基于EFM32TG840F16 室内甲醛检测仪设计

　　甲醛是一种重要的化工原料和有机溶剂，广泛使用于家庭装修的材料中。过量甲醛气体，将诱发疾病甚至致癌，直接危害着人们的身体健康和生命安全。本检测仪采用32 位超低功耗EFM32TG840F16 微处理器和高灵敏度甲醛传感器CH20/S-10，实现甲醛浓度的信号处理和采样，系统外接通讯接口及必要的扩展功能模块，构建智能化、多功能的检测系统。

　　1 系统硬件设计

　　甲醛检测仪硬件主要由单片机主控系统、甲醛传感器接口、液晶显示（LCD）、功能键盘、数据存储、打印和报警输出等功能模块构成。系统硬件结构框图（见图1）。

图1：系统硬件结构图

　　该系统采用32 位EFM32TG840F16 单片机作为主控核心，内嵌16KB Flash 程序存储器和4KB RAM、多达160 段LCD 驱动器（最大8COM 驱动、支持动画、闪烁等各种特效）、8 通道/12 位 ADC（支持硬件过采样）、2 个USART（支持SPI\UART\I2S）、1 个LEUART、1 个LESENSE（支持阻、感、容性信号检测）、3 个运放、硬件加解密AES、2 个12 位DAC 及大量的I/O 端口等，完全满足本甲醛检测仪的各项功能需求。该芯片主要特点是：低电压（1.85 ～ 3.8V）、低功耗（ EM2 模式下仅有0.9uA）、 32 位指令、高性能（基于Cortex-M3 内核），具有极低的运行功耗、快速的唤醒时间、功能强大、高抗扰（未用引脚都是和MCU 内部断开的）、外设可以自主工作（主要得益于DMA 和PRS 外设反射系统）以及超节能（ADC:12bit，1Msps，仅需350uA；Analog Comparator：仅需100nA；LCD：本位功耗0.55uA；LEUART:9600 波特率下仅需150nA；AES:128/256bit 加/解密仅需54/75 个周期）、便于智能化和便携式等优点。而且齐全的配套开发工具比如开发板具有电流实时监控功能，可以定位代码位置，便于工程师及时优化代码以节能！

　　1.1 甲醛传感器接口模块

　　传感器接口模块由CH20/S-10 甲醛传感器、I/ V 转换器RCV420 等组成。甲醛传感器由甲醛探头和CH20 传感器构成。当室内甲醛气体被内部采样系统吸收后，产生与甲醛浓度成正比的电流值，由于单片机A/D 采样的是电压值，而被检测的是微量的电流值;因而需要将电流值放大并转换为相应的电压值。采用集成I/V 转换器RCV420，将电流值转换为对应的0 ～ 3.6V 电压， 送至 EFM32TG840F16 的A/D 转换接口ADC，实现对浓度信号的检测。单片机进行运算和处理，将处理结果及范围进行查表和分段线性化，完成传感器信号与浓度高低对应。系统中RCV420 具有精密运放和电阻网络功能，能将4 ～ 20mA 环路电流转换为 0 ～ 3.6V 电压， 在无外部调整的情况下，可用获得 86dB 的共模抑制比， 具有高性能及抗干扰能力。

　　1.2 数据存储与打印模块

　　在EFM32TG840F16 外扩展2KB 的E2PROM（也可用片内flash 模拟EEPROM），通过I2C 总线与EFM32TG840F16 数据口相连，用于存储采样来的甲醛浓度数据，以备打印机打印。打印机接口电路通过RS-232 串行口直接和微处理器相连，通过采用软件设定的方式打印出甲醛浓度值。

　　1.3 键盘与显示模块

　　系统外接键盘和LCD 显示设备，实现人机对话功能。键盘设置为3×3 阵列键盘，设有功能选择键、OK 键、报警确认及打印键，完成浓度显示、数据查询、打印及开关机功能。微处理器EFM32TG840F16 内含LCD 驱动电路，可驱动160 段的LCD，且超低功耗，特别适合便携式仪器仪表中使用。用户通过LCD 显示，读取检测浓度值、打印和设置相关功能等信息。

　　1.4 其它模块

　　本系统的供电电压为3V，采用两节电池供电，也可外接3V 直流电源。系统的时钟是外置晶振提供。为满足个性化需要，还增加蜂鸣器报警电路。