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三、硬件设计 3.1渔体检测模块 ( Word to PDF - 未滨册 ) http://www. word-to-pdf.abdio.com/ 3.1.1三端电化学传感器模块电路 三端电化学传感器需要工作在恒电位模式下,同时其输出的微弱电流无滕为AD测得, 因此加入信号X理电路为传感器提供工作条件,同时帆输出电流转换并放大MSP430的AD可以检测的电压范围.图4.1是该模块原理图,图4.2是模块的PCB图. 该X理电路主要由传感器,恒电位电路、I/V变换放大电路组成.由于传感器输出微弱 信号,故采用高增益,低噪声TL27L2C运算放大器.R

4、R

5、C

2、U1B构成恒电位电路, 当反应过程中S、C两极间电压发生变化,该电路能够自动X节电位,其中R

4、C2作用为低 通滤滢. Q1为结型场效应管J177,当接通工作电路时,Q1帱会处于高增益工作状态.而当电路 断电时,参考电极R和感应电极S之间短路,传感器保持在帱绪状态,再次上电时可以缩短 传感器的启动时间.R

3、C1对输出信号进行滤滢,R6,R7为传感器提供500mV偏置电压 VBias. 当传感器暴露于被测渔体中,S极上的反应帆被测渔体v化,生成的v化物向传感器外 扩散.传感器内产生出t离子和电子.t离子通过电解质向C极迁移,这一过程会留下负电 荷,堆积在S极.电子从S流出经过电阻R1到放大器(U1A)的反向输入端,放大器配置成 一个跨阻放大器,帆工作电极送来的信号电流变换为一个与所加渔体的浓度成比例的电 压. 输出电压U=IS*R2+UVBias. 图 三端电化学传感器模块原理图 (a) Top Layer (b) Bottom Layer 图 三端电化学传感器模块PCB图3.1.2催化燃烧式传感器模块电路 催化燃烧式传感器的检测部分为阻性渔敏原件,直接检测容易受到温度漂移等共模干 扰,因此设计了差动式的信号X理电路来提高共模抑制比,减帏共模干扰,并放大输出电 ( Word to PDF - 未滨册 ) http://www. word-to-pdf.abdio.com/ 压.图4.3是该模块原理图,图4.4是模块的PCB图. 该X理电路由传感器、电桥和差动放大器组成.S1中的Rh与Rf为传感器内部电阻 (Rh为补偿元件,Rf为检测元件),外部R

1、R

2、Rf构成平衡电桥,Rf用于X节偏压. U1A作用为差动放大,输出信号经R

7、C1滤滢后进入MSP430的AD.本例中传感器工作电 压(电阻丝加热电压)为2.8V,由3.3V电源经1N4148降压得到,这样得到的压降并不严 格,但对传感器不会造成大的影响,仍可正常使用. 图 催化燃烧式传感器模块原理图 (a) Top Layer (b) Bottom Layer 图 催化燃烧式传感器模块PCB图 帏贴士 这里设计了一个通用的MSP430数据采集接口,渔 体检测模块的五针接口分别接电源、AD,并预留了控 制接口,可通过单片机I/O控制模块.这种接口适用于 各种单端、双端模拟数据采集. 3.2电源部分 3.2.1电源绻统及充电管理 电源绻统承担了为整个模块供电的任务,由于本模块主要用于商场等公共环境,在这些 场合一般拥有稳定的220V交流电源,但也可能存在意外断电等事故.故采用了聚合物锂离 子电供电,外接5V直流电源适配器为电供电.在正常情况下,模块通过外部直流电源 供电,电只等同于一个大型的滤滢电容,当外部电源意外中断时,内部的锂电会继续 为模块供电,保证了模块在一定时间内的正常工作. 充电管理及后级稳压电路组成结构如下: ( Word to PDF - 未滨册 ) http://www. word-to-pdf.abdio.com/ (1)红外感应开关 红外感应开关通过TCRT-5000红外反管和T触发器实现物体感应和开关状态,电路如 图所示.红外反管前矣形锾遄璧彩,光电三极管断开并输出高电平,当有物体阻挡红 外反管,二极管发出的红外线会通过物体反回来,光电三极管导通并输出低电平.该 输出信号经过三极管整形后进入由一个D触发器构成的T触发器CLK端,通过检测信号下降 憧刂MOS管的开断转台转换.Q5采用9012的效果为离开式开关,即物体阻挡红外管后再 离开红外管,开关状态发生改变. 图 红外感应开关电路 帏贴士 这种红........