【经验】基于模拟开关SGM48751的多路ADC采集传感器的设计方案
目前国内加油站的油罐主要是地埋罐，为了防止罐体破损，燃油污染环境，或者环境水腐蚀罐体，通常采用双层罐结构，在罐层之间加传感器进行检测，当罐体外侧破损时，土壤中的水分会进入双层罐层之间，我们的传感器的原理是，利用水的导电性，通电后测量水的电压值确定是否有水进入，使用MCU进行ADC采集水的电压值，笔者参与设计的罐体渗漏检测传感器的设计，需要同时检测6个传感器，如果每个传感器配置一个MCU，会造成成本较高的问题，为了降低成本，可以使用一个控制器采集多个传感器的数据进行检测。
初始方案：采用具有多路ADC的MCU进行检测，我们采用的是MSP430G2553系列的MCU，该MCU具有8路ADC模块，可以进行8路传感器的检测，渗漏检测传感器是采用电阻分压的原理，电极在水中和油中的电阻值不一样，在水中时具有一定的电阻值，通过分压原理可以获得水的电阻值，当电极处于油中时，电阻值为无穷大，分压原理获得的电压值为电源电压，值得注意的是，由于水中电极容易产生阳极氧化反应而腐蚀，因此我们需要采用碳材质作为检测电极，实物图如下图所示：
图1 碳材料制作的电极
地下水的电阻值通常较低大概为1500Ω/cm，传感器两个电极的距离大概在3cm左右，因此可以认为在有水的情况下，电极之间的电阻值为5KΩ左右，因此，采用上拉电阻1kΩ左右，可以得到1/6的电源电压的分压，即1/6*3.6V=0.6V，左右其原理图和MCU最小系统图如下图：
图2 具有8路ADC的MCU
该方案的缺点是引脚占用过多，MCU资源利用率较低，其中AD1和AD2占用了MCU的UART的RX和TX引脚，AD4、AD5、AD6和AD7占用了MCU的SPI数据接口引脚，这样就导致MCU的UART和SPI功能模块不能使用，MCU无法进行其他传感器的检测和与其他设备的通讯功能。为了提高MCU的资源利用率，需要采用更加行之有效的方案。
优化方案：模拟开关可以进行模拟信号传送，因此可以采用模拟开关，将传感器的模拟信号进行转换。世强代理的圣邦微推出的一款模拟开关SGM48751可以进行多大8路ADC传感器的检测，能够有效降低成本，提高MCU的资源利用率。
图3 SGM48751模拟开关的引脚图
其中通过控制A、B、C引脚的高低电平（采用BCD的8421码解码即可）可以将X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7的模拟量转换到X模拟量输出端口，SGM48751不仅具有地址1nA的超低功耗电流，并且每个开关可以处理轨到轨的信号，充分保证模拟信号的有效传送，2.5到5.5V的供电电源，也可以兼容目前市面上的大部分MCU，I/O控制电压也低至1.8V，保证设备电池供电的同时可以保证较长的使用寿命。下图为SGM48751应用原理图：
图4 SGM48751模拟开关的应用原理图
笔者使用SGM48751对6个传感器的电压值进行检测，A、B、C端口控制传感器的切换，SGM48751的转换时间是ns级的，加上MCU的ADC采集时间1ms左右，可以保证6路传感器完全检测完成时间在10ms以内，不会感受到任何延迟。并且保证了MCU的UART功能和SPI功能的正常使用 ，产品实物图如下图所示：
图5 1个单片机检测6个传感器的实物图
需要注意的是，SGM48751隔离度受频率影响，在1MHZ范围内可以保证-20dB到-83dB的隔离度，其阻抗也根据输入的电压不同，笔者使用的是3.6V的输入电压，阻抗在45Ω左右，对于传感器的5K欧姆阻值来说可以忽略不计。因此可以正确区分水与油的区别，并且反应时间保持在10ms以内，完全不会影响6路传感器的同时检测。既保证了单片机的资源利用率得到了提高，有降低了硬件成本，并且还能保证油和水区分的准确性和时效性。
此外模拟开关SGM48751还被广泛应用于汽车电子、电池供电设备、音频和视频信号路由、低压数据采集系统、通信电路中。
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