基于单片机的臭氧气体检测系统
——硬件电路分析与实现部分摘要：
MQ131气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在臭氧气体时，传感器的电导率随空气中臭氧气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ131气体传感器对臭氧的灵敏度高，对氯气、二氧化氮等强氧化性气体也有一定的灵敏度，对有机干扰气体向与臭氧相反的方向反应。
关键字：臭氧气体检测，QM—N313气敏传感器，臭氧报警电路
1 引言
1.1 目的和意义
近日，上海市消保委在不断接到市民咨询之后，实施了一次空气净化器比较大测试。消保委通过各种渠道购买了22台空气净化器，均为各品牌中高端型号。之后消保委委托上海市环境保护产品质量监督检验总站按照国标等标准对消费者普遍关心的PM2.5净化效率、甲醛净化效率、能效等级等性能指标进行了测试。消保委比较测试，结果并非全如广告所言很多产品都夸大宣传。
其实，这样的测试早在今年的三月份，《广州日报》就联合第三方检测机构对空气净化器做了测试，发现松下、飞利浦等品牌的空气净化器效果被厂家夸大。号称的PM2.5祛除率98%实测仅40%。更有专家指出，空气净化器在运行时产生臭氧可致癌。据了解，负离子型和静电型空气净化器是松下的主打机型。记者走访中发现，松下等品牌空气净化器在运行时产生臭氧早已是业内“皆知的秘密”，但当消费者问起时，销售人员却常常是避而不谈。而大多数空气净化器外包装上也没有关于臭氧产生情况的说明或提示。
与之相反，记者发现市场中还是有负离子机器既不产生臭氧，也没有静电。此款产品就是上海赛路美研发制造的负离子发生器。经多家检测中心检查，该公司的产品释放的负离子是等同于自然界负离子的负离子。中国室内环境监测工作委员会秘书长宋广生介绍：“负离子空气净化器在工作时如果产生臭氧，达到一定浓度时对人体也有害，不仅有臭味，也可能致癌。”下面我们就来认识下“臭氧”是什么？
●臭氧是什么？
高空臭氧是天然大气的重要微量成分，它在平流层中因其吸收大部分太阳辐射中对生物有害的紫外线，起到保护人类及其他生物的重要作用；但近地臭氧是种污染物，浓度升高会造成一系列不利于人体健康的影响，如刺激眼睛和呼吸道，影响肺功能等。值得注意的是，室内复印机也会产生臭氧，就是复印机工作时可以闻到的独特味道，所以大家要避免长时间待在复印机边上。
●臭氧超标有啥危害？
每天吸入6微克的颗粒物，患心脏疾病的风险就会增加4.6%。空气中臭氧浓度的增加同样也会增加罹患心脏疾病的风险，臭氧浓度增加千万分之一，患病风险就会提高4.4%，尤其是对于男性更加明显。
根据我国目前实行的标准，臭氧浓度超过200微克/立方米时，儿童、老年人及心脏病、呼吸系统疾病患者就应该减少长时间、高强度的户外锻炼。
1.2 研究概况及发展趋势
臭氧是一种强氧化剂，具有很强的杀菌消毒、漂白、除味等特性，因此广泛应用于水消毒、食品加工杀菌净化、食品贮藏保鲜、医疗卫生和家庭消毒净化等方面的产品。在臭氧发生器生产和应用中，一定的臭氧浓度是保证消毒氧化效果、节约能源和防止污染的重要参数。
1.臭氧发生器产量的标定
发生器的臭氧产量是其最主要、最基本的技术指标，而产量又是通过测定臭氧浓度后计算得出的。严格说，没有测定臭氧浓度的可靠手段就不可能生产出合格产品，目前市场臭氧发生器产量虚报假冒主要表现为没有臭氧浓度指标或不真实。
2.臭氧浓度保证消毒效果
只有保证和其它消毒杀菌剂一样，只有达到足够的剂量，作用一定时间才能达到消杀效果。例如当臭氧浓度为0.08~0.6ppm时，对空气中细菌繁殖体中的大肠杆菌作用30min，其平均杀灭率达84.60~99.9%，而空气中臭氧浓度为0.34~0.85ppm时，作用10~30min，其杀灭率可达99.47~99.97%。又如臭氧对空气消毒时，当浓度为0.21mg/L时，作用10min对金黄色葡萄球菌杀灭率达90.81%，如提高浓度为0.72mg/L时，作用时间仍为10min，杀灭率可达99.99%。
一般讲臭氧的浓度愈高其杀菌效果愈好。
3. 环境臭氧浓度不能过高
臭氧除了对人类有益的一面外，同时它又是一种对环境污染的物质，我国环境空气质量标准（GB3095-1996）中规定臭氧的浓度限值（1小时平均）一级标准为0.12mg/m3；二级标准为0.16mg/m3；三级标准为0.20mg/m3。臭氧的工业卫生标准大多数国家最高限值为0.1ppm （0.20mg/m3）。因此利用臭氧消毒杀菌浓度不应过高，臭氧发生器的产量不是越高越好。例如：一般家庭用室内杀菌的臭氧发生器产量应在200mg/h左右，最高不要超过400mg/h。这样，在臭氧杀菌工作30~60min后，室内残余浓度低于果品家卫生标准要求。需要注意的是，一些过敏体质的人，长时间暴露在臭氧含量超过0.18mg/m3的环境下，回出现皮肤刺痒，呼吸不畅，咳嗽及鼻炎等症状。浓度再高，会给人体造成更大的伤害
国家标准臭氧浓度测定方法
氧浓度检查方式大致可分为―化学分析法、―物理化学分析法、―物理分析法三类。
1.化学检查法
1.1 碘量法
碘量法是最常用的臭氧测定方式，我国和许多国家均把此法作为测定气体臭氧的标准方式，我国建设部发布的《臭氧发生器臭氧浓度、产量、电耗的测量》标准CJ/T3028.2—94中即规定使用碘量法。其原理为强氧化剂臭氧（O3）与碘化钾（KI）水溶液反应生成游离碘（I2）。臭氧还原为氧气。反应式为：O3+2KI+H2O→O2+I2+2KOH 游离碘显色，依在水中浓度由低至高呈浅黄至深红色。利用硫代硫酸钠（NaS2O3）标准液滴定，游离碘变为碘化钠（NaI），反应终点为完全褪色止。反应式为：I2+2Na2S2O3→2NaI+NaS4O6两反应式建立起O3反应量与NaS2O3消耗量的定量关系为1molO3：2molNaS2O3，则臭氧浓度CO3计算式为：
CO3=40x3x1000/1000（mg/L）式中：CO3——臭氧浓度，mg/L；ANa——硫代硫酸钠标准液用量，ml；B——硫代硫酸钠标准液浓度，mol/L；V0——臭氧化气体取样体积，ml。操作程序及方式参照标准CJ/T3028.2—94。测定标准型发生器浓度很方便。臭氧化气体积用流量计计数，NaS2O3浓度一般配制为0.100mol/L，测定精度可达±1%。测定空气中臭氧浓度时，应用在气采样器抽气定量。为保证测定精度，NaS2O3配为0.10mol/L。测定水溶臭氧浓度亦可用此公式计算，只是V0代表采水量，取1000ml。NaS2O3浓度为0.10mol/L。碘量法优点为显
色直观。不需要贵重仪器。缺点是易受其氧化剂如NO、CI2等物质的干扰，在重要检查时应减除其它氧化物质的影响。
1.2 比色法
比色法是根据臭氧与不同化学试剂的显色或脱色反应程度来确定臭氧浓度的方式。按比色手段分为人工色样比色与光度计色.此法多用于检查水溶解臭氧浓度.国内检查瓶装水臭氧溶解浓度有使用碘化钾、邻联甲胺等比色液的。其方式是利用检查样品显色液管相比较，确定测样臭氧溶解度值（0.05~0.08mg/L）,要求精确的，则利用分光光度计检查。国外利用此法做成仪器，配制标准工具与药品作为现场抽检使用，很方便。如美国HACH公司、日本荏原公司的DPD（二己基对苯二胺）比色盘，范围为0.05~2mg/L。美国HACH公司微型比色仪，利用靛蓝染料脱色反应。在600nm波长比色，0.05~0.75nm/L浓度数字显示，精度±0.01nm/L。受其它氧化剂干扰少。
1.3 检查管
将臭氧氧化可变化试剂浸渍在载体上，作为反应剂封装在标准内径的玻璃管内做成测管，使用时将检查管两端切断，把抽气器接到检查管出气端吸取定量臭氧气体，臭氧浓度与检查管内反应剂柱变色长度成正比，通过刻度值读取浓度值。德国、日本和我国都生产臭氧检查管，浓度范围分为高（1000ppm）、中（10ppm）、低（3ppm）三种，用于检查空气臭氧浓度，适于现场应用，使用简便，但精度低（为±15%）。
2.物理方式物理方式分析臭氧现在在国际上最流行的是紫外线吸取法。它是利用臭氧对254nm波长的紫外线特征吸取的特性，依据比尔—郎伯（Beer-Lambert）定律制造出的分析仪器，只要选择合适长度的吸取池，就可以检查0.002mg/m3~5%（vol）浓度的臭氧。其线形在4~5个数量级内都很好。该法已被我国作为环境空气中测定臭氧的标准方式
（GB1/T1154348）。紫外线吸取法不但可以适用于检查气体中臭氧浓度，也可以检查水中溶存的臭氧浓度。紫外线吸取法的仪器在美国、的国、瑞士、日本都有产品。我国北京分析仪器厂于1985年引进了美国莫尼特（MONITOR LABS）公司的 ML-8810 型紫外吸取式臭氧分析器，用于环境检查，1992年以后又陆续扩展量程到100ppm、1000ppm。北京超能自控实验技术研究所在1999年开发了ZX-01系列紫外线吸取式臭氧分析器，其测量范围从0~10ppm（用于环境检查）、0~100ppm、0~1000ppm、0~10000ppm到0~25000ppm。
2. 总体方案论证与设计
根据所要实现的功能划分，系统一共需要以下几个模块：主控电路模块、显示模块、传感器数据采集和AD采样模块，我们根据各自分工的介绍不同的模块。今天我在这里主要介绍主控电路模块的实现。
2.1基本硬件电路设计
1：目的：设计电路，用QM-N313这种气敏传感器来检测臭氧气体，设计过程中，先利用软件进行模拟电路仿真，达到瓦斯报警的效果，然后按照模拟图连接实物图以实现臭氧报警的功能。
2：要求：设计出的电路要能检测臭氧、有毒气体，并且实现报警的功能，既可以用于臭氧报警。另外，装置还应该具有高灵敏度和抗干扰强的的优点。
二：设计原理
1：基本测试电路设计图：
传感器基本原理图
报警系统模拟电路图仿真设计
2：电路图分析：
我们将所设计电路图分为四个部分：
1）电源电路部分：
电源由电池、稳压管Dw、电容C1等组成，电池选用12V叠成电池，经开关SA为电路提供12V 电压，同时稳压管Dw为检测与放大电路提供6V的电源。
2）电路检测部分：
电路检测部分是该电路的主体部分，检测元件为低功耗、高灵敏度的QM-N313型气敏传感器，在仿真时鉴于QM-N313型气敏传感器的工作原理，我们利用一个滑动变阻器来代替它进行仿真。如图所示为自动检测部分电路和该类传感器的电路图和实物图。
对QM-N131气敏传感器的简介：
MQ131气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在臭氧气体时，传感器的电导率随空气中臭氧气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ131气体传感器对臭氧的灵敏度高，对氯气、二氧化氮等强氧化性气体也有一定的灵敏度，对有机干扰气体向与臭氧相反的方向反应。
1、传感器模块部分：
图一：电路图
图二：实物图
2、MQ131基本技术指标
3、MQ131测试参数：
下成正比。如下图所示
MQ- N313气敏元件由微型AL2O3陶瓷管、SnO2 敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有4只针状管脚，其中2个用于信号取出。
其中QM-N313气敏传感器的工作原理：
1、当气敏传感器QM-N313不接触臭氧时，其A、B两极间呈高阻状态；当气敏传感器
QM-N313处于某一个浓度的臭氧环境中时，当测量浓度大于设定浓度时，单片机IO 口输出低电平。
3）信号放大部分：
由晶体管9014或者9013构成的放大电路，用来放大检测到的信号。如图所示为信号放大部分电路和三极管9014的实物图。
4）：显示电路部分：
显示电路选用LED条形驱动器集成块LM324，下图为显示电路的电路结构图。
其中LM324的引脚图为：
芯片 LM324：其实质为四个比较器，比较器的工作原理是：当正输入引脚的电压比负输入引脚的电压大时，比较器输出电压。
三：电路工作过程分析
1：无臭氧气体存在时：当气敏传感器QM-N313不接触烟雾或可燃气体时，其A、B两极间呈高阻抗，使得LM324内部四个比较器的正输入端电压趋于0V，所以比较器输出为零，LED1到LED4均不亮。
2：有臭氧气体存在时：当气敏传感器QM-N313处于一个浓度的可燃性气体时，QM-N313的A、B两电极端电阻变小，使得LM324四个正输入端引脚有一定的电压，当比负输入引脚大时，比较器输出电压，经放大器放大，使相应的发光二极管点亮， LED被点亮的只数，取决于四个正输入端引脚电位的高低。当正输入端引脚电位比2这个负引脚的电位还低时，LEDl-LED5均不亮。当正输入端引脚电位随着A、B两电极端电阻的变小而逐渐变大时，依次大于2、6、9、13这四个负输入引脚，比较器输出正电压，使三极管导通，LEDI～LED5被依次点亮。即
可燃性气体的浓度越高，气敏传感器QM-N313的电阻越小，LM324正输入引脚的电压越高，比较器输出正电压的个数越多，则LED1到LED4依次被点亮的只数越多。
参数计算
负输入电压：
第一个比较器的负输入电压，即LM324引脚2的输入电压V2=1/5Vcc=1V；第二个比较
器的负输入电压，即LM324引脚6的输入电压
V6=2/5Vcc=2V；第三个比较器的负输入电压，即LM324引
脚9的输入电压V9=3/5Vcc=3V；第四个比较器的负输入电
压，即LM324引脚13的输入电压V13=4/5Vcc=4V。
比较器与三级管之间串接的电阻：
我们将发光二极管的阳极经100Ω的电阻和5V的电源相
接。
三极管集电极的饱和电流Ic=Vcc/R’=5/100=0.05A
三极管基极的饱和电流 Ib=Ic/β=0.05/200=0.00025A
在此我们将三极管的放大倍数β取为200，将比教器
的输出电压取为4V，对硅三极管而言，其基射极接面之正
向偏压值约为0.6伏特可，
所以串接的电阻为R=（4-0.6）/ Ib=13600Ω=13.6KΩ
注：实际我们在仿真时，R取多大都不影响实际的运行效
果。
仿真图画好后，我们进行了运行，以下是我们的运行过程：
1：亮一个灯时：
2：亮两个灯时：
3：亮三个灯时：
4：亮四个灯时：
2.2单片机主控模块的选型和论证
方案一：
采用MSP430系列单片机，该单片机是TI公司1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器。其内部集成了很多模拟电路、数字电路和微处理器，提供强大的功能。不过该芯片昂贵不适合一般的设计开发。
方案二
采用51系列的单片机，该单片机是一个高可靠性，超低价，无法解密，高性能的8位单片机，32个IO口，且STC系列的单片机可以在线编程、调试，方便地实现程序的下载与整机的调试。
因此选用方案二中的51系列单片机作为主控芯片。
2.3显示模块的选型和论证
方案一：
采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较合适，如采用在显示数字显得太浪费，且价格也相对较高，所以不用此种作为显示。
方案二：
采用LED数码管动态扫描，LED数码管价格虽适中，对于显示数字也最合适，而且采用动态扫描法与单片机连接时，占用单片机口线少。但是由于数码管动态扫描需要借助74LS164移位寄存器进行移位，该芯片在电路调试时往往有很多障碍，所以不采用LED数码管作为显示。
方案三：
采用LCD液晶显示屏，液晶显示屏的显示功能强大，可显示大量文字，图形，显示多样，清晰可见，对于本设计而言一个LCD1602的液晶屏即可，价格也还能接受，需要的借口线较多，但会给调试带来诸多方便。
所以本设计中方案三中的LCD1602液显示屏作为显示模块。
2.4 AD数据采集模块的选型和论证
由于本设计需要把烟雾传感器的模拟信号转换成数字信号给单片机进行读取，这里我们选用了10位的AD转换器ADC0832进行采集。采集到的信号最终通过数学运算转换成烟雾浓度进行显示。
2.5系统整体设计概述
图2-1 系统结构框图
系统由STC89C52，LCD1602，臭氧气体传感器，ADC0832，以及按键模块组成。用户可以通过按键设置臭氧浓度的上限浓度，当超过浓度后，单片机会控制蜂鸣器报警。
3.系统硬件电路设计
3.1主控模块
主控模块模块在整个系统中起着统筹的作用，需要检测键盘，温度传感器等各种参数，同时驱动液晶显示相关参数，在这里我们选用了51系列单片机中的STC89C52单片机作为系统的主控芯片。
51系列单片机最初是由Intel 公司开发设计的，但后来Intel 公司把51 核的设计方案卖给了几家大的电子设计生产商，譬如SST、Philip、Atmel 等大公司。因此市面上出现了各式各样的均以51 为内核的单片机。这些各大电子生产商推出的单片机都兼容51 指令、并在51 的基础上扩展一些功能而内部结构是与51一致的。
STC89C52有40个引脚，4个8位并行I/O口，1个全双工异步串行口，同时内含5个中断源，2个优先级，2个16位定时/计数器。STC89C52的存储器系统由4K的程序存储器(掩膜ROM)，和128B的数据存储器(RAM)组成。
STC89C52单片机的基本组成框图见图3-1。
图3-1 STC89C52单片机结构图
3.1.1 STC89C52单片机主要特性
1. 一个8 位的微处理器(CPU)。
2. 片内数据存储器RAM(128B)，用以存放可以读／写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等，SST89 系列单片机最多提供1K 的RAM。
3. 片内程序存储器ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始数据和表格。但
也有一些单片机内部不带ROM/EPROM，如8031，8032，80C31 等。目前单片机的发展趋势是将RAM 和ROM 都集成在单片机里面，这样既方便了用户进行设计又提高了系统的抗干扰性。SST 公司推出的89 系列单片机分别集成了
16K、32K、64K Flash 存储器，可供用户根据需要选用。
4. 四个8 位并行I／O 接口P0~P3，每个口既可以用作输入，也可以用作输出。
5. 两个定时器／计数器，每个定时器／计数器都可以设置成计数方式，用
以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果
实现计算机控制。为方便设计串行通信，目前的52 系列单片机都会提供3 个16 位定时器/计数器。
6. 五个中断源的中断控制系统。现在新推出的单片机都不只5 个中断源，例如SST89E58RD 就有9 个中断源。
7. 一个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行I／O 口，用于实现单片机之间或单机与微机之间的串行通信。
8. 片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允
许振荡频率为12MHz。SST89V58RD 最高允许振荡频率达40MHz，因而大大的提高了指令的执行速度。
图3-2 STC89C52单片机管脚图
部分引脚说明：
1.时钟电路引脚XTAL1 和XTAL2：
XTAL2(18 脚)：接外部晶体和微调电容的一端；片内它是振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体固有频率。若需采用外部时钟电路时，该引脚输入外部时钟脉冲。
要检查振荡电路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2 端是否有脉冲信号输出。
XTAL1(19 脚)：接外部晶体和微调电容的另一端；在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。在采用外部时钟时，该引脚必须接地。
2.控制信号引脚RST,ALE,PSEN 和EA：
RST/VPD(9 脚)：RST 是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持备用电源的输入端。当主电源Vcc 发生故障，降低到低电平规定值时，将＋5V 电源自动两个机器周期(24个时钟振荡周期)的高电平时，就可以完成复位操作。RST 引脚的第二功能是VPD,即接入RST 端，为RAM 提供备用电源，以保证存储在RAM 中的信息不丢失，从而合复位后能继续正常运行。
ALE/PROG(30 脚)：地址锁存允许信号端。当8051 上电正常工作后，ALE 引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率fOSC 的1/6。CPU 访问片
外存储器时，ALE 输出信号作为锁存低8 位地址的控制信号。
平时不访问片外存储器时，ALE 端也以振荡频率的1/6 固定输出正脉冲，因而ALE 信号可以用作对外输出时钟或定时信号。如果想确定8051/8031 芯片的好坏，可用示波器查看ALE端是否有脉冲信号输出。如有脉冲信号输出，则8051/8031 基本上是好的。
ALE 端的负载驱动能力为8 个LS 型TTL(低功耗甚高速TTL)负载。
此引脚的第二功能PROG 在对片内带有4KB EPROM 的8751 编程写入(固化程序)时，作为编程脉冲输入端。
PSEN(29 脚)：程序存储允许输出信号端。在访问片外程序存储器时，此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。此引肢接EPROM 的OE 端(见后面几章任何一个小系统硬件图)。PSEN 端有效，即允许读出EPROM／ROM 中的指令码。PSEN 端同样可驱动8 个LS 型TTL 负载。要检查一个8051/8031 小系统上电后CPU 能否正常到EPROM／ROM 中读取指令码，也可用示波器看PSEN 端有无脉冲输出。如有则说明基本上工作正常。
EA/Vpp(31 脚)：外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。当EA 引脚接高电平时，CPU只访问片内EPROM/ROM并执行内部程序存储器中的指令，但当PC(程序计数器)的值超过0FFFH(对8751/8051 为4K)时，将自动转去执行片外程序存储器内的程序。当输入信号EA 引脚接低电平(接地)时，CPU 只访问外部EPROM/ROM 并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。对于无片内ROM 的8031 或8032,需外扩EPROM，此时必须将EA 引脚接地。此引脚的第二功能是Vpp 是对8751 片内EPROM固化编程时，作为施加较高编程电压(一般12V～21V)的输入端。
3.输入/输出端口P0/P1/P2/P3：
P0口(P0.0～P0.7，39~32 脚)：P0口是一个漏极开路的8 位准双向I/O口。作为漏极开路的输出端口，每位能驱动8 个LS 型TTL 负载。当P0 口作为输入口使用时，应先向口锁存器(地址80H)写入全1,此时P0 口的全部引脚浮空，可作为高阻抗输入。作输入口使用时要先写1,这就是准双向口的含义。在CPU 访问片外存储器时，P0口分时提供低8 位地址和8 位数据的复用总线。在此期间，P0口内部上拉电阻有效。
P1口(P1.0～P1.7，1~8 脚)：P1口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O 口。P1口每位能驱动4 个LS 型TTL 负载。在P1口作为输入口使用时，应先向P1口锁存地址(90H)写入全1,此时P1口引脚由内部上拉电阻拉成高电平。
P2口(P2.0～P2.7，21~28 脚)：P2口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向
I/O口。P口每位能驱动4个LS 型TTL 负载。在访问片外EPROM/RAM 时，它输出高8 位地址。
P3口(P3.0～P3.7，10~17 脚)：P3口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向
I/O口。P3口每位能驱动4个LS型TTL负载。P3口与其它I/O 端口有很大的区别，它的每个引脚都有第二功能，如下：
P3.0：(RXD)串行数据接收。
P3.1：(RXD)串行数据发送。
P3.2：(INT0#)外部中断0输入。
P3.3：(INT1#)外部中断1输入。
P3.4：(T0)定时/计数器0的外部计数输入。
P3.5：(T1)定时/计数器1的外部计数输入。
P3.6：(WR#)外部数据存储器写选通。
P3.7：(RD#)外部数据存储器读选通。
3.1.2 STC89C52单片机的中断系统
STC89C52系列单片机的中断系统有5个中断源，2个优先级，可以实现二级中断服务嵌套。由片内特殊功能寄存器中的中断允许寄存器IE控制CPU是否响应中断请求；由中断优先级寄存器IP安排各中断源的优先级；同一优先级内各中断同时提出中断请求时，由内部的查询逻辑确定其响应次序。
在单片机应用系统中，常常会有定时控制需求，如定时输出、定时检测、定时扫描等；也经常要对外部事件进行计数。STC89C52单片机内集成有两个可编程的定时/计数器：T0和T1，它们既可以工作于定时模式，也可以工作于外部事件计数模式，此外，T1还可以作为串行口的波特率发生器。
3.1.3 单片机最小系统设计
图3-3 单片机最小系统电路图
图3-3为单片机最小系统电路图，单片机最小系统有单片机、时钟电路、复位电路组成，时钟电路选用了12MHZ的晶振提供时钟，作用为给单片机提供一个时间基准，其中执行一条基本指令需要的时间为一个机器周期，单片机的复位电路，按下复位按键之后可以使单片机进入刚上电的起始状态。图中10K排阻为P0口的上拉电阻，由于P0口跟其他IO结构不一样为漏极开路的结构，因此要加上拉电阻才能正常使用。
电源模块设计：
3.2 液晶显示部分与STC89C52的接口
如图3-5所示。用STC89C52的P0口作为数据线，用P1.2、P1.1、P1.0分别作为LCD的EN、R/W、RS。其中EN是下降沿触发的片选信号，R/W是读写信号，RS是寄存器选择信号本模块设计要点如下：显示模块初始化：首先清屏，
再设置接口数据位为8位，显示行数为1行，字型为5×7点阵，然后设置为整体显示，取消光标和字体闪烁,最后设置为正向增量方式且不移位。向LCD的显示缓冲区中送字符，程序中采用2个字符数组，一个显示字符，另一个显示电压数据，要显示的字符或数据被送到相应的数组中，完成后再统一显示.首先取一个
要显示的字符或数据送到LCD的显示缓冲区，程序延时2.5ms,判断是否够显示的个数，不够则地址加一取下一个要显示的字符或数据。
图3-5 LCD1602与STC89C52的接口
3.3键盘模块设计
本按键模块使用的是多位独立按键，按键一端接IO口，一端接地，由于单片机的IO口都有内部上拉，因此当按键没有按下的时候，IO检测到的时候高电平，当按键按下的时候，相当于IO短接地，因此这时候单片机检测到的电平为低电平，通过检测不同时刻的IO口状态就可以判断按下的是那个按键。4个按键分别代表以下功能，第一为功能按键，可以切换不同参数设置界面，第二个为切换按键，可以切换不同参数进行设置，第三个为增加按键，第四个为减少按键。键盘模块电路图如图3-6所示。
图3-6键盘模块电路图
3.4蜂鸣器报警模块设计电路
3.5 AD数据采集模块：
数据采集模块部分将会有我的伙伴详细介绍，在这里我就不再赘述。
附录
系统整体原理图
系统仿真图
源程序：
#include
#define uint unsigned int
献给那些刚开始或即将开始设计硬件电路的人。时光飞逝，离俺最初画第一块电路已有3年。刚刚开始接触电路板的时候，与你一样，俺充满了疑惑同时又带着些兴奋。在网上许多关于硬件电路的经验、知识让人目不暇接。像信号完整性，EMI，PS设计准会把你搞晕。别急，一切要慢慢来。 1)总体思路。 设计硬件电路，大的框架和架构要搞清楚，但要做到这一点还真不容易。有些大框架也许自己的老板、老师已经想好，自己只是把思路具体实现;但也有些要自己设计框架的，那就要搞清楚要实现什么功能，然后找找有否能实现同样或相似功能的参考电路板(要懂得尽量利用他人的成果，越是有经验的工程师越会懂得借鉴他人的成果)。 2)理解电路。 如果你找到了的参考设计，那么恭喜你，你可以节约很多时间了(包括前期设计和后期调试)。马上就copy?NO，还是先看懂理解了再说，一方面能提高我们的电路理解能力，而且能避免设计中的错误。 3)没有找到参考设计? 没关系。先确定大IC芯片，找datasheet，看其关键参数是否符合自己的要求，哪些才是自己需要的关键参数，以及能否看懂这些关键参数，都是硬件工程师的能力的体现，这也需要长期地慢慢地积累。这期间，要善于提问，因为自己不懂的东西，别人往往一句话就能点醒你，尤其是硬件设计。 4)硬件电路设计主要是三个部分，原理图，pcb，物料清单(BOM)表。 原理图设计就是将前面的思路转化为电路原理图。它很像我们教科书上的电路图。
pcb涉及到实际的电路板，它根据原理图转化而来的网表(网表是沟通原理图和pcb之间的桥梁)，而将具体的元器件的封装放置(布局)在电路板上，然后根据飞线(也叫预拉线)连接其电信号(布线)。完成了pcb布局布线后，要用到哪些元器件应该有所归纳，所以我们将用到BOM表。 5)用什么工具? Protel，也就是altimuml容易上手，在国内也比较流行，应付一般的工作已经足够，适合初入门的设计者使用。 6)to be continued...... 其实无论用简单的protel或者复杂的cadence工具，硬件设计大环节是一样的(protel上的操作类似windwos，是post-command型的;而cadence的产品concept&allegro是pre-command型的，用惯了protel，突然转向cadence的工具，会不习惯就是这个原因)。设计大环节都要有1)原理图设计。2)pcb设计。3)制作BOM 表。现在简要谈一下设计流程(步骤)： 1)原理图库建立。要将一个新元件摆放在原理图上，我们必须得建立改元件的库。库中主要定义了该新元件的管脚定义及其属性，并且以具体的图形形式来代表(我们常常看到的是一个矩形(代表其IC BODY)，周围许多短线(代表IC管脚))。protel创建库及其简单，而且因为用的人多，许多元件都能找到现成的库，这一点对使用者极为方便。应搞清楚ic body，ic pins，input pin，output pin，analog pin，digital pin，power pin等区别。 2)有了充足的库之后，就可以在原理图上画图了，按照datasheet和系统设计的要
硬件电子电路基础
第一章半导体器件 §1-1 半导体基础知识 一、什么是半导体 半导体就是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。（导电能力即电导率）（如：硅Si 锗Ge等＋4价元素以及化合物）
二、半导体的导电特性 本征半导体――纯净、晶体结构完整的半导体称为本征半导体。 硅和锗的共价键结构。（略） 1、半导体的导电率会在外界因素作用下发生变化 ?掺杂──管子 ?温度──热敏元件 ?光照──光敏元件等 2、半导体中的两种载流子──自由电子和空穴 ?自由电子──受束缚的电子（－） ?空穴──电子跳走以后留下的坑（＋） 三、杂质半导体──N型、P型 （前讲）掺杂可以显著地改变半导体的导电特性，从而制造出杂质半导体。 ?N型半导体（自由电子多） 掺杂为＋5价元素。如：磷；砷P──＋5价使自由电子大大增加原理：Si──＋4价P与Si形成共价键后多余了一个电子。 载流子组成： o本征激发的空穴和自由电子──数量少。 o掺杂后由P提供的自由电子──数量多。 o空穴──少子 o自由电子──多子 ?P型半导体（空穴多） 掺杂为＋3价元素。如：硼；铝使空穴大大增加 原理：Si──＋4价B与Si形成共价键后多余了一个空穴。 B──＋3价 载流子组成：
o本征激发的空穴和自由电子──数量少。 o掺杂后由B提供的空穴──数量多。 o空穴──多子 o自由电子──少子 结论：N型半导体中的多数载流子为自由电子； P型半导体中的多数载流子为空穴。 §1-2 PN结 一、PN结的基本原理 1、什么是PN结 将一块P型半导体和一块N型半导体紧密第结合在一起时，交界面两侧的那部分区域。 2、PN结的结构 分界面上的情况： P区：空穴多 N区：自由电子多 扩散运动： 多的往少的那去，并被复合掉。留下了正、负离子。 （正、负离子不能移动） 留下了一个正、负离子区──耗尽区。 由正、负离子区形成了一个内建电场（即势垒高度）。 方向：N--> P 大小：与材料和温度有关。（很小，约零点几伏）
目 录 摘 要 (1) 第1章 绪论 (2) 1.1臭氧的介绍 (2) 1.2臭氧发生器简介 (3) 1.3臭氧技术产业发展前景 (3) 1.4课题研究的主要内容及意义 (4) 第2章 设计简述 (5) 2.1臭氧发生器电路设计方案论证 (5) 2.2设计思路 (5) 第3章 单元电路设计 (7) 3.1555定时器简介 (7) 3.2单元电路设计、元器件选择和参数计算 (8) 3.2.1主电路的设计 (8) 3.2.2消毒控制电路的设计 (9) 3.2.3清新控制电路的设计 (10) 3.2.4遥控电路的设计 (11) 3.2.5电源电路的设计 (12) 第4章 电路性能指标验算及总体工作原理 (14) 4.1电路性能指标验算 (14) 4.1.1消毒电路性能指标验算 (14) 4.1.2清新电路性能指标验算 (14) 4.2总体电路工作原理 (14) 总 结 (16) 致 谢 (17) 参考文献 (18) 附 录 (19)
附录1总体电路图 (19) 附录2元器件明细表 (20)
摘 要 近年来，臭氧技术已在污水处理、医学、食品、化工生产、空气净化、饮用水杀菌消毒等领域得到广泛应用，并显示出很好的发展前景。然而我国目前工业型臭氧发生器绝大多数为工频高压型，效率低、能耗高、浓度低，使得臭氧技术应用的推广受到阻碍。与工频臭氧发生器相比，中、高频臭氧发生器具有结构紧凑、臭氧浓度高和低电耗等优点，是臭氧发生器向大型发展的基本条件。高频臭氧发生器控制系统要求具有节能、高效、性能稳定、便于控制的特点，这些都是今后臭氧发生器发展的方向。本文设计了一个臭氧发生器电路，当室内有人时能进行空气消毒，其每隔30分钟工作5分钟；室内无人时进行空气清新，连续工作1小时。本文设计主要包括三个部分：控制电路设计、遥控电路设计、电源电路设计。设计中对各个部分的设计思想和参数进行了分析和计算，证明了该方法的可行性。 关键词 臭氧；清新；消毒
臭氧发生器使用说明书 山东环科环境科技有限公司
尊敬的用户： 非常感谢您选用我公司生产的臭氧发生器系列产品。在您使用本产品之前，请仔细阅读本使用说明书。 本说明书中描述的产品只适合经过培训合格的工作人员使用。 本产品的调整、修理和维护必须由厂商指定的授权人员进行。 为了正确、安全地使用本产品，请您务必按本说明书地描述进行操作。 我们建议保持产品卷标完整。 我们建议不要拆卸本产品。 我们不对由于使用产品不当造成的损伤或伤害承担任何责任。 我们改进产品性能或修改使用说明书内容时，恕不另行通知。 如果需要最新的产品或资料，请及时与经销商或我公司联系，我们会尽量提供最新产品信息和资料，如果发现说明书中出现任何错误，请及时和我们取得联系，我们表示非常感谢。 未经我公司许可，严禁拷贝和仿制本说明书的全部或部分内容，违者必究。 本说明书内容包括臭氧臭氧发生器构造说明、功能介绍、接线方式、型号介绍、应用范围、操作说明及注意事项等内容，使用前请详细阅读。
目录 1、臭氧概述----------------------------------1 2、产品分类----------------------------------1 3、产品型号----------------------------------4 4、产品结构----------------------------------5 5、配套设备----------------------------------6 6、操作说明----------------------------------7 7、维护保养----------------------------------8 8、注意事项----------------------------------9 9、售后服务---------------------------------11
2系统方案设计 2.1 数字示波器的工作原理 图2.1 数字示波器显示原理 数字示波器的工作原理可以用图2.1 来描述，当输入被测信号从无源探头进入到数字示波器，首先通过的是示波器的信号调理模块，由于后续的A/D模数转换器对其测量电压有一个规定的量程范围，所以，示波器的信号调理模块就是负责对输入信号的预先处理，通过放大器放大或者通过衰减网络衰减到一定合适的幅度，然后才进入A/D转换器。在这一阶段，微控制器可设置放大和衰减的倍数来让用户选择调整信号的幅度和位置范围。 在A/D采样模块阶段，信号实时在离散点采样，采样位置的信号电压转换为数字值，而这些数字值成为采样点。该处理过程称为信号数字化。A/D采样的采样时钟决定了ADC采样的频度。该速率被称为采样速率，表示为样值每秒（S/s）。A/D模数转换器最终将输入信号转换为二进制数据，传送给捕获存储区。 因为处理器的速度跟不上高速A/D模数转换器的转换速度，所以在两者之间需要添加一个高速缓存，明显，这里捕获存储区就是充当高速缓存的角色。来自ADC的采样点存储在捕获存储区，叫做波形点。几个采样点可以组成一个波形点，波形点共同组成一条波形记录，创建一条波形记录的波形点的数量称为记录长度。捕获存储区内部还应包括一个触发系统，触发系统决定记录的起始和终止点。 被测的模拟信号在显示之前要通过微处理器的处理，微处理器处理信号，包括获取信号的电压峰峰值、有效值、周期、频率、上升时间、相位、延迟、占空比、均方值等信息，然后调整显示运行。最后，信号通过显示器的显存显示在屏幕上。 2.2 数字示波器的重要技术指标 （1）频带宽度 当示波器输入不同频率的等幅正弦信号时，屏幕上显示的信号幅度下降3dB 所对应的输入信号上、下限频率之差，称为示波器的频带宽度，单位为MHz或GHz。
LF-GRB型活氧机工作原理 臭氧发生器工作原理按臭氧产生的方式划分，目前的臭氧发生器主要有三种：高压放电式、紫外线照射式、电解式。一、高压放电式发生器该类臭氧发生器是使用一定频率的高压电流制造高压电晕电场，使电场内或电场周围的氧分子发生电化学反应，从而制造臭氧。这种臭氧发生器具有技术成熟、工作稳定、使用寿命长、臭氧产量大（单机可达1Kg/h）等优点，所以是国内外相关行业使用最广泛的臭氧发生器。在高压放电式臭氧发生器中又分为以下几种类型： 1、按发生器的高压电频率划分，有工频(50-60Hz)、中频(400-1000Hz)和高频(＞1000Hz)三种。工频发生器由于体积大、功耗高等缺点，目前已基本退出市场。中、高频发生器具有体积小、功耗低、臭氧产量大等优点，是现在最常用的产品。 2、按使用的气体原料划分，有氧气型和空气型两种。氧气型通常是由氧气瓶或制氧机供应氧气。空气型通常是使用洁净干燥的压缩空气作为原料。由于臭氧是靠氧气来产生的，而空气中氧气的含量只有21%，所以空气型发生器产生的臭氧浓度相对较低，而瓶装或制氧机的氧气纯度都在90%以上，所以氧气型发生器的臭氧浓度较高。 3、按冷却方式划分，有水冷型和风冷型。臭氧发生器工作时会产生大量的热能，需要冷却，否则臭氧会因高温而边产生边分解。水冷型发生器冷却效果好，工作稳定，臭氧无衰减，并能长时间连续工作，但结构复杂，成本稍高。风冷型冷却效果不够理想，臭氧衰减明显。总体性能稳定的高性能臭氧发生器通常都是水冷式的。风冷一般只用于臭氧产量较小的中低档臭氧发生器。在选用发生器时，应尽量选用水冷型的。4、按介电材料划分，常见的有石英管（玻璃的一种）、陶瓷板、陶瓷管、玻璃管和搪瓷管等几种类型。目前使用各类介电材料制造的臭氧发生器市场上均有销售，其性能各有不同，玻璃介电体成本低性能稳是人工制造臭氧使用最早的材料之一，但机械强度差。陶瓷和玻璃类似但陶瓷不宜加工特别在大型臭氧机中使用受到限制。搪瓷是一种新型介电材料，介质和电极于一体机械强度高、可精密加工精度较高，在大中型臭氧发生器中广泛使用，但制造成本较高。 5、按臭氧发生器结构划分，有间隙放电式（DBD）和开放式两种。间隙放电式的结构特点是臭氧在内外电极区间的间隙内产生臭氧，臭氧能够集中收集输出使用其浓度较高，如用于水处理。开放式发生器的电极是裸露在空气中的，所产生的臭氧直接扩散到空气中，因臭氧浓度较低通常只用于较小空间的空气灭菌或某些小型物品表面消毒。间隙放电式发生器可代替开放式发生器使用。但间隙放电式臭氧发生器成本远高于开放式。 二、紫外线式臭氧发生器 该类臭氧发生器是使用特定波长(185mm)的紫外线照射氧分子，使氧分子分解而产生臭氧。由于紫外线灯管体积大、臭氧产量低、使用寿命短，所以这种发生器使用范围较窄，常见于消毒碗柜上使用。 三、电解式发生器该类臭氧发生器通常是通过电解纯净水而产生臭氧。这种发生器能制取高浓度的臭氧水，制造成本低，使用和维修简单。但由于有臭氧产量无法做大、电极使用寿命短、臭氧不容易收集等方面的缺点，其用途范围受到限制。目前这种发生器只是在一些特定的小型设备上或某些特定场所内使用，不具备取代高压放电式发生器的条件。
1.1电路硬件设计基础 1.1.1电路设计 硬件电路设计原理 嵌入式系统的硬件设计主要分3个步骤：设计电路原理图、生成网络表、设计印制电路板，如下图所示。 图1-1硬件设计的3个步骤 进行硬件设计开发，首先要进行原理图设计，需要将一个个元器件按一定的逻辑关系连接起来。设计一个原理图的元件来源是“原理图库”，除了元件库外还可以由用户自己增加建立新的元件，用户可以用这些元件来实现所要设计产品的逻辑功能。例如利用Protel 中的画线、总线等工具，将电路中具有电气意义的导线、符号和标识根据设计要求连接起来，构成一个完整的原理图。 原理图设计完成后要进行网络表输出。网络表是电路原理设计和印制电路板设计中的一个桥梁，它是设计工具软件自动布线的灵魂，可以从原理图中生成，也可以从印制电路板图中提取。常见的原理图输入工具都具有Verilog/VHDL网络表生成功能，这些网络表包含所有的元件及元件之间的网络连接关系。 原理图设计完成后就可进行印制电路板设计。进行印制电路板设计时，可以利用Protel 提供的包括自动布线、各种设计规则的确定、叠层的设计、布线方式的设计、信号完整性设计等强大的布线功能，完成复杂的印制电路板设计，达到系统的准确性、功能性、可靠性设计。 电路设计方法(有效步骤) 电路原理图设计不仅是整个电路设计的第一步，也是电路设计的基础。由于以后的设计工作都是以此为基础，因此电路原理图的好坏直接影响到以后的设计工作。电路原理图的具体设计步骤，如图所示。
图1-2原理图设计流程图 （1）建立元件库中没有的库元件 元件库中保存的元件只有常用元件。设计者在设计时首先碰到的问题往往就是库中没有原理图中的部分元件。这时设计者只有利用设计软件提供的元件编辑功能建立新的库元件，然后才能进行原理图设计。 当采用片上系统的设计方法时，系统电路是针对封装的引脚关系图，与传统的设计方法中采用逻辑关系的库元件不同。 （2）设置图纸属性 设计者根据实际电路的复杂程度设置图纸大小和类型。图纸属性的设置过程实际上是建立设计平台的过程。设计者只有设置好这个工作平台，才能够在上面设计符合要求的电路图。 （3）放置元件 在这个阶段，设计者根据原理图的需要，将元件从元件库中取出放置到图纸上，并根据原理图的需要进行调整，修改位置，对元件的编号、封装进行设置等，为下一步的工作打下基础。 （4）原理图布线 在这个阶段，设计者根据原理图的需要，利用设计软件提供的各种工具和指令进行布线，将工作平面上的元件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构成一个完整的原理图。 （5）检查与校对 在该阶段，设计者利用设计软件提供的各种检测功能对所绘制的原理图进行检查与校对，以保证原理图符合电气规则，同时还应力求做到布局美观。这个过程包括校对元件、导线位置调整以及更改元件的属性等。 （6）电路分析与仿真 这一步，设计者利用原理图仿真软件或设计软件提供的强大的电路仿真功能，对原理图的性能指标进行仿真，使设计者在原理图中就能对自己设计的电路性能指标进行观察、测试，从而避免前期问题后移，造成不必要的返工。
按臭氧产生的方式划分，目前的臭氧发生器主要有三种：高压放电式、紫外线照射式、电解式。 一、高压放电式发生器 该类臭氧发生器是使用一定频率的高压电流制造高压电晕电场，使电场内或电场周围的氧分子发生电化学反应，从而制造臭氧。 这种臭氧发生器具有技术成熟、工作稳定、使用寿命长、臭氧产量大（单机可达1Kg/h）等优点，所以是国内外相关行业使用最广泛的臭氧发生器。 在高压放电式臭氧发生器中又分为以下几种类型： 1、按发生器的高压电频率划分，有工频(50-60Hz)、中频(400-1000Hz)和高频(＞1000Hz)三种。工频发生器由于体积大、功耗高等缺点，目前已基本退出市场。中、高频发生器具有体积小、功耗低、臭氧产量大等优点，是现在最常用的产品。 2、按使用的气体原料划分，有氧气型和空气型两种。氧气型通常是由氧气瓶或制氧机供应氧气。空气型通常是使用洁净干燥的压缩空气作为原料。由于臭氧是靠氧气来产生的，而空气中氧气的含量只有21%，所以空气型发生器产生的臭氧浓度相对较低，而瓶装或制氧机的氧气纯度都在90%以上，所以氧气型发生器的臭氧浓度较高。 3、按冷却方式划分，有水冷型和风冷型。臭氧发生器工作时会产生大量的热能，需要冷却，否则臭氧会因高温而边产生边分
解。水冷型发生器冷却效果好，工作稳定，臭氧无衰减，并能长时间连续工作，但结构复杂，成本稍高。风冷型冷却效果不够理想，臭氧衰减明显。总体性能稳定的高性能臭氧发生器通常都是水冷式的。风冷一般只用于臭氧产量较小的中低档臭氧发生器。在选用发生器时，应尽量选用水冷型的。 4、按介电材料划分，常见的有石英管（玻璃的一种）、陶瓷板、陶瓷管、玻璃管和搪瓷管等几种类型。目前使用各类介电材料制造的臭氧发生器市场上均有销售，其性能各有不同，玻璃介电体成本低性能稳是人工制造臭氧使用最早的材料之一，但机械强度差。陶瓷和玻璃类似但陶瓷不宜加工特别在大型臭氧机中使用受到限制。搪瓷是一种新型介电材料，介质和电极于一体机械强度高、可精密加工精度较高，在大中型臭氧发生器中广泛使用，但制造成本较高。 5、按臭氧发生器结构划分，有间隙放电式（DBD）和开放式两种。间隙放电式的结构特点是臭氧在内外电极区间的间隙内产生臭氧，臭氧能够集中收集输出使用其浓度较高，如用于水处理。开放式发生器的电极是裸露在空气中的，所产生的臭氧直接扩散到空气中，因臭氧浓度较低通常只用于较小空间的空气灭菌或某些小型物品表面消毒。间隙放电式发生器可代替开放式发生器使用。但间隙放电式臭氧发生器成本远高于开放式。 二、紫外线式臭氧发生器
STM32的基本系统主要涉及下面几个部分： 1、电源 1)、无论是否使用模拟部分和AD部分，MCU外围出去VCC和GND，VDDA、VSSA、Vref(如果封装有该引脚)都必需要连接，不可悬空； 2)、对于每组对应的VDD和GND都应至少放置一个104的陶瓷电容用于滤波，并接该电容应放置尽量靠近MCU； 2、复位、启动选择 1)、Boot引脚与JTAG无关。其仅是用于MCU启动后，判断执行代码的起始地址； 2)、在电路设计上可能Boot引脚不会使用，但要求一定要外部连接电阻到地或电源，切不可悬空； 3、调试接口 4、ADC 1)、ADC是有工作电压的，且与MCU的工作电压不完全相同。MCU工作电压可以到2.0V～3.6V，但ADC模块工作的电压在2.4V～3.6V。设计电路时需要注意。 5、时钟 1)、STM32上电默认是使用内部高速RC时钟(HSI)启动运行，如果做外部时钟(HSE)切换，外部时钟是不会运行的。因此，判断最小系统是否工作用示波器检查OSC是否有时钟信号，是错误的方法； 2)、RTC时钟要求使用的32.768振荡器的寄生电容是6pF，这个电容区别于振荡器外部接的负载电容； 5、GPIO 1)、IO推动LED时，建议尽量考虑使用灌电流的方式。 2)、在Stop等低功耗模式下，为了更省电，通常情况下建议GPIO配置为带上拉的输出模式，输出电平由外部电路决定； 6、FSMC 1)、对应100pin或144pin,FSMC的功能与I2C是存在冲突的，如果FSMC时钟打开，I2C 1的硬件模式无法工作。这在STM32F10xxx的勘误表中是有描述的。 ST官方推荐的几大主流开发板的原理图，在画电路的时候可以做为参考依据： 1、IAR https://www.doczj.com/doc/c012533753.html, 1)、STM32F103RBT6 点击此处下载ourdev_606049.pdf(文件大小:208K)(原文件名:IAR_STM32_SK_revB.pdf)
平台的选择很多时候和系统选择的算法是相关的，所以如果要提高架构，平台的设计能力，得不断提高自身的算法设计，复杂度评估能力，带宽分析能力。 常用的主处理器芯片有：单片机，ASIC，RISC(DEC Alpha、ARC、ARM、MIPS、PowerPC、SPARC和SuperH )，DSP和FPGA等，这些处理器的比较在网上有很多的文章，在这里不老生常谈了，这里只提1个典型的主处理器选型案例。 比如市场上现在有很多高清网络摄像机（HD-IPNC）的设计需求，而IPNC的解决方案也层出不穷，TI的解决方案有DM355、DM365、DM368等，海思提供的方案则有Hi3512、Hi3515、Hi3520等，NXP提供的方案有PNX1700、PNX1005等。 对于HD-IPNC的主处理芯片，有几个主要的技术指标：视频分辨率，视频编码器算法，最高支持的图像抓拍分辨率，CMOS的图像预处理能力，以及网络协议栈的开发平台。 Hi3512单芯片实现720P30 编解码能力，满足高清IP Camera应用, Hi3515可实现1080P30的编解码能力，持续提升高清IP Camera的性能。 DM355单芯片实现720P30 MPEG4编解码能力，DM365单芯片实现720P30 编解码能力, DM368单芯片实现1080P30 编解码能力。 DM355是2007 Q3推出的，DM365是2009 Q1推出的，DM368是2010 Q2推出的。海思的同档次解决方案也基本上与之同时出现。 海思和TI的解决方案都是基于linux，对于网络协议栈的开发而言，开源社区的资源是没有区别的，区别的只在于芯片供应商提供的SDK开发包，两家公司的SDK离产品都有一定的距离，但是linux的网络开发并不是一个技术难点，所以并不影响产品的推广。 作为IPNC的解决方案，在720P时代，海思的解决方案相对于TI的解决方案，其优势是支持了编解码算法，而TI只支持了MPEG4的编解码算法。虽然在2008年初，MPEG4的劣势在市场上已经开始体现出来，但在当时这似乎并不影响DM355的推广。 对于最高支持的图像抓拍分辨率，海思的解决方案可以支持支持JPEG抓拍3M Pixels@5fps，DM355最高可以支持5M Pixels，虽然当时没有成功的开发成5M Pixel的抓拍（内存分配得有点儿问题，后来就不折腾了），但是至少4M Pixel 的抓拍是实现了的，而且有几个朋友已经实现了2560x1920这个接近5M Pixel 的抓拍，所以在这一点上DM355稍微胜出。 因为在高清分辨率下，CCD传感器非常昂贵，而CMOS传感器像原尺寸又做不大，导致本身在低照度下就性能欠佳的CMOS传感器的成像质量在高分辨率时变差，
第三章硬件基础知识学习 通过上一课的学习，我们貌似成功的点亮了一个LED小灯，但是还有一些知识大家还没有 彻底明白。单片机是根据硬件电路图的设计来写代码的，所以我们不仅仅要学习编程知识，还有硬件知识，也要进一步的学习，这节课我们就要来穿插介绍电路硬件知识。 3.1 电磁干扰EMI 第一个知识点，去耦电容的应用，那首先要介绍一下去耦电容的应用背景，这个背景就是电磁干扰，也就是传说中的EMI。 1、冬天的时候，尤其是空气比较干燥的内陆城市，很多朋友都有这样的经历，手触碰到电脑外壳、铁柜子等物品的时候会被电击，实际上这就是“静电放电”现象，也称之为ESD。 2、不知道有没有同学有这样的经历，早期我们使用电钻这种电机设备，并且同时在听收音机或者看电视的时候，收音机或者电视会出现杂音，这就是“快速瞬间群脉冲”的效果，也称之为EFT。 3、以前的老电脑，有的性能不是很好，带电热插拔优盘、移动硬盘等外围设备的时候，内部会产生一个百万分之一秒的电源切换，直接导致电脑出现蓝屏或者重启现象，就是热插拔的“浪涌”效果，称之为Surge... ... 电磁干扰的内容有很多，我们这里不能一一列举，但是有些内容非常重要，后边我们要一点点的了解。这些问题大家不要认为是小问题，比如一个简单的静电放电，我们用手能感觉到的静电，可能已经达到3KV以上，如果用眼睛能看得到的，至少是5KV了，只是因为 这个电压虽然很高，电量却很小，因此不会对人体造成伤害。但是我们应用的这些半导体元器件就不一样了，一旦瞬间电压过高，就有可能造成器件的损坏。而且，即使不损坏，在2、3里边介绍的两种现象，也严重干扰到我们正常使用电子设备了。 基于以上的这些问题，就诞生了电磁兼容(EMC)这个名词。这节课我们仅仅讲一下去耦
PEM低压电解法臭氧发生器 一、PEM低压电解法臭氧发生器的性能及特点： 1、所产生的臭氧纯度好、浓度高；浓度重量比数大大高于高压电晕法；低压生产法最低浓 度也再18%以上，最高可达20%；相反高压电晕法最高浓度则为3%。这样低压法是高压法的6倍以上。 2、低压法生产出的臭氧气体中，不含氮氧化合物（Nox），无致癌物质。 3、低压法电解电压仅为3~5V，生产和应用过程中午电力危险。不会产生电磁波和噪声， 与其它精密仪器和仪表共同工作时，不能给其它设备带来干扰。 4、低压法臭氧生产源为纯水，工作时无须使用氧气源及其它空气预处理设备及配套仪器， 操作方便，安全可靠。 5、电极损耗低，可连续工作，有超长的使用寿命，并且可以连续24小时开机工作一年。 该组件拥有超强的使用寿命，数倍于电晕法臭氧发生量，膜电极使用寿命超过10，000小时 6、该设备工作时不受工作环境和温度影响，抗适度能力高达90%，特别适合于环境潮湿的 制水车间。 7、纯水自循环冷却，无因设备连续工作而产生的高温事故隐患。 8、该设备所产生的臭氧浓度高，产生的臭氧完全混合与水中同等值臭氧量，应用效果好。
纯水消耗量：6ml / gO3 工作温度：4~35 ℃工作湿度：<90% 四、臭氧发生器的应用领域及技术优势 臭氧水处理设备广泛应用于医药用水、纯净水、矿泉水、二次加压供水、自来水、游泳池水、食品饮料行业用水灭菌、消毒，在制药、食品行业结合反渗透装置完全可以达到医药、食品纯水的要求。也可用于制取好臭氧水对输液、输料管道、反应罐、贮罐、密闭容器、过滤系统及其他各类物体表面进行灭菌、消毒。 产品的性能与特点： 本机采用新型PEM膜电极低压直流电解纯水的方式产生臭氧，比较常规电晕法发生器的制取方式，有以下优点： 1.所产生的臭氧气体浓度高，重量比数倍于电晕法臭氧发生器，最高可达到20％ 2.所产生的臭氧气体中，不含氮氧化合物（Nox），无致癌物质。 3.工作时抗环境湿度影响高达85％，即使在潮湿的环境下工作下，也能稳定地保持臭氧产量。 4.由于使用直流低电压电解方式，工作时不会产生电磁波和噪音，与其它精密仪器共同工作时，不会造成干扰。 5.因所产生的臭氧浓度高，投入水中同等值的臭氧量，用本方式可达到较高的水中剩余臭氧浓度，即可对饮用水进行彻底灭菌与消毒，并可制出高浓度的臭氧水（消毒剂） 6.拥有超强的使用寿命，数倍于电晕法臭氧发生量，膜电极使用寿命超过10，000小时
硬件电路设计基础知识 Document serial number【LGGKGB-LGG98YT-LGGT8CB-LGUT-
硬件电子电路基础
第一章半导体器件 §1-1 半导体基础知识一、什么是半导体
半导体就是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。（导电能力即电导率）（如：硅Si 锗Ge等＋4价元素以及化合物） 二、半导体的导电特性 本征半导体――纯净、晶体结构完整的半导体称为本征半导体。 硅和锗的共价键结构。（略） 1、半导体的导电率会在外界因素作用下发生变化 掺杂──管子 温度──热敏元件 光照──光敏元件等 2、半导体中的两种载流子──自由电子和空穴 自由电子──受束缚的电子（－） 空穴──电子跳走以后留下的坑（＋） 三、杂质半导体──N型、P型 （前讲）掺杂可以显着地改变半导体的导电特性，从而制造出杂质半导体。 N型半导体（自由电子多） 掺杂为＋5价元素。如：磷；砷 P──＋5价使自由电子大大增加 原理： Si──＋4价 P与Si形成共价键后多余了一个电子。 载流子组成：
o本征激发的空穴和自由电子──数量少。 o掺杂后由P提供的自由电子──数量多。 o空穴──少子 o自由电子──多子 P型半导体（空穴多） 掺杂为＋3价元素。如：硼；铝使空穴大大增加 原理： Si──＋4价 B与Si形成共价键后多余了一个空穴。 B──＋3价 载流子组成： o本征激发的空穴和自由电子──数量少。 o掺杂后由B提供的空穴──数量多。 o空穴──多子 o自由电子──少子 结论：N型半导体中的多数载流子为自由电子； P型半导体中的多数载流子为空穴。 §1-2 PN结 一、PN结的基本原理 1、什么是PN结 将一块P型半导体和一块N型半导体紧密第结合在一起时，交界面两侧的那部分区域。
臭氧发生器 使用说明书
山东环科环境科技有限公司 尊敬的用户： 非常感谢您选用我公司生产的臭氧发生器系列产品。在您使用本产品之前，请仔细阅读本使用说明书。 本说明书中描述的产品只适合经过培训合格的工作人员使用。 本产品的调整、修理和维护必须由厂商指定的授权人员进行。 为了正确、安全地使用本产品，请您务必按本说明书地描述进行操作。 我们建议保持产品卷标完整。 我们建议不要拆卸本产品。 我们不对由于使用产品不当造成的损伤或伤害承担任何责任。 我们改进产品性能或修改使用说明书内容时，恕不另行通知。 如果需要最新的产品或资料，请及时与经销商或我公司联系，
我们会尽量提供最新产品信息和资料，如果发现说明书中出现任何错误，请及时和我们取得联系，我们表示非常感谢。 未经我公司许可，严禁拷贝和仿制本说明书的全部或部分内容，违者必究。 本说明书内容包括臭氧臭氧发生器构造说明、功能介绍、接线方式、型号介绍、应用范围、操作说明及注意事项等内容，使用前请详细阅读。 目录 1、臭氧概述----------------------------------1 2、产品分类----------------------------------1 3、产品型号----------------------------------4 4、产品结构----------------------------------5 5、配套设备----------------------------------6 6、操作说明----------------------------------7 7、维护保养----------------------------------8
硬件电路原理图设计审核思路和方法 1、详细理解设计需求，从需求中整理出电路功能模块和性能指标要 求； 2、根据功能和性能需求制定总体设计方案，对CPU进行选型，CPU 选型有以下几点要求： a）性价比高； b）容易开发：体现在硬件调试工具种类多，参考设计多，软件资源丰富，成功案例多； c）可扩展性好； 3、针对已经选定的CPU芯片，选择一个与我们需求比较接近的成功 参考设计，一般CPU生产商或他们的合作方都会对每款CPU芯片做若干开发板进行验证，比如440EP就有yosemite开发板和 bamboo开发板，我们参考得是yosemite开发板，厂家最后公开给用户的参考设计图虽说不是产品级的东西，也应该是经过严格验证的，否则也会影响到他们的芯片推广应用，纵然参考设计的外围电路有可推敲的地方，CPU本身的管脚连接使用方法也绝对是值得我们信赖的，当然如果万一出现多个参考设计某些管脚连接方式不同，可以细读CPU芯片手册和勘误表，或者找厂商确认；另外在设计之前，最好我们能外借或者购买一块选定的参考板进行软件验证，如果没问题那么硬件参考设计也是可以信赖的；但要注意一点，现在很多CPU 都有若干种启动模式，我们要选一种最适合的启动模式，或者做成兼容设计；
4、根据需求对外设功能模块进行元器件选型，元器件选型应该遵守 以下原则： a）普遍性原则：所选的元器件要被广泛使用验证过的尽量少使用冷偏芯片，减少风险； b）高性价比原则：在功能、性能、使用率都相近的情况下，尽量选择价格比较好的元器件，减少成本； c）采购方便原则：尽量选择容易买到，供货周期短的元器件； d）持续发展原则：尽量选择在可预见的时间内不会停产的元器件；e）可替代原则：尽量选择pin to pin兼容种类比较多的元器件；f）向上兼容原则：尽量选择以前老产品用过的元器件； g）资源节约原则：尽量用上元器件的全部功能和管脚； 5、对选定的CPU参考设计原理图外围电路进行修改，修改时对于每 个功能模块都要找至少3个相同外围芯片的成功参考设计，如果找到的参考设计连接方法都是完全一样的，那么基本可以放心参照设计，但即使只有一个参考设计与其他的不一样，也不能简单地少数服从多数，而是要细读芯片数据手册，深入理解那些管脚含义，多方讨论，联系芯片厂技术支持，最终确定科学、正确的连接方式，如果仍有疑义，可以做兼容设计；这是整个原理图设计过程中最关键的部分，我们必须做到以下几点： a）对于每个功能模块要尽量找到更多的成功参考设计，越难的应该越多，成功参考设计是“前人”的经验和财富，我们理当借鉴吸收，站在“前人”的肩膀上，也就提高了自己的起点；
模拟电路设计基础知识(笔试时候容易遇到的 题目) 1、最基本的如三极管曲线特性(太低极了点) 2、基本放大电路，种类，优缺点，特别是广泛采用差分结构的原因 3、反馈之类，如：负反馈的优点（带宽变大） 4、频率响应，如：怎么才算是稳定的，如何改变频响曲线的几个方法 5、锁相环电路组成，振荡器（比如用D触发器如何搭） 6、A/D电路组成,工作原理如果公司做高频电子的，可能还要RF知识，调频，鉴频鉴相之类，不一一列举太底层的MOS管物理特性感觉一般不大会作为笔试面试题，因为全是微电子物理，公式推导太罗索，除非面试出题的是个老学究 ic设计的话需要熟悉的软件adence, Synopsys, Advant，UNIX当然也要大概会操作实际工作所需要的一些技术知识(面试容易问到) 如电路的低功耗，稳定，高速如何做到，调运放，布版图注意的地方等等,一般会针对简历上你所写做过的东西具体问，肯定会问得很细（所以别把什么都写上，精通之类的词也别用太多了），这个东西各个人就不一样了，不好说什么了。 2、数字电路设计当然必问Verilog/VHDL，如设计计数器逻辑方面数字电路的卡诺图化简，时序（同步异步差异），触发器有几种（区别，优点），全加器等等比如：设计一个自动售货
机系统，卖soda水的，只能投进三种硬币，要正确的找回钱数1、画出fsm（有限状态机）2、用verilog编程，语法要符合fpga设计的要求系统方面：如果简历上还说做过cpu之类，就会问到诸如cpu如何工作，流水线之类的问题3、单片机、DSP、FPG A、嵌入式方面（从没碰过，就大概知道几个名字胡扯几句，欢迎拍砖，也欢迎牛人帮忙补充）如单片机中断几个/类型，编中断程序注意什么问题 DSP的结构（冯、诺伊曼结构吗？）嵌入式处理器类型(如ARM)，操作系统种类 （Vxworks,ucos,winCE,linux），操作系统方面偏CS方向了，在CS篇里面讲了4、信号系统基础拉氏变换与Z变换公式等类似东西，随便翻翻书把如、h(n)=-a*h(n-1)+b*δ(n) a、求h(n)的z变换 b、问该系统是否为稳定系统 c、写出F IR数字滤波器的差分方程以往各种笔试题举例利用4选1实现F(x,y,z)=xz+yz 用mos管搭出一个二输入与非门。 用传输门和倒向器搭一个边沿触发器用运算放大器组成一个10倍的放大器微波电路的匹配电阻。 名词解释，无聊的外文缩写罢了，比如PCI、EC C、DDR、interrupt、pipeline IRQ,BIOS,USB,VHDL,VLSI VCO(压控振荡器) RAM (动态随机存储器)，FIR IIR DFT(离散傅立叶变换） 或者是中文的，比如 a量化误差 b、直方图 c、白平衡共同的注
RS48硬件电路设计中需注意的问题 1 问题的提出 在工业控制及测量领域较为常用的网络之一就是物理层采用RS-485通信接口所组成的工控设备网络。这种通信接口可以十分方便地将许多设备组成一个控制网络。从目前解决单片机之间中长距离通信的诸多方案分析来看，RS-485总线通信模式由于具有结构简单、价格低廉、通信距离和数据传输速率适当等特点而被广泛应用于仪器仪表、智能化传感器集散控制、楼宇控制、监控报警等领域。但RS485总线存在自适应、自保护功能脆弱等缺点，如不注意一些细节的处理，常出现通信失败甚至系统瘫痪等故障，因此提高RS-485总线运行可靠性至关重要。 2 硬件电路设计中需注意的问题 图1 RS485通信接口原理 2.1 电路基本原理 某节点的硬件电路设计如图1所示，在该电路中，使用了一种RS-485接口芯片SN75LBC184，它采用单一电源Vcc，电压在＋3～＋5.5 V范围内都能正常工作。与普通的RS-485芯片相比，它不但能抗雷电的冲击而且能承受高达8 k V的静电放电冲击，片内集成4个瞬时过压保护管，可承受高达400 V的瞬态脉冲电压。因此，它能显著提高防止雷电损坏器件的可靠性。对一些环境比较恶劣的现场，可直接与传输线相接而不需要任何外加保护元件。该芯片还有一个独特的设计，当输入端开路时，其输出为高电平，这样可保证接收器输入端电缆有开路故障时，不影响系统的正常工作。另外，它的输入阻抗为RS485标准输入阻抗的2倍（≥24 kΩ），故可以在总线上连接64个收发器。芯片内部设计了限斜率驱动，使输出信号边沿不会过陡，使传输线上不会产生过多的高频分量，从而有效扼制电磁干扰。在图1中，四位一体的光电耦合器TLP521让单片机与S N75LBC184之间完全没有了电的联系，提高了工作的可靠性。基本原理为：当单片机P1.6=0时，光电耦合器的发光二极管发光，光敏三极管导通，输出高电压（＋5 V），选中RS485接口芯片的DE端，允许发送。当单片机P1.6=1时，光电耦合器的发光二极管不发光，光敏三极管不导通，输出低电压（0 V），选
硬件电路板设计规范 制定此《规范》的目的和出发点是为了培养硬件开发人员严谨、务实的工作作风和严肃、认真的工作态度，增强硬件开发人员的责任感和使命感，提高工作效率和开发成功率，保证产品质量。 1、深入理解设计需求，从需求中整理出电路功能模块和性能指标要求； 2、根据功能和性能需求制定总体设计方案，对CPU等主芯片进行选型，CPU 选型有以下几点要求： 1）容易采购，性价比高； 2）容易开发：体现在硬件调试工具种类多，参考设计多，软件资源丰富，成功案例多； 3）可扩展性好； 3、针对已经选定的CPU芯片，选择一个与我们需求比较接近的成功参考设计。 一般CPU生产商或他们的合作方都会对每款CPU芯片做若干开发板进行验证，厂家最后公开给用户的参考设计图虽说不是产品级的东西，也应该是经过严格验证的，否则也会影响到他们的芯片推广应用，纵然参考设计的外围电路有可推敲的地方，CPU本身的管脚连接使用方法也绝对是值得我们信赖的，当然如果万一出现多个参考设计某些管脚连接方式不同，可以细读CPU芯片手册和勘误表，或者找厂商确认；另外在设计之前，最好我们能外借或者购买一块选定的参考板进
行软件验证，如果没问题那么硬件参考设计也是可以信赖的；但要注意一点，现在很多CPU都有若干种启动模式，我们要选一种最适合的启动模式，或者做成兼容设计； 4、根据需求对外设功能模块进行元器件选型，元器件选型应该遵守以下原则： 1）普遍性原则：所选的元器件要被广泛使用验证过的尽量少使用冷、偏芯片，减少风险； 2）高性价比原则：在功能、性能、使用率都相近的情况下，尽量选择价格比较好的元器件，减少成本； 3）采购方便原则：尽量选择容易买到，供货周期短的元器件； 4）持续发展原则：尽量选择在可预见的时间内不会停产的元器件； 5）可替代原则：尽量选择pin to pin兼容种类比较多的元器件； 6）向上兼容原则：尽量选择以前老产品用过的元器件； 7）资源节约原则：尽量用上元器件的全部功能和管脚； 5、对选定的CPU参考设计原理图外围电路进行修改，修改时对于每个功能模块都要找至少3个相同外围芯片的成功参考设计，如果找到的参考设计连接方法都是完全一样的，那么基本可以放心参照设计，但即使只有一个参考设计与其他的不一样，也不能简单地少数服从多数，而是要细读芯片数据手册，深入理解那些管脚含义，多方讨论，联系芯片厂技术支持，最终确定科学、正确的连接方式，如果仍有疑义，可以做兼容设计；当然，如果所采用的成功参考设计已经是
硬件电子电路基础关于本课程 § 4—2乙类功率放大电路 § 4—3丙类功率放大电路 § 4—4丙类谐振倍频电路 第五章正弦波振荡器 § 5—1反馈型正弦波振荡器的工作原理 § 5— 2 LC正弦波振荡电路 § 5— 3 LC振荡器的频率稳定度 § 5—4石英晶体振荡器 § 5— 5 RC正弦波振荡器
第一章半导体器件 §1半导体基础知识 §1PN 结 §-1二极管 §1晶体三极管 §1场效应管 §1半导体基础知识 、什么是半导体半导体就是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。（导电能力即电导率）（如：硅Si锗Ge等+ 4价元素以及化合物） 、半导体的导电特性本征半导体一一纯净、晶体结构完整的半导体称为本征半导体。 硅和锗的共价键结构。（略）
1、半导体的导电率会在外界因素作用下发生变化 ?掺杂一一管子 *温度--- 热敏元件 ?光照——光敏元件等 2、半导体中的两种载流子一一自由电子和空穴 ?自由电子——受束缚的电子（一） ?空穴——电子跳走以后留下的坑（+ ） 三、杂质半导体——N型、P型 （前讲）掺杂可以显著地改变半导体的导电特性，从而制造出杂质半导体。 *N型半导体（自由电子多） 掺杂为+ 5价元素。女口：磷；砷P—+ 5价使自由电子大大增加原理：Si—+ 4价P与Si形成共价键后多余了一个电子。 载流子组成： o本征激发的空穴和自由电子——数量少。 o掺杂后由P提供的自由电子——数量多。 o 空穴——少子 o 自由电子------ 多子 ?P型半导体（空穴多） 掺杂为+ 3价元素。女口：硼；铝使空穴大大增加 原理：Si—+ 4价B与Si形成共价键后多余了一个空穴。 B——+ 3价 载流子组成： o本征激发的空穴和自由电子数量少。 o掺杂后由B提供的空穴——数量多。 o 空穴——多子 o 自由电子——少子