基于51單片機(jī)的低功耗甲烷檢測系統(tǒng)設(shè)計方案

3.2電路設(shè)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(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證在較好的響應(yīng)特性。C8051F020的一路12位D/A通過模擬開關(guān)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(yùn)放芯片MAX4069驅(qū)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(jī)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(jù)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(yùn)放OP491，四路傳感器單元的響應(yīng)信號由單片機(jī)內(nèi)的A/D定時采集，采集到的數(shù)據(jù)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(jī)存儲器芯片，能保存128K字節(jié)的數(shù)據(jù)。它作為單片機(jī)的擴(kuò)展數(shù)據(jù)單元，大大彌補(bǔ)了單片機(jī)RAM空間的不足。但是該器件在進(jìn)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(jī)不進(jìn)行數(shù)據(jù)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(jié)果。顯示界面設(shè)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(shè)置，采樣數(shù)據(jù)上傳和識別網(wǎng)絡(luò)更新等選項，通過鍵盤輸入進(jìn)行菜單選擇的方式進(jìn)行各種操作。同時由單片機(jī)的另一路D/A輸出提示音信號，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出提示音。

　　根據(jù)檢測系統(tǒng)的設(shè)計要求，方便靈活地與計算機(jī)通信也是很重要的。目前USB標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)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(jī)通過并行I/O口向PDIUSBD 12發(fā)命令和數(shù)據(jù)以實現(xiàn)對USB接口讀寫，由于在本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)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(jī)和設(shè)備兩部分，計算機(jī)上的USB控制器是主機(jī)器件，PDIUSBD 12是設(shè)備器件。圖3是PDIUSBDI2與單片機(jī)的接口圖。

　　圖3 PDUSBDI2的接口電路原理圖