因?yàn)樵囉玫囊壕?20*240的大液晶，使用PIC自帶的RAM肯定不夠，因此在外圍加了一個(gè)AT24C512 64K的EEROM存放字庫，該AT24C512提供524,288位的串行電可擦除和可編程只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）該器件的級(jí)聯(lián)功能允許多達(dá)4個(gè)設(shè)備共享一個(gè)共同的兩線總線。該器件適合用于必要用途在許多工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用需要低功耗和低電壓操作。這些器件采用節(jié)省空間的8引腳PDIP，8引腳的SOIC EIAJ的8引腳JEDEC的SOIC封裝，8引腳TSSOP封裝，8引腳無鉛陣列和8引腳封裝的SAP。此外，整個(gè)家庭是利用，能夠在2.7（2.7至5.5V）和1.8V（1.8V至3.6V）版本。

第二部分是掉電保護(hù)部分，采用PIC單片機(jī)內(nèi)部自帶的EEROM，來實(shí)現(xiàn)密碼，溫度設(shè)定值，檢測(cè)參數(shù)等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)EEPROM非易失性內(nèi)存是一個(gè)數(shù)組，從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器具有獨(dú)立的RAM和程序，即數(shù)據(jù)用于長(zhǎng)期項(xiàng)目的長(zhǎng)期儲(chǔ)存。無論是在映射的寄存器文件和程序存儲(chǔ)空間，都是通過寄存器間接地解決特殊功能寄存器該EEPROM是在正常操作可讀可寫在整個(gè)VDD的范圍

2.1.9 液晶顯示

使用金鵬的OCM240*320液晶，它適用于中等規(guī)模的點(diǎn)陣液晶顯示器。它能夠提供液晶顯示驅(qū)動(dòng)器及外部顯示存儲(chǔ)器所需的全部控制信號(hào)，并且它還有一個(gè)內(nèi)置的字符庫，因此只需極少的外部器件就可以獲得一個(gè)組織靈活的低功耗顯示系統(tǒng)。

2.1.10 穩(wěn)壓芯片

氣相色譜儀對(duì)電壓的穩(wěn)定性要求較高，因此采用了兩款穩(wěn)壓芯片TL431提供10V穩(wěn)壓及AS1117提供3.3V穩(wěn)壓。

德州儀器公司（TI）生產(chǎn)的TL431是一是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從Vref（2.5V）到36V范圍內(nèi)的任何值（如圖2）。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為0.2Ω,在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管,例如,數(shù)字電壓表,運(yùn)放電路、可調(diào)壓電源,開關(guān)電源等等。

AS1117是一款低壓差的線性穩(wěn)壓器，當(dāng)輸出1A電流時(shí)，輸入輸出的電壓差典型值僅為1.2V。AS1117除了提供多種固定電壓版本外（輸出可以為1.8V，2,。5V，3.3.V，5V），還提供可調(diào)端輸出版本，該版本能提供的輸出電壓范圍為1.25V-13.8V。

2.2系統(tǒng)總體框架

該系統(tǒng)是為滿足氣相色譜儀控制的要求，并充分考慮其經(jīng)濟(jì)性和可靠性，能真正實(shí)現(xiàn)氣相色譜儀控制的要求來確定的。根據(jù)系統(tǒng)要達(dá)到的總體功能，系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)按鍵的檢測(cè)，液晶的顯示及與上位機(jī)的通信；控制各個(gè)功能模塊的工作，溫度的采集計(jì)算和控制，壓力流量的采集等。

1、液晶，蜂鳴器，氣閥由CPU的IO口直接控制

2、鍵盤值由芯片ZLG7289B來采集。這款芯片最多能識(shí)別64個(gè)按鍵

3、電路擴(kuò)展了一個(gè)串口，用于上位機(jī)控制，電平轉(zhuǎn)化芯片用max232.

4、擴(kuò)展了一片EEPROM，每片容量為64K，由CUP的IO口控制，用了IIC總線控制

5、CPU芯片通過通過74HC595芯片，來擴(kuò)展IO口，用74HC595擴(kuò)展的IO口來控制FID，ECD，TCD；

6、采溫部分，用PT100作為溫度傳感器，用PT100組成橋式電路，把溫度轉(zhuǎn)化為電壓，在經(jīng)過LM324放大，送給CPU的模擬輸入口。Pt100的恒壓電路有TL432組成；

7、壓力模擬量經(jīng)過LM324放大后，傳給CPU模擬口。流量的模擬量直接送給CPU的IO口，這兩部分的恒壓電路用TL431組成；

8、電機(jī)部分用TL521光耦芯片來隔離CPU的IO口和步進(jìn)電機(jī)的接口，未用CPU的IO口直接控制步進(jìn)電機(jī)接口，這樣就起到了安全和抗干擾的作用。用ULN2803芯片來反相驅(qū)動(dòng)電機(jī)；

3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案

本章分節(jié)介紹了各個(gè)控制模塊的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案，系統(tǒng)硬件按功能劃分為以下幾個(gè)功能模塊： 595串轉(zhuǎn)并模塊、直流電機(jī)模塊、電磁繼電器模塊、壓力流量傳感器模塊、AD轉(zhuǎn)換芯片模塊、上位機(jī)通信模塊、鍵盤掃描芯片模塊、EEPROM掉電保護(hù)及液晶字庫存儲(chǔ)模塊、液晶顯示模塊、穩(wěn)壓芯片模塊。在各個(gè)模塊設(shè)計(jì)中詳細(xì)敘述了其工作原理、設(shè)計(jì)思想以及實(shí)現(xiàn)方法。

3.1單片機(jī)模塊設(shè)計(jì)

單片機(jī)作為系統(tǒng)的微處理器，其性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來說非常關(guān)鍵?，F(xiàn)在，全球有很多公司能夠生產(chǎn)單片機(jī)，隨著超大規(guī)模集成電路的迅猛發(fā)展，單片機(jī)的功能也日漸強(qiáng)大，運(yùn)算速度日益提高，相繼出現(xiàn)了32位和64位單片機(jī)，根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的需要和產(chǎn)品的性價(jià)比，本系統(tǒng)選用microsoft公司生產(chǎn)的32位單片機(jī)PIC32F460F作為系統(tǒng)的控制芯片。Microchip公司的PIC32MX4系列是高性能通用和USB的32位閃存微控制器(MCU),下面介紹下它們的主要功能^[3]：

• 帶5級(jí)流水線的MIPS32® M4K™ 32位內(nèi)核

• 最高80 MHz的頻率

• 零等待狀態(tài)閃存訪問時(shí)性能為 1.56 DMIPS/MHz（Dhrystone 2.1）

• 單周期乘法單元和高性能除法單元

• MIPS16e™模式可使代碼壓縮最多40%

• 兩組各32個(gè)32位內(nèi)核文件寄存器，可減少中斷延時(shí)

• 預(yù)取高速緩存模塊可加速從閃存的執(zhí)行速度

• 工作電壓范圍為2.3V至3.6V

• 32 KB至512 KB的閃存（附加一個(gè)12 KB的引導(dǎo)閃存）

• 8 KB至32 KB的SRAM存儲(chǔ)器

• 引腳與大部分PIC24/dsPIC® 器件兼容

• 多種功耗管理模式

• 多個(gè)具有獨(dú)立可編程優(yōu)先級(jí)的中斷向量

• 故障保護(hù)時(shí)鐘監(jiān)視器模式

• 帶有片內(nèi)低功耗RC振蕩器的可配置看門狗定時(shí)器，確保器件可靠工作

• 2個(gè)編程和調(diào)試接口：

- 雙線接口，可與應(yīng)用程序進(jìn)行非搶占式訪問和

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換

-4線 MIPS® 標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)型JTAG 接口

• 基于硬件的非搶占式指令跟蹤

• 符合IEEE標(biāo)準(zhǔn)1149.2（JTAG）的邊界掃描特性

• 最多16路通道的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器：

- 轉(zhuǎn)換速率為1000 ksps

- 可在休眠和空閑模式下進(jìn)行轉(zhuǎn)換

PIC32MX460F引腳圖如下：

3.2 595串轉(zhuǎn)并模塊控制模塊設(shè)計(jì)

3.2.1 595串轉(zhuǎn)并模塊原理及作用

在本系統(tǒng)中，由于控制模塊較多，單單三個(gè)檢測(cè)模塊（FID、ECD、TCD）就需要超過72個(gè)控制口，因此使用74HC595來進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，節(jié)省IO口的資源。使用一個(gè)IO口連續(xù)送出24位，由三個(gè)74HC595級(jí)聯(lián)后控制各模塊。

3.2.2 模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

圖2 74HC595控制模塊電路圖

如圖所示，此為三個(gè)檢測(cè)模塊中的一部分，由三個(gè)595級(jí)聯(lián)而成，單片機(jī)只提供三個(gè)IO引腳，就可以控制24位來完成FID模塊的功能。

74HC595是硅結(jié)構(gòu)的CMOS器件， 兼容低電壓TTL電路，遵守JEDEC標(biāo)準(zhǔn)。 74HC595是具有8位移位寄存器和一個(gè)存儲(chǔ)器，三態(tài)輸出功能。 移位寄存器和存儲(chǔ)器是分別的時(shí)鐘。 數(shù)據(jù)在SCHcp的上升沿輸入，在STcp的上升沿進(jìn)入的存儲(chǔ)寄存器中去。如果兩個(gè)時(shí)鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲(chǔ)寄存器早一個(gè)脈沖。 移位寄存器有一個(gè)串行移位輸入（Ds），和一個(gè)串行輸出（Q7’）,和一個(gè)異步的低電平復(fù)位，存儲(chǔ)寄存器有一個(gè)并行8位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能OE時(shí)（為低電平），存儲(chǔ)寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。3.3電磁閥控制模塊設(shè)計(jì)

3.3.1電磁閥原理及其作用

電磁閥是用電磁控制的工業(yè)設(shè)備，用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥有很多種，不同的電磁閥在控制系統(tǒng)的不同位置發(fā)揮作用，最常用的是單向閥、安全閥、方向控制閥、速度調(diào)節(jié)閥等。電磁閥是用電磁效應(yīng)進(jìn)行控制，主要的控制方式由三極管、繼電器控制。這樣，電磁閥可以配合不同的電路來實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制，而控制的精度和靈活性都能夠保證。

電磁閥從原理上分為三大類：直動(dòng)式、分步直動(dòng)式和先導(dǎo)式。本設(shè)計(jì)要控制的電磁閥為直動(dòng)式電磁閥其原理如圖2-4所示：通電時(shí)，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時(shí)，電磁力消失，彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門關(guān)閉。

圖3 單電控直動(dòng)式電磁閥動(dòng)作原理圖

1-電磁鐵；2-閥芯

3.3.2模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)需要控制多個(gè)電磁閥，作為氣相色譜儀靈敏度，極性，粗條細(xì)調(diào)等等一系列功能的實(shí)現(xiàn)。本模塊的設(shè)計(jì)如圖2-5所示，通過三極管共射放大電路放大驅(qū)動(dòng)信號(hào)，共四路分別驅(qū)動(dòng)四個(gè)電磁閥。本設(shè)計(jì)只需要定時(shí)控制電磁閥的開關(guān)，三極管驅(qū)動(dòng)已經(jīng)可以達(dá)到系統(tǒng)要求，故不必用繼電器電路來控制。有電磁閥控制部分的電路圖可以看出電磁閥的供電方式為正極為VCC2，但通過流經(jīng)三極管后負(fù)極為GND，故不能形成回路，為了解決這一問題在GND和GND2之間加一個(gè)大電流二極管，如圖2-6所示，這樣既能使電磁閥正常工作，又保證了電磁閥工作對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)供電的干擾。

圖4 電磁閥控制電路圖

圖5 回路二極管電路圖

3.4電機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)

3.4.1直流電機(jī)原理及其控制方式

直流電動(dòng)機(jī)的工作原理^[8]如下：如圖2-7（a）所示，則有直流電流從電刷 A 流入，經(jīng)過線圈abcd，從電刷 B 流出，根據(jù)電磁力定律，載流導(dǎo)體ab和cd收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導(dǎo)體受到的力形成了一個(gè)轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到如圖2-7（b）所示的位置，電刷 A 和換向片2接觸，電刷 B 和換向片1接觸，直流電流從電刷 A 流入，在線圈中的流動(dòng)方向是dcba，從電刷 B 流出。此時(shí)載流導(dǎo)體ab和cd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖6 直流電動(dòng)機(jī)的原理圖

外加的電源是直流的，但由于電刷和換向片的作用，在線圈中流過的電流是交流的，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向卻是不變的。通電線圈在磁場(chǎng)中受力的作用而轉(zhuǎn)動(dòng)，在越過平衡位置時(shí)換向器改變線圈中電流的方向從而使其能連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)下去。實(shí)際中的直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的繞組不是由一個(gè)線圈構(gòu)成，而是由多個(gè)線圈連接而成，以減少電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)。

直流電機(jī)的控制一般采用繼電器、晶閘管等控制，此處需要控制電機(jī)的啟動(dòng)、停止和正反轉(zhuǎn)，但控制頻率不高，且不要求調(diào)速，故選用繼電器控制。每個(gè)電機(jī)采用兩個(gè)直流12V繼電器分別控制雙相電源，使其啟動(dòng)、停止和正反轉(zhuǎn)。

3.4.2模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在本控制模塊中直流電機(jī)用于控制按摩椅后背的前后移動(dòng)和腿部的上下移動(dòng)，需要較為平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)，故采用24V直流電機(jī)。由于系統(tǒng)不需要調(diào)速，只需控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，故采用繼電器控制電源即可滿足要求。電機(jī)正反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)是通過電源反接實(shí)現(xiàn)的，所以直流電機(jī)的兩根電源線都要有接電源正負(fù)的機(jī)會(huì)，每個(gè)電機(jī)需要兩個(gè)繼電器來控制兩根電源線，只有這樣才能有效地控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

圖7 電機(jī)控制電路圖

如圖2-8所示，接通過繼電器K1閉合接通電源，K2斷開接地，電機(jī)1正轉(zhuǎn)，繼電器K1斷開接地，K2閉合接通電源，電機(jī)1反轉(zhuǎn)，其他狀態(tài)電機(jī)停止；同理，K3、K4控制電機(jī)2正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。電機(jī)控制電路中并聯(lián)電容是為了讓電機(jī)產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)力矩，這樣電機(jī)通電后能夠確保自動(dòng)轉(zhuǎn)起來。另外，直流電機(jī)在旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子的電流是經(jīng)電刷和整流子接觸，供給轉(zhuǎn)子繞組，在工作時(shí)，接觸點(diǎn)有火花，并產(chǎn)生電磁波，并聯(lián)電容也可以消除或減小電磁干擾。

3.5其他模塊設(shè)計(jì)

3.5.1壓力流量傳感器模塊設(shè)計(jì)模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

兩路流量表模擬信號(hào)輸入：流量1：（氮?dú)?氫氣）；流量2：（氮?dú)?氫氣）；

兩路傳感器采用霍尼韋爾AWM3100V，3PIN，工作電壓10V，無氣體輸入時(shí) Output voltage=1.00_+0.5VDC，輸出電壓和輸入氣體流量成線性正比例變化，注意氮?dú)?氫氣比例不同需要修正，空氣=氮?dú)?1.0；氫氣=0.7

兩路壓力表（霍尼韋爾26PCF，4PIN，工作電壓10V，可測(cè)量壓力范圍0-100psi和輸入氣體流量成線性正比例變化，滿量程是輸出100mv,靈敏度1mv/psi）

圖8 壓力流量控制電路圖

3.5.2按鍵電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)共采用31個(gè)按鍵，按鍵較多，故采用掃描芯片節(jié)約IO資源，同時(shí)在主控板上留有線控器接口，可以在必要時(shí)進(jìn)行功能擴(kuò)展，可隨時(shí)改為矩陣式鍵盤。提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可升級(jí)性。

3.5.3蜂鳴器電路設(shè)計(jì)

蜂鳴器電路是用來報(bào)警或提示用的，蜂鳴器采用5V直流蜂鳴器，采用三極管驅(qū)動(dòng)，控制電路圖如下

圖9 蜂鳴器電路圖

3．5.4 EEPROM模塊電路設(shè)計(jì)

采用AT24C512來存儲(chǔ)液晶字庫，使用IIC總線。

3.6 本章小結(jié)

在硬件電路設(shè)計(jì)過程中，盡量采用典型電路，典型電路的資料比較好搜集，并且電路的正確性和可靠性都得到了保證，也縮短了硬件的調(diào)試時(shí)間。但是在采用典型電路的同時(shí)，也要結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況將電路進(jìn)行改動(dòng)。因?yàn)楸菊撐氖欠桨冈O(shè)計(jì)，故只列舉了簡(jiǎn)單的原理圖，下一步將在畢業(yè)設(shè)計(jì)中具體的實(shí)施。

4調(diào)試與總結(jié)

系統(tǒng)采用Microchip 的PIC32系列單片機(jī)作為微處理芯片，根據(jù)檢測(cè)到的的按鍵狀態(tài)控制相應(yīng)的功能模塊，來進(jìn)行FID，ECD，TCD等檢測(cè)。本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于用單片機(jī)Microchip 的PIC32系列單片機(jī)來完成整個(gè)系統(tǒng)的控制。包括按鍵、電機(jī)、串并轉(zhuǎn)換；液晶顯示；EEPROM的存儲(chǔ)（包括液晶字庫和掉電保護(hù)）；溫度的設(shè)定、LabView回顯；氣壓流量的測(cè)量及回顯；各模塊的控制（包括FID，ECD，TCD）。

儀器采用PIC32系列單片機(jī)作為微處理芯片，用PT100作為溫度傳感器，采用簡(jiǎn)單的兩線結(jié)構(gòu)，再通過24位高精度AD-ADS1248組成的差分電路，把溫度量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量。用單片機(jī)控制可控硅的通斷來控制電熱絲的加熱和停止。硬件上實(shí)現(xiàn)了控溫精度做到誤差低于+_0.1°C，在軟件設(shè)計(jì)中實(shí)時(shí)與上位機(jī)通信，使用LabView做了一個(gè)操作界面，通過串口連接到電腦，使氣相色譜儀系統(tǒng)的控制不僅可以通過真實(shí)的按鍵，也可通過電腦進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，方便用戶。通過移植ucos操作系統(tǒng)，在操作系統(tǒng)的支持下采用模糊PID算法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)PID算法的比例、積分和微分參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整，保證控溫精度誤差低于+_0.1°C，這種精度在國(guó)內(nèi)是比較先進(jìn)的。

使該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

1.可靠性：系統(tǒng)的可靠性是第一位的。在設(shè)計(jì)中必須充分考慮系統(tǒng)的可靠性。該監(jiān)控系統(tǒng)具有良好的隔離性能，控制電路電源和設(shè)備工作電源隔離；

2.通用性：控制系統(tǒng)控制的電機(jī)、電磁閥等都為自動(dòng)化設(shè)備中較常用元件，可以通過軟件升級(jí)的方式成為其他設(shè)備的控制板；

3.經(jīng)濟(jì)性：該系統(tǒng)采用實(shí)用的技術(shù)和設(shè)備達(dá)到了降低整體工程造價(jià)的目標(biāo)，使該系統(tǒng)具有很好性價(jià)比；

4.實(shí)用性：采用通用控制手段，進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)，盡量減少系統(tǒng)操作的復(fù)雜性，并做到系統(tǒng)工作穩(wěn)定，維護(hù)簡(jiǎn)單。