摘要：规划了一个依据单片机的轿车车内一氧化碳浓度测控功用的体系。该体系以16位高功用单片机SPCE061A为操控中心，选用高精度灵敏元件MQ-7，集成运算扩大器INA128进行信号调度，并引进了实时操作体系μC／OS-II进行使命办理。试验标明：体系完结了轿车空调运转时一氧化碳气体的实时监控，CO浓度不超越300 ppm，一起具有温度丈量功用，便于进行空调操作，参数丈量精确，为确保轿车内人员安全供给了牢靠计划。
关键词：轿车；一氧化碳；传感器；信号调度；声光告警
轿车空调运转在车辆停驶期间发生的一氧化碳进入轿车车厢内极易诱发中毒事端，跟着轿车的遍及，由此引发的一氧化碳安全事端也越来越多。为了削减这类的事端的发生，本文规划完结了一个可以检测轿车一氧化碳浓度的体系，该体系选用凌阳公司高功用16位单片机SPCE 061 A作为操控中心，使用CO传感器MQ-7收集车内一氧化碳，引进μC／OS-II实时操作体系。我国《工业企业规划卫生规范》规则：车间接连触摸8小时的最高容许浓度为300 ppm。因而，设定CO报警门限为300 ppm，当车内一氧化碳到达设定的该值时，体系可以宣布声光告警提示通风换气，延时一分钟后则主动打开天窗进行通风，以确保车内人员安全，别的，为便于调查车内温度操作空调，规划了温度辅佐测验单元，选用DS18B20温度传感器完结温度丈量。
1 体系硬件规划
体系全体框图如图1所示。体系操控芯片选用凌阳公司出产的高性价比16 bit双核微处理器SPCE061A，该芯片的首要特性是：微处理器内核作业电压VDD为3．0-3．6 V，32位通用可编程I／O端口作业电压VDDH为5．5 V；微处理器作业时钟规模可编程完结0．32～49．152MHz；内置SRAM容量为2 kB和FLASH ROM容量为32 kB；体系在备用状况下功耗为7．2μW(时钟为封闭状况)；可以进行触键唤醒设置；7通道10位电压模／数转化器(ADC)和单通道声响模／数转化器；2个16位可编程守时器／计数器(可主动预置初始计数值)；2个10位DAC(数／模转化)输出通道，可以便利完结语音提示功用；14个中止源易于完结体系的实时操控才能，一起具有串行设备接口便于和其他设备通讯；低电压复位(LVR)和低电压监测(LVD)功用，确保体系的运转牢靠；别的16位单片机具有高效率RISC指令体系和集成开发环境，经过内置在线仿真ICE(In Circu it Emulation)完结在线调试。微处理器支撑规范C言语，可以完结C言语与凌阳汇编言语的相互调用。
图1所示体系包含传感器收集电路、CO信号调度电路、声光报警电路、LCD显现电路、温度丈量、电源电路等功用模块，体系经过CO传感器MQ-7收集电路收集CO信号，输出与CO浓度成正比的模仿电压信号，把电压信号送入SPCE061A内进行A／D转化后，经单片机处理后驱动器显现出CO浓度值，若CO浓度大于报警电路预设数值，报警电路宣布报警，延时1分钟会发动天窗通风，然后避免CO中毒事端的发生。
1．1 一氧化碳测验电路规划
一氧化碳传感器MQ-7对一氧化碳具有很高的灵敏度和杰出的选择性，其作业电压为5 V，具有信号输出指示，双路信号输出(模仿量输出及TTL电平输出)，TTL输出有用信号为低电平。(当输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机)，模仿量输出0～5 V电压，浓度越高电压越高。且使用寿命较长和稳定性较高、牢靠的长处。为了便于丈量显现一氧化碳浓度，选用模仿量输出办法，SPCE061A内部的ADC功用对MQ-7传输的0～5 V电压进行模数转化，经滤波处理后进行显现，到达设定门限值时进行声光告警，延时1分钟后送出操控信号给天窗电路，天窗驱动电路打开天窗通风以确保车内一氧化碳浓度满意安全目标。信号调度电路的中心为集成运算扩大器INA128，具有较大的扩大功用和抗干扰才能。
MQ-7的信号调度电路如图2所示。
1．2 温度测验电路规划
温度检测电路选用DALLS公司出产的“一线总线”数字化温度传感器DS18B20，其丈量温度规模达-55～125℃，在-10～85℃规模内，精度为±0．5℃。该器材只要3个引脚(即电源VDD、地线GND、数据线DQ)，不需求外部元件，一条数据线进行通讯。规划体系检测温度规模规划为-5～35℃，精度为0．5℃，现已可以满意绝大大都作业环境的要求；用9位数字量来表明温度。本体系用1块DS18B20完结对环境温度的检测，取得温度信息时，先由SPCE061 A的IOA8脚发送复位脉冲，使DS18B20复位并向SPCE061A发送呼应脉冲，SPCE061A就可以发送读DS18B20序列号的指令，然后，SPCE061A再宣布定位指令发动DS18B20进行温度转化，当温度转化完毕后，SPCE061A发送DS18B20数据存储指令，即完结了温度信息数据的转化和读取。
2 体系软件规划
体系软件首要使命有：设置、修正、LCD显现的参数；检测、核算、显现温度、CO浓度等参数；温度、CO浓度状况指示及报警输出；守时存储各种检测及运算参数。本体系软件选用C编程言语和汇编编程言语混合编程、模块化结构和程序调用的办法。一般的嵌入式软件体系的规划都是选用前后台式的规划办法。传统的前台、后台式的单使命程序开发办法现已不能适应大都工程的需求，因而体系引进了μC／OS—II，选用多使命式的软件规划办法。将μC／OS—II移植到SPCE061A微处理器之后，然后就可以对操作体系自身进行需求的扩大。
在体系运转时，CO丈量、温度丈量、显现等使命是处于无限循环状况的，别离完结要求的功用，由μC／OS—II内核来进行调度。体系运转开端时，首先由OSInitial()完结操作体系μC／OS—II一切的变量和数据结构初始化，再初始化微操控器的守时器等，经过调用OSTask Cre at()函数顺次创立各个子使命，而且分配各个子使命优先权，置一切子使命为安排妥当状况。最终调用OSStart()函数发动体系，开端多使命调度。
依据CO浓度测控及温度丈量体系所要求完结的功用，将体系程序划分为并行存在的使命及中止程序。体系中并行存在的5个子使命按优先级从高到低顺次是：体系监督使命、数据收集使命、数据处理使命、数据输出使命、显现使命。CO浓度及温度丈量体系主程序流程图如图3所示。
数据收集A／D转化主程序和外部中止O的服务程序。A／D转化主程序首要完结SPCE061 A硬件初始化、数据收集处理、到达设定浓度300 ppm时进行声光告警。数据收集子程序如图4所示。
3 μC／OS-Ⅱ的植入
μC／OS-II是一种专门为微操控器规划的实时抢占式多使命操作体系，它以源代码的方式给出。其内核首要供给进程办理、时间办理、内存办理等服务。体系最多支撑56个使命，每个使命均有一个独有的优先级。由于其内核为抢先式，所以总是处于运转态最高优先级的使命占用CPU。体系供给了丰厚的API函数，完结进程之间的通讯以及进程状况的转化。多使命体系在进行使命切换时需求完结的首要操作过程如下：首先将当时子使命CPU一切的寄存器数值压入仓库：然后将CPU体系仓库的数据悉数拷贝到当时子使命的仓库中；获取下一个处于运转态且优先级最高的子使命的仓库指针；再康复下一个子使命的CPU寄存器的值和体系仓库中的数据；最终经过中止回来指令或函数回来指令。在对?C／OS-Ⅱ编写使命切换程序时需注意：?C／OS-II在每个中止发生后都会发生使命调度，但在中止完毕后进行使命切换时，不能调用一般使命切换函数，这是由于在中止过程中一般要将CPU的状况寄存器压栈操作。
4 完毕语
文中选用SPCE061A CPU结合嵌入式实时操作体系?C／OS-II，规划并完结了轿车车内环境温度丈量和CO浓度实时测控。空调敞开后，可设定CO浓度在300 ppm的安全规模上，体系实时监测车内温度和CO浓度的改变状况，并记载、存储相关数据。别的，该体系便于功用扩展，测控精度高、牢靠性高、体系成本低，可广泛应用在煤矿、家庭等一氧化碳存在环境。
