3. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　3.1. 硬件說(shuō)明

　　使用HY16F184內(nèi)建ADC搭配CCS801 CMOS Sensor做Gas Sensor應(yīng)用電路。 HY16F184的ADC通道模擬腳位會(huì)使用到AIO0/AIO1/AIO2/AIO3。 AIO0與AIO3主要負(fù)責(zé)做流經(jīng)過(guò)RH電阻的RH_Current電流變化量測(cè)量，AIO1與AIO2負(fù)責(zé)做RS電阻的電壓變化量測(cè)量，因?yàn)镽S電阻本身為高阻抗(100k~2M奧姆)，而ADC的輸入阻抗大約只有200k奧姆, 所以在AIO2的輸入腳位部份會(huì)先經(jīng)過(guò)HY16F184內(nèi)建R2ROP做一個(gè)Unit Gain buffer輸出，再由OPOI輸出到ADC當(dāng)作輸入?yún)⒖家_，這樣可以避免量測(cè)訊號(hào)時(shí)負(fù)載效應(yīng)的產(chǎn)生，詳細(xì)關(guān)于AIO1與AIO2的通道設(shè)置，可以參考下圖5。完整硬件線路圖可以參考下圖6。

　　圖5 HY16F184 ADC通道設(shè)置AIO2與AIO1

　　圖6 HY16F184 Gas Sensor硬件線路連接圖(TOP)

　　圖7 HY16F184 Gas Sensor硬件線路連接圖(Bottom)

　　主要組件介紹

　　(1)HY16F184 : 數(shù)據(jù)處理與運(yùn)算核心，主要負(fù)責(zé)執(zhí)行PWM輸出與運(yùn)算CCS801 Gas Sensor的PPM, RS, RH_Current數(shù)據(jù)，并且透過(guò)I2C通訊做數(shù)據(jù)輸出。

　　(2)ADC：HY16F184內(nèi)建之模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，能夠精確的將Gas sensor上的RS與RH_Current訊號(hào)，做模擬數(shù)字電壓訊號(hào)轉(zhuǎn)換。

　　(3)CCS801 Gas Sensor :氣體傳感器，負(fù)責(zé)偵測(cè)環(huán)境中氣體變化量，內(nèi)部的RS電阻值會(huì)隨著氣體中可燃性氣體濃度的不同而產(chǎn)生變化量。

　　(4)NX2301 PMOS : 在此主要當(dāng)作開(kāi)關(guān)使用，由HY16F184的PWM來(lái)做開(kāi)關(guān)控制使用。開(kāi)啟時(shí)候可對(duì)Heater做加熱動(dòng)作，關(guān)閉時(shí)候沒(méi)有電流經(jīng)過(guò)不做加熱動(dòng)作。

　　3.2. 軟件說(shuō)明

　　程序流程圖 :

　　圖8 Gas Sensor程序流程圖

　　4. 數(shù)據(jù)規(guī)格與總結(jié)

　　4.1. 耗電流測(cè)量

　　在CPU頻率設(shè)定為2MHz與工作電壓VDD=3V, VDDA=2.4V, 使用PWM做PMOS開(kāi)關(guān)控制. PWM On的輸出持續(xù)時(shí)間是100ms，此時(shí)為CCS801的加熱時(shí)間，之后PWM Off的時(shí)間為持續(xù)400ms，以500ms為一個(gè)控制周期不斷的循環(huán)控制PMOS，在此情況下所測(cè)得到的耗電流約0.89mA。

　　4.2. ADC Raw Data與I2C通訊格式說(shuō)明

　　I2C Slave Address:0x20

　　I2C Command:0x80

　　S+Addr+0x80+rS+(Addr+1)+CH1Data_L+CH1Data_M+CH1Data_H+CH2Data_L+CH2Data_M+CH2Data_H+CH3Data_L+CH3Data_M+CH3Data_H+CH4Data_L+CH4Data_M+CH4Data_H+P

　　S: Star; Addr: Slave address; rS: repeat start; P: stop.

　　CH1: RS 的ADC RawData經(jīng)過(guò)ccsmox_set_data_iaq計(jì)算后所得PPM

　　CH2: RS端的ADC RawData

　　CH3: RH_Current端的ADC RawData

　　CH4: NC

　　L: ADC Low byte; M: ADC Middle byte; H: ADC High byte;

　　每個(gè)信道數(shù)據(jù)(Chx)共8*3=24bit

　　Bit0，統(tǒng)一為旗標(biāo)，Bit0=0b，代表為舊資料; Bit0=1b，代表為新資料;

　　使用者應(yīng)該在Bit0=1b時(shí)，取得數(shù)據(jù)才有效.

　　Bit23，統(tǒng)一為Sign bit，

　　Bit23=0b，代表正數(shù); Bit23=1b， 代表負(fù)數(shù)

　　4.3. ADC Raw Data數(shù)據(jù)顯示界面介紹

　　掃描Gas Sensor所輸出的ADC Raw Data可透過(guò)I2C接口來(lái)做數(shù)據(jù)的傳輸與讀取，搭配纮康設(shè)計(jì)的I2C轉(zhuǎn)USB的網(wǎng)橋配合PC端的GUI，可以做為實(shí)時(shí)的ADC Raw Data數(shù)據(jù)顯示。詳細(xì)數(shù)據(jù)畫(huà)面顯示GUI操作說(shuō)明，可以參考如下 :

　　1.Connect : USB連接狀態(tài)，如果有正常連接會(huì)顯示 Connect，如果連接不正常，會(huì)顯示control board connect fail

　　2.I2C Slave addr: 預(yù)設(shè)為0x20.

　　3.Chart: 顯示四個(gè)信道的Gas sensor掃描數(shù)據(jù)。

　　4.Scan: 開(kāi)始讀取四個(gè)信道的Gas sensor掃描數(shù)據(jù)。

　　5.Save: 存取四個(gè)信道的Gas sensor掃描數(shù)據(jù)。

　　圖9 HY16F184 Gas Sensor與USB轉(zhuǎn)I2C Board硬件接線圖

　　圖10 ADC Raw Data數(shù)據(jù)顯示界面

　　連上GUI觀察CH1~CH3的數(shù)據(jù)顯示畫(huà)面如下圖，因?yàn)镻WM On與PWM Off的周期為500ms， 所以換算頻率約每2秒在GUI畫(huà)面做一次數(shù)據(jù)的更新。CH1的數(shù)據(jù)為氣體濃度PPM，當(dāng)Gas Sensor沒(méi)有偵測(cè)到任何的可燃性氣體時(shí)候，可以看到都為平穩(wěn)數(shù)值不會(huì)跳動(dòng)，CH2的數(shù)據(jù)為RS，一開(kāi)始的ADC Raw Data會(huì)呈現(xiàn)平穩(wěn)的上升，CH3則為RH_Current數(shù)據(jù)，一開(kāi)始的ADC Raw data會(huì)呈現(xiàn)平穩(wěn)的下降。

　　圖11 Gas Sensor無(wú)偵測(cè)到任何可燃性氣體時(shí)候的ADC Raw Data變化量

　　當(dāng)有揮發(fā)性有機(jī)化合物接近Gas Sensor時(shí)候，在此是拿奇異筆接近Gas Sesnor，可以看到CH1的PPM數(shù)據(jù)會(huì)透過(guò)算法算出變化量，同時(shí)CH2的RS ADC Raw data會(huì)呈現(xiàn)明顯下降狀態(tài)，CH3的RH_Current ADC Raw data也會(huì)呈現(xiàn)明顯下降狀態(tài)，在奇異筆離開(kāi)Gas Sensor之后才會(huì)慢慢回復(fù)平穩(wěn)狀態(tài)。

　　圖12 Gas Sensor偵測(cè)到可燃性氣體時(shí)候的ADC Raw Data變化量

　　4.4. 總結(jié)

　　在本文中，提供了完整的Gas Sensor相關(guān)應(yīng)用與開(kāi)發(fā)工具供使用者參考，用戶(hù)可以依據(jù)三個(gè)通道PPM, RS, RH_Current的ADC Raw Data變化量，來(lái)做后續(xù)功能設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。

　　5. 參考文獻(xiàn)

　　[1] http://www.hycontek.com/attachments/MSP/DS-HY16F188_TC.pdf, 纮康科技HY16F188 Datasheet.

　　[2] http://www.hycontek.com/attachments/MSP/UG-HY16F188_TC.pdf, 纮康科技HY16F188 User Guide.

　　[3] http://www.ccmoss.com/products/ccs801, CCS801 CMOS Sensor Website.