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Excelpoint世健基于Microchip平台的气体检测参考设计方案

http://www.ec.hc360.com2018年03月12日13:38 来源:慧聪电子网T|T

    气体检测与人类生活息息相关,例如:石化厂、煤气站、油库等场所对可燃气体的监测;汽车尾气、工业废气、城市雾霾的监控;还有家用煤气、天然气的泄漏爆炸的监测;以及针对装修后有毒气体(苯和甲醛)残留浓度的检测等等。从工业到民用,针对各种可燃有毒气体的检测无一不会用到气体探测器。并且随着智能物联网的蓬勃发展,气体探测器也被广泛用在功能强大的物联网上实时监控前天环境,为人类的安全保驾护航。

    然而目前市场上的气体探测器按原理可分为催化燃烧式、电化学、半导体式以及红外四种。催化燃烧式探测器易中毒,电化学探测器寿命有限,半导体式探测器一致性较差。而红外探测器反应灵敏,精度高,寿命长,优势显著。世健公司作为技术分销商跟解决方案商,时刻关注市场需求,近期正式推出基于Microchip平台,采用Axetris的红外光源和Pyreos的传感器所组成的红外气体检测参考设计方案。通过此方案,客户可以快速地评估MCU、光源以及传感器的性能,缩短气体检测项目的设计周期。

    该参考设计方案的原理:红外光源发射出2-14μm的红外光,通过一定长度的气室吸收后,由带4.26μm波长的窄带滤光片的红外气体传感器进行探测,传感器内置15位ADC,通过IIC进行数据采集,经过Microchip的Cortex®M0+SAMD20进行数据分析处理,分析出的采样数据通过通讯接口传输到上位机,然后通过配套软件观察不同探测器采集的数据及波形。方案框图如下:

           图1方案框图

图1方案框图

    整个方案的硬件连接方式是microUSB转USB线连接评估板和PC,选用12V直流电源适配器。作为一个参考设计,这个方案选用了Microchip公司的系列产品,包括基于CortexM0+核的ATSAMD20作为的主控芯片,轨到轨的放大器MCP6H02用于驱动A红外光源,和低噪声的电源芯片MIC5253提供系统电源及接口芯片MCP2200。

    而使用Pyreos公司的ezPyro是世界上最小的拥有数字接口超低功耗的热释电红外传感器。ezPyro系列数字接口型传感器内部集成了传感器、模拟前端、15位Δ-Σ模数转换、数字滤波器、FIFO以及中断唤醒控制等部分,同时5.65_mm×3.7_mm×1.55_mm的封装也大幅减小了设计整体体积。ezPyro热释电红外传感器的响应时间在毫秒级,相比竞争对手几秒钟的响应时间,可谓是不可同日而语。

    此方案中使用的红外光源EMIRS50是通过紧凑的TO-46封装,它可以提供带保护帽或者带反射面,这些结构可以配置蓝宝石或氟化钙、氟化钡和锗等材料的滤光片。Axetris红外光源是紧凑型气体检测模块的理想选择。所有Axetris红外光源都是基于微机械加工,电调制技术的热辐射红外光源。这个专利的设计提供了真实黑体的辐射特性从2-14μm,高辐射率和一个很长的使用寿命,它还具备极其快速的调制和低功耗的特性。Axetris红外光源在这些年已经成功地集成在各种医疗、工业和安全应用上。典型的目标气体是CO、CO2、制冷剂、CH4、Nox、呼吸性酒精气体以及其他更多气体。

    当然,要确保方案整体的性能、提升系统测量精度,只有传感器是不够的。世健在配套芯片的选择上也下了一番功夫。从方案的BOM清单中我们可以看到,世健的工程师特意选择了Microchip的电源芯片MIC5253以及运算放大器MCP6H02等性能优异的外围电子元器件,使得传感器的特性最大限度地发挥出来。

    除了硬件方面,世健的设计工程师也开发出了配套的软件,开发者可以观测到方案中不同传感器通道的测试和分析数据。采样数据由串口传输到上位机,通过软件显示测量谱图,软件的左侧可以观察参考通道和CO2通道所测量的数据,其中白色曲线是参考信号,红色曲线是CO2检测信号。经过双通道的校准算法可以测量出气体浓度值等等,软件还可以保存采集数据。

    运行NDIR.exe软件时,请确保已经安装NDIR驱动或者安装Labview2014运行引擎和Labviewvisa驱动(visa540_full.exe),步骤如下:

    1.配置串口

    2.打开软件,选择对应的串口号,并选择如下设置:

    3.波特率:115200

    4.数据位:8

    5.校验位:None

    6.停止位:1

    7.最后点击“打开串口”按钮,切换到“显示数据”

     图2软件界面

图2软件界面

    世健公司的现场应用总监仇嘉洋表示:“通过采用Microchip公司高性能的基于Cortex-M0+的MCU及电源和接口产品,结合MEMS技术的红外光源和传感器,世健公司为客户提供了完整的红外气体检测解决方案,可广泛应用于工业气体排放、煤矿可燃有毒气体泄漏监测、环境监测、医疗安全、智能楼宇、机车尾气排放检测等应用场景。”

    关于世健——亚太区领先的元器件授权代理商

    世健是完整解决方案的供应商,为亚洲电子厂商包括原设备生产商(OEM)、原设计生产商(ODM)和电子制造服务提供商(EMS)提供优质的元器件、工程设计及供应链管理服务。

    世健与供应商及电子厂商紧密协作,为新的科技与趋势作出定位,并帮助客户把这些最先进的科技揉合于他们的产品当中。集团拥有三个研发中心,专业的研发团队不断创造新的解决方案,帮助客户提高成本效益并缩短产品上市时间,世健研发的创新解决方案可应用于工业、无线通信及消费电子等领域。

    世健的总部设于新加坡,是新加坡的主板上市公司,拥有超过650名员工,业务范围扩展至亚太区四40多个城市和地区,遍及新加坡、马来西亚、泰国、越南、中国、印度、印尼、菲律宾、新西兰及澳大利亚等国家。世健集团在2017年的年营业额超过11亿4千万美元。世健在1993年开始发展中国业务,中国区的总部设于香港,并拥有11个分公司及办事处、2个研发中心及2个物流中心,遍及中国多个城市。

责任编辑:李嘉

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