1. 内容简介
近年来因为日趋严重的环境污染及工业上之需求，使得传感器
的开展倍受注重。在空气污染防治日益杂乱及工业上迫切需要的今天，高效能的气体传感器愈来愈受注重。以金属氧化物半导体(MOS)为资料之气体传感器，因为其耐热性及耐蚀性佳、应对速率快、组件制造简单，以及易与微处理器组合成气体感测体系或携带式监测器，因而被广泛的运用在家庭、工厂环境中以侦测毒性气体及焚烧爆炸性气体。而本文将介绍以HY16F184内建高精密Sigma-Delta 24 Bit ADC调配CCS801 CMOS Sensor来完结一个Gas Sensor运用电路。 在本文中的Gas Sensor运用电路上，首要的组件有：气体传感器(CCS801 Gas Sensor)、ADC和MCU操控芯片。 而康HY16F184操控芯片内建高精密Sigma-delta 24 Bit ADC、可程序扩大PGA和多段式稳压输出等功用，能够很大幅简化PCB周边线路，精准完结由模仿到数字的信号转化。
本文Gas Sensor运用电路是由康HY16F184芯片之内建ADC准确的量测到CCS801 CMOS Sensor内的RS电阻改动量，而且透调配CCS801 CMOS Sensor所供给的C Library算法，能够换算出相对应的PPM浓度数值。而在加热驱动器(Heater)回路上的细小电流改动量(RH_Current)，相同也可运用HY16F184内建ADC精准的量测到。本文内也供给了GUI软件接口，透过I2C通讯来输出实时的PPM与RS和RH_Current数据改动量。运用I2C转USB网桥与计算机衔接，由计算机端GUI做实时三个信道的数据改动量显现。
2. 原理阐明
2.1. 量测原理
CCS801 Gas sensor半导体气体感测资料在侦测气体时，RS电阻会发生改动，如下图1。此状况首要导因于侦测可燃性气体如一氧化碳(CO)及多种挥发性有机化合物(VOC)与吸附在半导体氧化物且带负电荷的氧离子发生反响。当空气侦测到可燃性气体时分，RS电阻会发生改动，此刻可丈量到RS两头的电压会有所改动。典型的RS电阻值规模在100k~2M奥姆之间. RH电阻则是可当温度反响电阻，当Gas Sensor有一电流回路流经Heater+与Heater GND，则可视为加热现象，跟着Heater温度的改动，RH端的电阻也会有所改动，典型的RH电阻值规模在20~100奥姆之间。
图1 CCS801 CMOS Sensor
2.2. Gas Sesnor运用电路根本架构
本文Gas Sensor的根本架构如下图2所示，包括一个气体传感器(CCS801 Gas Sensor)、PMOS NX2301、ADC和MCU单芯片。HY16F184可输出PWM来操控PMOS NX2301做为电流开关操控。当PWM输出为High时分，则是封闭PMOS，此刻较为省电，不会有电流流通过Heater端。而当PWM输出为Low时分，则是导通PMOS，会有电流流通过Heater端，此刻则开端做Gas Sensor加热动作，当Gas Sensor再加热的时相对来说也会比较耗电。 本文的电路运用架构便是运用PWM来做全体耗费电流功耗操控，设定PWM输出周期为97us，PWM输出Low的时刻为比57us而PWM输出High的时刻为40us。PWM On的输出继续时刻是100ms，此刻为CCS801的加热时刻，之后PWM Off的时刻为继续400ms，当PWM Off时分，此刻会输出坚持High，以500ms为一个操控周期不断的循环操控PMOS NX2301开关，做为加驱动器(Heater)的操控。具体的PWM操控时刻图，能够参阅以下图3。 HY16F184除了运用PWM做PMOS开关操控来到达功耗操控与省电的规划作用，还运用了高精度ADC来做RS与RH_Current改动量丈量，而撷取到的数据能够由I2C来做数据的输出与读取，具体HY16F184 ADC标准能够参阅下图4。
图2 HY16F184 Gas Sensor根本架构图
图3 HY16F184 PWM输出操控时序图
2.3. 操控芯片
单片机简介：HY16F系列32位高性能Flash单片机(HY16F184)
图4 康HY16F系列32位高性能Flash单片机(HY16F184)
(1)选用最新Andes 32位CPU中心N801处理器。
(2)电压操作规模2.4~3.6V，以及-40℃~85℃作业温度规模。
(3)支撑外部16MHz石英震动器或内部20MHz高精度RC震动器，
具有多种CPU作业频率切换挑选，可让运用者到达最佳省电规划。
(3.1)运转形式 350uA@2MHz/2(3.2)待机形式 10uA@32KHz/2(3.3)休眠形式 2.5uA
(4)程序内存64KBytes Flash ROM
(5)数据存储器8KBytes SRAM。
(6)具有BOR and WDT功用，可防止CPU死机。
(7)24-bit高精准度ΣΔADC模仿数字转化器
(7.1)内置PGA (Programmable Gain Amplifier)最高可达128倍扩大。
(7.2)内置温度传感器TPS。
(8)超低输入噪声运算扩大器OPAMP。
(9)16-bit Timer A
(10)16-bit Timer B模块具PWM波形发生功用
(11)16-bit Timer C 模块具数字Capture/Compare 功用
(12)硬件串行通讯SPI模块
(13)硬件串行通讯I2C模块
(14)硬件串行通讯UART模块
(15)硬件RTC时钟功用模块
(16)硬件Touch KEY功用模块
(17)Sigma-delta 24 Bit ADC ENOB RMS Noise
