电子产品世界

　　3. 系统设计

　　3.1. 硬件说明

　　使用HY16F184内建ADC搭配CCS801 CMOS Sensor做Gas Sensor应用电路。 HY16F184的ADC通道模拟脚位会使用到AIO0/AIO1/AIO2/AIO3。 AIO0与AIO3主要负责做流经过RH电阻的RH_Current电流变化量测量，AIO1与AIO2负责做RS电阻的电压变化量测量，因为RS电阻本身为高阻抗(100k~2M奥姆)，而ADC的输入阻抗大约只有200k奥姆, 所以在AIO2的输入脚位部份会先经过HY16F184内建R2ROP做一个Unit Gain buffer输出，再由OPOI输出到ADC当作输入参考引脚，这样可以避免量测讯号时负载效应的产生，详细关于AIO1与AIO2的通道设置，可以参考下图5。完整硬件线路图可以参考下图6。

　　图5 HY16F184 ADC通道设置AIO2与AIO1

　　图6 HY16F184 Gas Sensor硬件线路连接图(TOP)

　　图7 HY16F184 Gas Sensor硬件线路连接图(Bottom)

　　主要组件介绍

　　(1)HY16F184 : 数据处理与运算核心，主要负责执行PWM输出与运算CCS801 Gas Sensor的PPM, RS, RH_Current数据，并且透过I2C通讯做数据输出。

　　(2)ADC：HY16F184内建之模拟数字转换器，能够精确的将Gas sensor上的RS与RH_Current讯号，做模拟数字电压讯号转换。

　　(3)CCS801 Gas Sensor :气体传感器，负责侦测环境中气体变化量，内部的RS电阻值会随着气体中可燃性气体浓度的不同而产生变化量。

　　(4)NX2301 PMOS : 在此主要当作开关使用，由HY16F184的PWM来做开关控制使用。开启时候可对Heater做加热动作，关闭时候没有电流经过不做加热动作。

　　3.2. 软件说明

　　程序流程图 :

　　图8 Gas Sensor程序流程图

　　4. 数据规格与总结

　　4.1. 耗电流测量

　　在CPU频率设定为2MHz与工作电压VDD=3V, VDDA=2.4V, 使用PWM做PMOS开关控制. PWM On的输出持续时间是100ms，此时为CCS801的加热时间，之后PWM Off的时间为持续400ms，以500ms为一个控制周期不断的循环控制PMOS，在此情况下所测得到的耗电流约0.89mA。

　　4.2. ADC Raw Data与I2C通讯格式说明

　　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经过ccsmox_set_data_iaq计算后所得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;

　　每个信道数据(Chx)共8*3=24bit

　　Bit0，统一为旗标，Bit0=0b，代表为旧资料; Bit0=1b，代表为新资料;

　　使用者应该在Bit0=1b时，取得数据才有效.

　　Bit23，统一为Sign bit，

　　Bit23=0b，代表正数; Bit23=1b， 代表负数

　　4.3. ADC Raw Data数据显示界面介绍

　　扫描Gas Sensor所输出的ADC Raw Data可透过I2C接口来做数据的传输与读取，搭配纮康设计的I2C转USB的网桥配合PC端的GUI，可以做为实时的ADC Raw Data数据显示。详细数据画面显示GUI操作说明，可以参考如下 :

　　1.Connect : USB连接状态，如果有正常连接会显示 Connect，如果连接不正常，会显示control board connect fail

　　2.I2C Slave addr: 预设为0x20.

　　3.Chart: 显示四个信道的Gas sensor扫描数据。

　　4.Scan: 开始读取四个信道的Gas sensor扫描数据。

　　5.Save: 存取四个信道的Gas sensor扫描数据。

　　图9 HY16F184 Gas Sensor与USB转I2C Board硬件接线图

　　图10 ADC Raw Data数据显示界面

　　连上GUI观察CH1~CH3的数据显示画面如下图，因为PWM On与PWM Off的周期为500ms， 所以换算频率约每2秒在GUI画面做一次数据的更新。CH1的数据为气体浓度PPM，当Gas Sensor没有侦测到任何的可燃性气体时候，可以看到都为平稳数值不会跳动，CH2的数据为RS，一开始的ADC Raw Data会呈现平稳的上升，CH3则为RH_Current数据，一开始的ADC Raw data会呈现平稳的下降。

　　图11 Gas Sensor无侦测到任何可燃性气体时候的ADC Raw Data变化量

　　当有挥发性有机化合物接近Gas Sensor时候，在此是拿奇异笔接近Gas Sesnor，可以看到CH1的PPM数据会透过算法算出变化量，同时CH2的RS ADC Raw data会呈现明显下降状态，CH3的RH_Current ADC Raw data也会呈现明显下降状态，在奇异笔离开Gas Sensor之后才会慢慢回复平稳状态。

　　图12 Gas Sensor侦测到可燃性气体时候的ADC Raw Data变化量

　　4.4. 总结

　　在本文中，提供了完整的Gas Sensor相关应用与开发工具供使用者参考，用户可以依据三个通道PPM, RS, RH_Current的ADC Raw Data变化量，来做后续功能设计与开发。

　　5. 参考文献

　　[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.

关键词： 纮康 HY16F184