【应用】瑞萨R7F0C002单片机在低成本便携式呼吸酒精检测仪中的应用

时间： 2018-06-13 来源：Renesas

技术问答

近年来随着人们对酒后驾车造成危害的意识提高，普通驾驶员的饮酒测试需求增长强劲。因此，便携式呼吸酒精测试仪逐渐进入普通大众的生活。本应用设计了一种低成本的便携式呼吸酒精检测仪，采用半导体酒精测试传感器和带LCD驱动的MCU（R7F0C002）为硬件核心。

图1 系统框图

系统初始化完成以后， MCU控制酒精传感器自动预热20秒，预热结束后用户吹气（2 秒以上）来测试呼吸中的酒精浓度，测试结果显示在LCD上。如果酒精浓度超标，则触发蜂鸣器报警5秒提示用户。测试结束后，系统进入低功耗STOP模式，用户可以通过Start/Restart按键唤醒系统再次测量。MCU具有待机功能：HALT、STOP、SNOOZE模式，这种特性大大降低了系统的功耗，提高了系统的续航能力。

MCU介绍：

R7F0C001/002微控制器采用了RL78内核，满足高处理性能的同时具有极低的功耗，同时内置了液晶显示屏(LCD)驱动器。

R7F0C001/002不仅拥有RL78/G13系列的高精度(±1%)片上振荡器、24MHz工作频率的CPU，以及其他标准内置功能，还配备了内置的超低功耗LCD电路(内部升压模式下仅为0.63uA)，与之前产品相比驱动LCD时可以减小30%的工作电流。RL78/L12微控制器支持多达280LCD段的多像素屏，有三种LCD驱动电压生成方式 (内部升压/电容分压/外部电阻分压)。除此之外，该产品支持遥控载波输出功能，适合用于带LCD的空调遥控装置。本方案展示了MCU的LCD驱动器和AD模拟采样的使用，并利用MCU的待机功能来降低功耗，提高系统的续航能力。

LCD接口电路：

R7F0C002内置LCD控制器/驱动器，MCU接口可以和LCD管脚直接相连，接口电路非常简单。由于本系统使用的LCD面板工作电压为3.0V，驱动方式为1/4占空比，1/3偏压，因此LCD控制器/驱动器的工作模式选择内部升压方式，1/4占空比，1/3偏压，与LCD面板工作方式相匹配。R7F0C002内置用于LCD驱动电源的内部升压电路，通过内部升压电路的方式生成所需的LCD驱动电压。内部升压方式的LCD驱动电压和器件本身不是同一个电源，因此与V_DD的变化无关，能提供固定的电压并且能通过设定LCD升压控制寄存器（V_LCD）来调整对比度。

图2 LCD接口电路原理图

酒精传感器控制电路：

酒精传感器控制电路由瑞萨公司NPN三极管 N0801S与酒精传感器组成，通过MCU的P13管脚（连接至MQ3_CTL）控制酒精传感器的电源，酒精测试仪的测试结果（模拟量MQ3_AO）通过MCU的A/D模块中的ANI19通道转换获得。

图3 酒精传感器控制电路

软件设计：

整个系统主要包含以下几个任务：复位/初始化任务、传感器预热任务、数据采集处理任务、 LCD 显示及报警任务、低功耗休眠任务和系统异常处理任务。

图4 任务转换框图

· 复位/初始化任务：系统上电后执行复位初始化任务，在此任务下初始化系统状态和相关用户使用的全局变量，初始化完成后系统进入系统空闲任务状态。

· 传感器预热任务：由于半导体酒精检测传感器特性要求传感器预热保证传感器能工作在最佳状态，此任务完成传感器预热功能，系统预热时间预设为20秒，传感器预热过程中执行状态转移，系统状态转移到LCD显示任务，实时显示预热过程；传感器预热结束后，系统状态转移到数据采集处理任务。

· 数据采集任务：本任务通过A/D的ANI19通道采集酒精传感器的输出模拟量，通过四次平均滤波对数据进行滤波及计算得到最终的酒精浓度测量结果（单位为ml/100ml）。数据采集处理完成后，系统状态转移至LCD显示任务。

· LCD显示及报警任务： 本任务在传感器预热时实时按秒刷新显示预热倒计时，在数据采集处理完成后显示最终测量计算的酒精浓度结果（单位为ml/100ml），如果测量结果达到饮酒驾车标准（20ml/100ml）则触发蜂鸣器报警五秒。本任务在传感器预热过程时转移至传感器预热任务，否则系统转移至低功耗休眠任务。

· 低功耗休眠任务：本任务使能按键中断，执行STOP命令使系统进入STOP状态达到节约功耗的目的。在此状态下可以通过按键唤醒退出低功耗休眠状态并且使系统转移至传感器预热任务。

· 系统异常处理任务：当系统转移发生异常时，系统转移至系统异常处理任务，初始化所有系统相关周边功能及相关用户使用的全局变量。本任务完成后状态转移至低功耗休眠任务。本任务用于增强软件的抗干扰能力。

图5 系统主函数处理流程图

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目录- RL78家族特点通用型MCU LCD MCU ASSP 智能模拟汽车开发环境&开发工具解决方案产品一览表封装

型号- 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

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