基于STC89C516RD+单片机的手持式电子鼻的设计

2．2．3 DAC调理模块
DAC调理模块的电路设计如图5所示。其中的D／A转换芯片TLC5615由单片机的I／O-P15、P16、P17直接控制，在稳压二极管TLC431的作用下，输出模拟电压信号。该电压信号在经过运算放大器芯片LM324处理后，用作传感器阵列的加热电压。

2．2．4 存储模块
存储模块由地址锁存器LS373与Flash存储器AT29C040构成，见图6。AT29C040的容量是512kB，具有2048个扇区。通过单片机的管脚ALE可以控制LS373。

当ALE信号有效时，P0口传送的是低8位地址信号；当ALE信号无效时，P0口传送的是8位数据信号。单片机既能向存储模块写入数据，也能读取数据并发送。
2．2．5 无线模块
无线模块的正常工作电压是3．3V，而电源提供的电压是5V，故需要用到低压差电压调节器LM1117进行降压处理。并且P0口须接10k上拉电阻后，方可连接至无线模块的管脚上，见图7。该无线模块的工作频段为433MHz，最高工作速率50kbps，内置125个频道，能满足多点通信和调频通信的需要。

2．2．6 控制模块
微型气泵和三通电磁阀的开关与切换由单片机的I／O-P42、P43来控制。通过改变这两个I／O的电平状态，即可实现整个控制电路的通与断，见图8。

2．3 处理终端
处理终端由无线模块、单片机、RS232串口转USB接口模块(RS232 to USB)以及PDA组成。无线模块与单片机的接口设计电路与上述采集终端是一样的。因为PDA上只有USB接口，故需设计RS232串口转USB接口电路以完成单片机与PDA之间的数据交换。设计电路见图9。

3 软件设计
本电子鼻系统的软件分为两大部分。采集终端上的软件是在Keil uVision2开发环境下用C语言编写的，编写好的源程序通过RS232串口烧录到STC89C516KD+单片机中；处理终端上的软件是基于LabVIEW7．1(National Instrumentation，美国)平台在PDA(WindowsXP系统)上开发的。本文对该系统进行了简单的验证试验，测试样品为白酒。通过数轮的测试表明该电子鼻系统及软件运行正常，达到了预期的功能要求。测试的软件界面见图10。从图中可以看出电子鼻在一轮完整的测试过程中，须经历4个阶段；基态阶段、采样阶段、保持阶段及恢复阶段。在基态阶段，三通电磁阀切换至空气通道，传感器阵列的电压信号为一条水平基线。待三通电磁阀切换至样品气体通道后，系统进入采样阶段，传感器阵列开始响应，数秒后电压信号值上升至峰值再趋于平稳，待接近平衡后，系统进入保持阶段，三通电磁阀保持样品气体通道不变。最后进入恢复阶段，三通电磁阀切换回空气通道，传感器阵列的响应曲线迅速下降，直至恢复到基线位置。

图11是该电子鼻系统的软件流程图。在开始测试前，须先在PDA上设定测试过程4个阶段的时间值：基态时间、采样时间、保持时间及恢复时间。然后由PDA发出“开始”指令，系统开始测试。采集终端在收到该指令后，内部的单片机会按照指令，通过定时器来控制好4个阶段的时间。首先单片机会控制DAC调理模块输出加热电压用来加热传感器阵列，然后再控制ADC模块采集传感器阵列的信号电压，并选择将获取的数据存到存储模块中，或者直接由无线模块反馈给接收端的PDA做分析与处理。待数据采集完毕，PDA发出“结束”指令，系统停止工作。
在进行下一轮的测试前，须让PDA发出“复位”指令使系统清零后，方可进行新一轮的测试。此外在测试的过程中，可以通过PDA发出指令来控制微型气泵和三通电子阀的开关。在测试停止后，可以通过“打开”指令来读取之前获取的传感器阵列的数据及响应曲线。

4 结束语
本文针对国内鲜有电子鼻产品开发这一现状，实现了一套基于STC89C516RD+单片机的手持式电子鼻系统。此系统具有低成本、便携化的特点。系统分为采集终端与处理终端两大部分，采集终端负责获取MOS气体传感器阵列的响应信号，处理终端则分析与处理获取的信号。两个终端之间通过无线通信的方式完成数据的交换。最后通过简单的实验初步地验证了系统的性能，表明此电子鼻系统具备一定的市场应用潜力。