基于51單片機的低功耗甲烷檢測系統(tǒng)設(shè)計方案

　　3.2.3 系統(tǒng)電源管理電路

　　最后還需考慮電源的選擇。作為便攜式系統(tǒng)，甲烷檢測系統(tǒng)的電源供電方式是電池供電，供電電壓約在5V。而電路中的有的器件工作在較低的電壓下，如單片機、SRAM和USB芯片等是3.3V的工作電壓，這就需要在電路中設(shè)計5V-3.3V的電壓轉(zhuǎn)換電路。通過對比，采用DC-DC器件LM2S74進行電壓轉(zhuǎn)換(圖4)，將5V供電電壓轉(zhuǎn)換為3.3V，即可以滿足低電壓器件的工作要求，減少了額外的功耗，而且通過設(shè)計合理的濾波電路，還獲得了較好的穩(wěn)壓線性輸出。在降低功耗方面，在系統(tǒng)設(shè)計中均選用了CMOS器件、低功率表貼元器件，不僅使得系統(tǒng)體積較小，而且電路功耗也得到降低:此外在軟件設(shè)計上，系統(tǒng)使用了等待和掉電的節(jié)電運行機制，而有的器件是帶Shutdown功能的，可以在空閑的時候進入省電模式，進一步降低了功耗。

　　圖4 電源電壓轉(zhuǎn)換電路

　4 檢測系統(tǒng)電路調(diào)試

　　在確定了系統(tǒng)電路硬件總體和各部分的設(shè)計方案后，制作了實驗電路板，對電路進行了初步的調(diào)試。電源是采用4節(jié)鎳氫充電電池串連，經(jīng)過調(diào)試，每路加熱電壓驅(qū)動電路可以輸出最高4.5V的電壓，在對傳感器進行加熱的情況下，同時進行數(shù)據(jù)的采集保存，總電流可以控制在250mA以內(nèi)，其中單片機電路部分約120mA，傳感器陣列加熱電流不高于80mA，抽氣泵工作電路低于50mA，滿足了設(shè)計中的低功耗目標(biāo)。檢測系統(tǒng)硬件電路調(diào)試完成后，通過編寫單片機程序和計算機應(yīng)用程序，可以在檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)氣體識別等功能。

　　5 甲烷檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　檢測系統(tǒng)電路調(diào)試通過后，需要結(jié)合識別軟件才能進行氣體的檢測。本文主要在軟件設(shè)計方面進行研究，提出了適合單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)識別算法，在單片機軟件和PC機軟件兩個方面進行了網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練等的討論，同時對系統(tǒng)的其它功能程序也做了說明。

　　由于C8051系列單片機具有完整的8052內(nèi)核，與MCS-51指令完全兼容，可采用標(biāo)準(zhǔn)的805x編譯器進行軟件開發(fā)。在本檢測系統(tǒng)的單片機軟件設(shè)計中，采用了Cygnal C51IDE的開發(fā)環(huán)境，通過電路中預(yù)留的JTAG接口調(diào)試程序，依據(jù)檢測系統(tǒng)的不同功能的需要，采用模塊化的設(shè)計，將程序分成幾個主要的功能模塊，圖5是單片機程序的模塊圖。

　　圖5 檢測系統(tǒng)單片機程序模塊圖

　　從圖5中可以看到，單片機的主程序在經(jīng)過系統(tǒng)初始化后進入主菜單界面，將等待鍵盤的輸入操作。當(dāng)檢測到有按鍵輸入時，讀出鍵值并判斷出需要進行的操作，而后調(diào)用相應(yīng)的子程序模塊。