【正文】 相應的敏感薄膜，各單元膜電阻在一定的工作溫度下能對特定氣體濃度的變化產(chǎn)生程度不同的變化。 3 圖 21 甲烷檢測系統(tǒng)的組成原理圖 低功耗傳感器陣列的制備技術 : 采用由 MEMS 工藝制造的微結構金屬氧化物氣體傳感器陣列作為檢測系統(tǒng)的氣體敏感元件。檢測系統(tǒng)進行 氣體檢測的工作步驟是，單片機控制抽氣泵將待檢測的氣體抽入氣室，同時采集氣體傳感器陣列的響應信號，并進行轉換，儲存在數(shù)據(jù)存儲器中，然后單片機從保存的數(shù)據(jù)中提取特征值，由識別網(wǎng)絡進行氣體識別，并將結果輸出到 LCD 顯示屏幕上。本文要介紹該檢測系統(tǒng)的工作原理和設計，著重于低功耗電路的設計。本文所討論基于 單片機 的高靈敏度甲烷檢 測系統(tǒng)是以微結構金屬氧化物氣體傳感器陣列為敏感元件，結合模式識別技術進行甲烷氣體檢測的便攜式系統(tǒng)。以小型化的電子 系統(tǒng)為基礎的甲烷氣體檢測系統(tǒng)，在設計上應考慮減小系統(tǒng)的體積、簡化氣體的進樣裝置和改進電路以滿足 低功耗 要求等問題；另外便攜式檢測系統(tǒng)的操作者通常情況下是現(xiàn)場人員，屬于非專業(yè)人員，系統(tǒng)的操作不能復雜，因此對于系統(tǒng)的人機交互功能在設計上也應得到重視。新型 甲烷 氣體檢測系統(tǒng)應具有智能化的特點，能在一定其他氣體干擾的情況 提 下工作，可以采用電 子鼻。 1 畢 業(yè) 設 計（論 文） 外 文 文 獻 譯 文 及 原 文 學 生： 學 號： 院 （系）： 專 業(yè)： 電子信息工程 指導教師： 2021 年 6 月 14 日 2 基于單片機的低功耗甲烷檢測系統(tǒng)設計 技術分類： 測試與測量 | 20210508 來源：微計算機信息 | 鄭耀添 1 引言 氣體 檢測系統(tǒng) 表是工礦企業(yè)、社會公用事業(yè)、環(huán)境保護等領域必備的安全裝備。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在可測氣體種類、測量范圍、精度、穩(wěn)定性、壽命等主要技術指標方面均有明顯提高，隨著大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，儀表向微型化、多參數(shù) 組合與智能化方向發(fā)展。系統(tǒng)的結構，通過模式識別方法辨識甲烷氣體。 傳統(tǒng)的基于金屬氧化物氣體傳感器存在氣體選擇性不高、抗干擾性差的問題，采用單個傳感器的檢測系統(tǒng)在檢測中如果有其它氣體干擾，容易出現(xiàn)相似的響應而出現(xiàn)誤判。整個系統(tǒng)由四單元傳感器陣列器件、氣體進樣裝置及高速單片機為核心的信號處理電路組成，具有體積小、準確度高、抗干擾能力強等優(yōu)良性能。 2 檢測系統(tǒng)基本結構 由細導管、微型抽氣泵和小氣室組成的氣體進樣部分，以單片機為核心的控制、信號采集處理電路以及顯示、鍵盤、 PC 接口電路，還有在 PC 機上運行的用于人工神經(jīng)網(wǎng)絡訓練的應用軟件，如圖 21 所示。針對便攜式系統(tǒng)的特點，檢測系統(tǒng)設計了具有較小的體積、較低功耗的處理電路。微結構金屬氧化物氣體傳感器陣列的特點在引言中有討論。傳感器單元敏感薄膜的 膜電阻變化能迅速的反映氣室中氣體組分和濃度的變化情況，將其轉變?yōu)殡妷盒盘柡?，可由單片機通過 A/D 電路采集量化為可以進行模式識別的數(shù)據(jù)。 3 檢測系統(tǒng)電路 Cygnal C805lF020 單片機介紹 4 圖 31 甲烷檢測系統(tǒng)電路框圖 內(nèi)置 A/D 電路的 Cygnal C805lF020 是采用 8052 內(nèi)核的 8 位單片機 1201，屬于高速混合信號系統(tǒng)級芯片。圖 31 是檢測系統(tǒng)電路的組成原理框圖。 電路設計 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。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。 IDT71V124SA 是低功耗 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(jù)。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(jù)的讀取時要釋放片選控制信號以降低功耗。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。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。目前 USB 標準已經(jīng)得到了普及，因此選擇采用 USB 通訊方式。檢測系統(tǒng)電路中使用的 USB 接口芯片是支持 協(xié)議的 Philips 公司的 PDUSBDI2 芯片。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。 5 圖 3 2 PDUSBDI2 的接口電路原理圖 系統(tǒng)電源管理電路 最后還需考慮電源的選擇。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 的工作電壓，這就需要在電路中設計 的電壓轉換電路。在降 低功耗 方面，在系統(tǒng)設計中均選用了 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。電源是采用 4 節(jié)鎳氫充電電池串連，經(jīng)過調試，每路加熱電壓驅動電路可以輸出最高 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，滿足了設計中的低功耗目標。 5 甲烷檢測系統(tǒng)軟件設計 檢測系統(tǒng)電路調試通過后，需要結合識別軟件才能進行氣體的檢測。 由于單片機具有完整的內(nèi)核，與指令完全兼容，可采用標準的 805x 編譯器進行軟件開發(fā)。 圖 51 檢測系統(tǒng)單片機程序模塊圖 從圖 51 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。 本文作者創(chuàng)新點 本文設計的基于單片機的低功耗高靈敏度甲烷檢測系統(tǒng)采用集成的 微型傳感器陣列提取陣列單元交叉響應信號。 參考文獻 : [1] 師寶山 . 基于 AT89S51的多參數(shù)氣體檢測儀的研制 [J]. 微計算機信息 , 2021,.: 190191 [2] 沙占友 .智能傳感器系統(tǒng)設計及應用 [M].北京：電子工業(yè)出版社， 2021. [3] 劉長春 ,崔大付 .電化學傳感器及其在芯片實驗室中的應用 [J].傳感器技術 . [4] 何 立明 .單片機應用系統(tǒng)設計 [M].北京：北京航空航天大學出版社， 1996. 7 Based on MCU39。 other portable detection system Under normal circumstances the operator is the scene, a nonprofessional staff, the operating system can not be plex, the system functions in the humanputer interaction design should also receive attention. The traditional metal oxide gas sensors based on t