基于单片机的低功耗甲烷检测系统设计方案

3.2电路设计

　　3.2.1 信号采集、控制电路

　　首先阵列各单元的工作温度需要由加热电压进行调节，以保证在较好的响应特性。C8051F020的一路12位D/A通过模拟开关4052选通循环输出传感器阵列各单元所需的加热电压，并直接通过高电流输出运放芯片MAX4069驱动输出到各单元，减少了功率输出电路。在传感器阵列各单元加热到工作温度并稳定后，由单片机通过气泵控制电路控制微型气泵抽入待检测的气体。传感器阵列和系统电路的信号采集接口电路与前一章中的数据采集电路类似，只是信号隔离跟随电路中采用的是单电源低功耗运放OP491，四路传感器单元的响应信号由单片机内的A/D定时采集，采集到的数据存储在SRAM芯片IDT71V124SA中。

　　IDT71V124SA是低功耗3.3V工作电压静态CMOS随机存储器芯片，能保存128K字节的数据。它作为单片机的扩展数据单元，大大弥补了单片机RAM空间的不足。但是该器件在进行读写操作时需要100mA的电流，而在非片选状态仅为l0mA，因此从降低功耗考虑，在单片机不进行数据的读取时要释放片选控制信号以降低功耗。

　　3.2.2 输入输出接口电路

　　其次，良好的显示、操作界面是便携系统所必需的。本系统中采用具有122X 32分辨率的图形点阵液晶模块HS12232作为显示屏幕，显示提示和处理结果。显示界面设计成多层选择菜单的模式，主菜单中有甲烷检测、传感器工作电压设置，采样数据上传和识别网络更新等选项，通过键盘输入进行菜单选择的方式进行各种操作。同时由单片机的另一路D/A输出提示音信号，驱动蜂鸣器发出提示音。

　　根据检测系统的设计要求，方便灵活地与计算机通信也是很重要的。目前USB标准已经得到了普及，因此选择采用USB通讯方式。USB是一种通用串行总线，具有使用可靠、即插即用和成本低廉的特点。检测系统电路中使用的USB接口芯片是支持USB1.1协议的Philips公司的PDUSBDI2芯片。单片机通过并行I/O口向PDIUSBD 12发命令和数据以实现对USB接口读写，由于在本系统中数据量传输不是很大，采用的是中断方式非同步传输。在USB协议中，USB总线分有主机和设备两部分，计算机上的USB控制器是主机器件，PDIUSBD 12是设备器件。图3是PDIUSBDI2与单片机的接口图。

　　图3 PDUSBDI2的接口电路原理图