基于51單片機的低功耗甲烷檢測系統設計方案

　　3.2.3 系統電源管理電路

　　最后還需考慮電源的選擇。作為便攜式系統，甲烷檢測系統的電源供電方式是電池供電，供電電壓約在5V。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3.3V的工作電壓，這就需要在電路中設計5V-3.3V的電壓轉換電路。通過對比，采用DC-DC器件LM2S74進行電壓轉換(圖4)，將5V供電電壓轉換為3.3V，即可以滿足低電壓器件的工作要求，減少了額外的功耗，而且通過設計合理的濾波電路，還獲得了較好的穩壓線性輸出。在降低功耗方面，在系統設計中均選用了CMOS器件、低功率表貼元器件，不僅使得系統體積較小，而且電路功耗也得到降低:此外在軟件設計上，系統使用了等待和掉電的節電運行機制，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。

　　圖4 電源電壓轉換電路

　4 檢測系統電路調試

　　在確定了系統電路硬件總體和各部分的設計方案后，制作了實驗電路板，對電路進行了初步的調試。電源是采用4節鎳氫充電電池串連，經過調試，每路加熱電壓驅動電路可以輸出最高4.5V的電壓，在對傳感器進行加熱的情況下，同時進行數據的采集保存，總電流可以控制在250mA以內，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。檢測系統硬件電路調試完成后，通過編寫單片機程序和計算機應用程序，可以在檢測系統中實現氣體識別等功能。

　　5 甲烷檢測系統軟件設計

　　檢測系統電路調試通過后，需要結合識別軟件才能進行氣體的檢測。本文主要在軟件設計方面進行研究，提出了適合單片機系統的網絡識別算法，在單片機軟件和PC機軟件兩個方面進行了網絡構建、網絡訓練等的討論，同時對系統的其它功能程序也做了說明。

　　由于C8051系列單片機具有完整的8052內核，與MCS-51指令完全兼容，可采用標準的805x編譯器進行軟件開發。在本檢測系統的單片機軟件設計中，采用了Cygnal C51IDE的開發環境，通過電路中預留的JTAG接口調試程序，依據檢測系統的不同功能的需要，采用模塊化的設計，將程序分成幾個主要的功能模塊，圖5是單片機程序的模塊圖。

　　圖5 檢測系統單片機程序模塊圖

　　從圖5中可以看到，單片機的主程序在經過系統初始化后進入主菜單界面，將等待鍵盤的輸入操作。當檢測到有按鍵輸入時，讀出鍵值并判斷出需要進行的操作，而后調用相應的子程序模塊。