粉塵檢測器的硬件電路設計和軟件的實現

硬件電路總體設計

      本系統硬件[2]結構比較簡單，主要由電源部分，單片機拓展部分及串行通信接口部分（包括傳感器部分和藍牙部分）組成，如圖1所示。

      C8051F020[3]，此芯片主要特點是：高速、流水線結構的8051 兼容的CIP-51 內核（25MIPS）；全速、非侵入式（不占用片內資源）的在系統調試接口（片內）；64K可在系統編程的FLASH 存儲器，這對一般的應用而言，容量基本足夠；4352（4K 256）字節的片內RAM；可尋址64KB 地址空間的外部數據存儲器接口；接口豐富也是本款芯片的一個特點，它具有硬件實現的SPI、SMBus/I2C 和兩個UART 串行接口；5個通用的16 位定時器；片內看門狗定時器、VDD監視器和溫度傳感器；同時內部集成的轉換器也具有一定精度，處理器內部自帶兩個12位的D/A轉換器和一個8位的A/D轉換器，8位的A/D有8個外部的輸入端，zui大的可編程采樣速率為500ksps；此外還具有6個捕捉/比較模塊的可編程計數器/定時器陣列。主控芯片將完成讀取傳感器的數據以及通過藍牙模塊與藍牙網關進行數據通信兩大功能。

      2.1 電源模塊

      在設計該設備的時候，考慮到藍牙接入設備的可移動性，電源部分采用有源供電和電池供電兩種方式，電壓適配器采用普通的直流供電輸入范圍在3.7～7 V之間，電池則采用普通的Li電池。因此采用了MAX1555來實現電池充電功能，該芯片具有兩種充電模式，這里用的是交流適配器供電模式，該芯片不管在有沒有電池的情況下都能提供標準的4.2 V電壓。同時采用MAX8881芯片來4.2 V電壓轉換為標準的3.3 V，采用MAX1615芯片將4.2 V電壓轉換為標準的5 V，從而給芯片供電；MAX8881及MAX1615給負載提供的總共是230 mA的電流，而交流適配器充電電流在350 mA左右，系統平均負載電流小于充電電流，電池在使用的同時仍然會被充電。為了增強設備的電源抗干擾能力，設計時在每級電源的前后級都加上濾波電路來減少外部干擾和前級電源的影響。電路設計如圖2所示。

      2.2 單片機拓展部分

      JTAG接口電路：80C51F020在進行調試或下載時支持在線操作，所用的下載調試口為通用的10針標準JTAG接口，此接口可以與電腦中的并性數據接口連接通過JTAG和并口建立測試設備與電腦中與開發環境的連接。JTAG口在線調試支持斷點調試，支持寄存器和內存值顯示等一系列*調試方法，大大方便了用戶的軟件調試和代碼下載工作。在進行JTAG硬件原理圖設計的時候，設計方法按照通用的JTAG連接方法，其中TDI，TDO為JTAG的數據輸入、輸出線，TCK為時鐘脈沖端口，TMS為模式選擇端口。

      傳感器部分設計：這里我們采用的傳感器是韓國SYHITECH公司的DSM501粉塵傳感器。該產品的主要特點如下：采用粒子計數原理；靈敏度高，可檢測直徑1微米以上的粉塵粒子；檢測模式多樣，檢測粒子zui小直徑的大小可調；內置加熱器可實現自動吸入空氣；尺寸小，重量輕，易安裝等。這里值得說明的是，器件管腳中，輸出腳Vout2為普通輸出腳位，靈敏度已預設定，zui小粒子檢出能力為1 µm；輸出腳Vout 1為可調輸出腳位，靈敏度可通過控制腳來調整，默認為Vout2的2.5倍即zui小粒子檢出能力為2.5 µm；控制腳: 通過在此腳與GND 之間加一個電阻可調整Vout1的zui小粒子檢出水平，調整電阻值可調整Vout 1 的靈敏度。工作電壓采用電源模塊輸出的5 V標準電壓，同時電源管腳處加上一個0.1 uF的旁路電容來減小電源上的干擾。

      2.3 藍牙模塊

      藍牙接入設備選用以Bluecore02為內核的藍牙芯片，型號：BCM-05，此藍牙芯片體積小，功耗低，滿足藍牙1.1規范，提供了多種通信接口，如USB口、UART口、I2C口以及語音接口。其主要參數為：

      （1）通用串口（UART）波特率為：3 8400 b/s。

      （2）工作電壓為：3.3 V。

      在電路設計時，C8051F020微處理器的串行口與藍牙芯片的UART口相連接，通過串口實現藍牙模塊的初始化及數據通信。對于藍牙電路部分，需要特別注意的是對藍牙芯片的供電電壓不能正負極顛倒，否則容易燒毀藍牙芯片。