2022年2022年基于单片机的低功耗甲烷检测系统设计大学毕业论文外文文献翻译及原文 .pdf

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1、1 毕 业 设 计（论文）外 文 文 献 翻 译文献、资料中文题目： 基于单片机的低功耗甲烷检测系统设计文献、资料英文题目：文献、资料来源：文献、资料发表（出版）日期：院 （部）：专业：电子信息工程班级：姓名：学号：指导教师：翻译日期： 2017.02.14 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - 2 毕 业 设 计（论 文）外 文 文 献 译 文 及 原 文院 （系） ： 职业技术学院专业： 电子信息工程基于单片机的低

2、功耗甲烷检测系统设计技术分类：测试与测量| 2008-05-08 来源：微计算机信息| 郑耀添1 引言名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - 3 气体检测系统表是工矿企业、社会公用事业、环境保护等领域必备的安全装备。经过几十年的发展，在可测气体种类、测量范围、精度、稳定性、寿命等主要技术指标方面均有明显提高，随着大规模集成电路技术的发展，仪表向微型化、多参数组合与智能化方向发展。 新型甲烷气体检测系统应具有智能化的特点，

3、能在一定其他气体干扰的情况提下工作，可以采用电子鼻。系统的结构，通过模式识别方法辨识甲烷气体。以小型化的电子系统为基础的甲烷气体检测系统，在设计上应考虑减小系统的体积、简化气体的进样装置和改进电路以满足低功耗要求等问题；另外便携式检测系统的操作者通常情况下是现场人员，属于非专业人员，系统的操作不能复杂， 因此对于系统的人机交互功能在设计上也应得到重视。传统的基于金属氧化物气体传感器存在气体选择性不高、抗干扰性差的问题， 采用单个传感器的检测系统在检测中如果有其它气体干扰，容易出现相似的响应而出现误判。 本文所讨论基于单片机的高灵敏度甲烷检测系统是以微结构金属氧化物气体传感器阵列为敏感元件， 结

4、合模式识别技术进行甲烷气体检测的便携式系统。整个系统由四单元传感器阵列器件、 气体进样装置及高速单片机为核心的信号处理电路组成，具有体积小、准确度高、抗干扰能力强等优良性能。本文要介绍该检测系统的工作原理和设计，着重于低功耗电路的设计。2 检测系统基本结构由细导管、微型抽气泵和小气室组成的气体进样部分，以单片机为核心的控制、信号采集处理电路以及显示、键盘、PC接口电路，还有在PC 机上运行的用于人工神经网络训练的应用软件，如图2-1 所示。检测系统进行气体检测的工作步骤是，单片机控制抽气泵将待检测的气体抽入气室， 同时采集气体传感器阵列的响应信号， 并进行转换，储存在数据存储器中， 然后单片机

5、从保存的数据中提取特征值，由识别网络进行气体识别，并将结果输出到LCD 显示屏幕上。针对便携式系统的特点，检测系统设计了具有较小的体积、较低功耗的处理电路。图 2-1 甲烷检测系统的组成原理图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - 4 低功耗传感器阵列的制备技术: 采用由 MEMS 工艺制造的微结构金属氧化物气体传感器阵列作为检测系统的气体敏感元件。微结构金属氧化物气体传感器阵列的特点在引言中有讨论。选用的阵列器件体积小

6、， 器件面积 3 X 3 mm2， 在同一膜片中集成了2X2个传感器单元， 每个单元的工作功耗小于50mW，并用掩模溅射的方法在每个单元镀上相应的敏感薄膜， 各单元膜电阻在一定的工作温度下能对特定气体浓度的变化产生程度不同的变化。传感器单元敏感薄膜的膜电阻变化能迅速的反映气室中气体组分和浓度的变化情况，将其转变为电压信号后，可由单片机通过A/D 电路采集量化为可以进行模式识别的数据。此外由于便携式系统采用电池供电，对设备各部分电路的功耗要求较严格，因而在电路中采用低工作电压、 低功耗的元器件， 并且优化设计了电源管理功能，保证在电池供电的情况下能工作较长时间。3 检测系统电路3.1 Cygna

7、l C805lF020 单片机介绍图 3-1 甲烷检测系统电路框图内置 A/D 电路的 Cygnal C805lF020是采用 8052 内核的 8位单片机 1201， 属于高速混合信号系统级芯片。 它能很好的满足甲烷检测系统的设计要求，所以系统采用它作为处理控制核心。图 3-1 是检测系统电路的组成原理框图。下面就电路的各部分功能在下面展开具体的描述。3.2 电路设计3.2.1 信号采集、控制电路名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 6 页 - - - - -

8、 - - - - 5 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

9、 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

10、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

11、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3-2 是 PDIUSBDI2 与单片机的接口图。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - - - - - 6 图 3 -2 PDUSBDI2 的接口电路原理图3.2.3 系统电源管理电路最后还需考虑电源的选择。 作为便携式系统， 甲烷检测系统的电源供电方式是电池供电，供电电压约在 5V。而电路中的

12、有的器件工作在较低的电压下，如单片机、 SRAM和 USB 芯片等是 3.3V 的工作电压，这就需要在电路中设计5V-3.3V 的电压转换电路。通过对比，采用 DC-DC 器件 LM2S74 进行电压转换 (图 4)， 将 5V 供电电压转换为 3.3V，即可以满足低电压器件的工作要求， 减少了额外的功耗， 而且通过设计合理的滤波电路，还获得了较好的稳压线性输出。在降低功耗方面，在系统设计中均选用了CMOS 器件、低功率表贴元器件，不仅使得系统体积较小，而且电路功耗也得到降低:此外在软件设计上，系统使用了等待和掉电的节电运行机制，而有的器件是带Shutdown 功能的，可以在空闲的时候进入省电

13、模式，进一步降低了功耗。4 检测系统电路调试在确定了系统电路硬件总体和各部分的设计方案后，制作了实验电路板， 对电路进行了初步的调试。电源是采用4 节镍氢充电电池串连， 经过调试， 每路加热电压驱动电路可以输出最高4.5V 的电压，在对传感器进行加热的情况下，同时进行数据的采集保存，总电流可以控制在250mA 以内，其中单片机电路部分约120mA，传感器阵列加热电流不高于 80mA，抽气泵工作电路低于50mA，满足了设计中的低功耗目标。检测系统硬件电路调试完成后， 通过编写单片机程序和计算机应用程序，可以在检测系统中实现气体识别等功能。5 甲烷检测系统软件设计检测系统电路调试通过后， 需要结合识别软件才能进行气体的检测。本文主要在软件设计方面进行研究，提出了适合单片机系统的网络识别算法，在单片机软件和PC 机名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - -