基于單片機的低功耗甲烷檢測系統(tǒng)設計方案

3.2電路設計

　　3.2.1 信號采集、控制電路

　　首先陣列各單元的工作溫度需要由加熱電壓進行調節(jié)，以保證在較好的響應特性。C8051F020的一路12位D/A通過模擬開關4052選通循環(huán)輸出傳感器陣列各單元所需的加熱電壓，并直接通過高電流輸出運放芯片MAX4069驅動輸出到各單元，減少了功率輸出電路。在傳感器陣列各單元加熱到工作溫度并穩(wěn)定后，由單片機通過氣泵控制電路控制微型氣泵抽入待檢測的氣體。傳感器陣列和系統(tǒng)電路的信號采集接口電路與前一章中的數(shù)據采集電路類似，只是信號隔離跟隨電路中采用的是單電源低功耗運放OP491，四路傳感器單元的響應信號由單片機內的A/D定時采集，采集到的數(shù)據存儲在SRAM芯片IDT71V124SA中。

　　IDT71V124SA是低功耗3.3V工作電壓靜態(tài)CMOS隨機存儲器芯片，能保存128K字節(jié)的數(shù)據。它作為單片機的擴展數(shù)據單元，大大彌補了單片機RAM空間的不足。但是該器件在進行讀寫操作時需要100mA的電流，而在非片選狀態(tài)僅為l0mA，因此從降低功耗考慮，在單片機不進行數(shù)據的讀取時要釋放片選控制信號以降低功耗。

　　3.2.2 輸入輸出接口電路

　　其次，良好的顯示、操作界面是便攜系統(tǒng)所必需的。本系統(tǒng)中采用具有122X 32分辨率的圖形點陣液晶模塊HS12232作為顯示屏幕，顯示提示和處理結果。顯示界面設計成多層選擇菜單的模式，主菜單中有甲烷檢測、傳感器工作電壓設置，采樣數(shù)據上傳和識別網絡更新等選項，通過鍵盤輸入進行菜單選擇的方式進行各種操作。同時由單片機的另一路D/A輸出提示音信號，驅動蜂鳴器發(fā)出提示音。

　　根據檢測系統(tǒng)的設計要求，方便靈活地與計算機通信也是很重要的。目前USB標準已經得到了普及，因此選擇采用USB通訊方式。USB是一種通用串行總線，具有使用可靠、即插即用和成本低廉的特點。檢測系統(tǒng)電路中使用的USB接口芯片是支持USB1.1協(xié)議的Philips公司的PDUSBDI2芯片。單片機通過并行I/O口向PDIUSBD 12發(fā)命令和數(shù)據以實現(xiàn)對USB接口讀寫，由于在本系統(tǒng)中數(shù)據量傳輸不是很大，采用的是中斷方式非同步傳輸。在USB協(xié)議中，USB總線分有主機和設備兩部分，計算機上的USB控制器是主機器件，PDIUSBD 12是設備器件。圖3是PDIUSBDI2與單片機的接口圖。

　　圖3 PDUSBDI2的接口電路原理圖