基于EFM32TG840F16 MCU的室內甲醛檢測儀設計
甲醛是一種重要的化工原料和有機溶劑,廣泛使用于家庭裝修的材料中。過量甲醛氣體,將誘發(fā)疾病甚至致癌,直接危害著人們的身體健康和生命安全。本檢測儀采用32 位超低功耗EFM32TG840F16 微處理器和高靈敏度甲醛傳感器CH20/S-10,實現(xiàn)甲醛濃度的信號處理和采樣,系統(tǒng)外接通訊接口及必要的擴展功能模塊,構建智能化、多功能的檢測系統(tǒng)。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/193990.htm1 系統(tǒng)硬件設計
甲醛檢測儀硬件主要由單片機主控系統(tǒng)、甲醛傳感器接口、液晶顯示(LCD)、功能鍵盤、數(shù)據存儲、打印和報警輸出等功能模塊構成。系統(tǒng)硬件結構框圖(見圖1)。
圖1: 系統(tǒng)功能框圖
該系統(tǒng)采用32 位EFM32TG840F16 單片機作為主控核心,內嵌16KB Flash 程序存儲器和4KB RAM、多達160 段LCD 驅動器(最大8COM 驅動、支持動畫、閃爍等各種特效)、8 通道/12 位 ADC(支持硬件過采樣)、2 個USART(支持SPIUARTI2S)、1 個LEUART、1 個LESENSE(支持阻、感、容性信號檢測)、3 個運放、硬件加解密AES、2 個12 位DAC 及大量的I/O 端口等,完全滿足本甲醛檢測儀的各項功能需求。該芯片主要特點是:低電壓(1.85 ~ 3.8V)、低功耗( EM2 模式下僅有0.9uA)、 32 位指令、高性能(基于Cortex-M3 內核),具有極低的運行功耗、快速的喚醒時間、功能強大、高抗擾(未用引腳都是和MCU 內部斷開的)、外設可以自主工作(主要得益于DMA 和PRS 外設反射系統(tǒng))以及超節(jié)能(ADC:12bit,1Msps,僅需350uA;Analog Comparator:僅需100nA;LCD:本位功耗0.55uA;LEUART:9600 波特率下僅需150nA;AES:128/256bit 加/解密僅需54/75 個周期)、便于智能化和便攜式等優(yōu)點。而且齊全的配套開發(fā)工具比如開發(fā)板具有電流實時監(jiān)控功能,可以定位代碼位置,便于工程師及時優(yōu)化代碼以節(jié)能!
1.1 甲醛傳感器接口模塊
傳感器接口模塊由CH20/S-10 甲醛傳感器、I/ V 轉換器RCV420 等組成。甲醛傳感器由甲醛探頭和CH20 傳感器構成。當室內甲醛氣體被內部采樣系統(tǒng)吸收后,產生與甲醛濃度成正比的電流值,由于單片機A/D 采樣的是電壓值,而被檢測的是微量的電流值;因而需要將電流值放大并轉換為相應的電壓值。采用集成I/V 轉換器RCV420,將電流值轉換為對應的0 ~ 3.6V 電壓, 送至 EFM32TG840F16 的A/D 轉換接口ADC,實現(xiàn)對濃度信號的檢測。單片機進行運算和處理,將處理結果及范圍進行查表和分段線性化,完成傳感器信號與濃度高低對應。系統(tǒng)中RCV420 具有精密運放和電阻網絡功能,能將4 ~ 20mA 環(huán)路電流轉換為 0 ~ 3.6V 電壓, 在無外部調整的情況下,可用獲得 86dB 的共模抑制比, 具有高性能及抗干擾能力。
1.2 數(shù)據存儲與打印模塊
在EFM32TG840F16 外擴展2KB 的E2PROM(也可用片內flash 模擬EEPROM),通過I2C 總線與EFM32TG840F16 數(shù)據口相連,用于存儲采樣來的甲醛濃度數(shù)據,以備打印機打印。打印機接口電路通過RS-232 串行口直接和微處理器相連,通過采用軟件設定的方式打印出甲醛濃度值。
1.3 鍵盤與顯示模塊
系統(tǒng)外接鍵盤和LCD 顯示設備,實現(xiàn)人機對話功能。鍵盤設置為3×3 陣列鍵盤,設有功能選擇鍵、OK 鍵、報警確認及打印鍵,完成濃度顯示、數(shù)據查詢、打印及開關機功能。微處理器EFM32TG840F16 內含LCD 驅動電路,可驅動160 段的LCD,且超低功耗,特別適合便攜式儀器儀表中使用。用戶通過LCD 顯示,讀取檢測濃度值、打印和設置相關功能等信息。
1.4 其它模塊
本系統(tǒng)的供電電壓為3V,采用兩節(jié)電池供電,也可外接3V 直流電源。系統(tǒng)的時鐘是外置晶振提供。為滿足個性化需要,還增加蜂鳴器報警電路。
2 系統(tǒng)軟件設計
在軟件設計中采用模塊化設計方法,使用嵌入式C 語言編寫,在IAR 編譯環(huán)境中進行。這不僅給程序的調試、修改提供很大方便,而且為今后功能的進一步擴展創(chuàng)造有利條件。
2.1 主程序設計
主程序是系統(tǒng)軟件的核心,它通過調用各子程序便可實現(xiàn)系統(tǒng)功能。系統(tǒng)主程序結構框圖(見圖 2)。
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