一、霧化器開發(fā)背景

霧化吸入治療是呼吸系統(tǒng)疾病治療方法中一種重要和有效的治療方法，采用霧化吸入器將藥液霧化成微小顆粒，藥物通過呼吸吸入的方式進入呼吸道和肺部沉積，從而達到無痛、迅速有效治療的目的。故本方案講述了一種低成本內(nèi)置高精度24位ADC 的國產(chǎn)SOC芯片，SDI5209PSS-X2芯片開發(fā)的霧化器。該SOC芯片內(nèi)置2通道24位Sigma-Delta高精度低電壓24位ADC、IIC、4通道8位ADC、30K 字節(jié) Flash、768 字節(jié)RAM、2通道16bit PWM等外設(shè)，能夠滿足霧化器方案中的相關(guān)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)顯示的要求。 

二、設(shè)計的原理

1、系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)框圖

圖1

2、硬件設(shè)計及原理

2.1 系統(tǒng)電源電路

圖2

SDI5209PSS-X2霧化器方案中的電源電路圖2組成，該方案中可以使用2節(jié)1.5V干電池供電或者由5v的usb數(shù)據(jù)線供電。通過防反接電路以后，然后通過升壓IC到5V，之后5V電源一路驅(qū)動霧化片，另一路通過ldo降壓給MCU供電。

2.2 MCU

圖3

MCU型號為SDI5209PSS-X2，是一款內(nèi)置24位高精度ADC的SOC芯片，可以1.8V的超低電壓工作，是一款功耗的SOC芯片。該芯片廣泛應(yīng)用在電子秤、氣壓計、血壓計、額溫計等微弱信號測量及工業(yè)控制場景下，其特點如下：

1. 工作電壓: 1.8V - 5.5V、（休眠功耗通常STOP2模式：< 4uA）

2. 有30K 字節(jié) Flash、768 字節(jié)RAM

3. 9.83MHz 內(nèi)部RC震蕩(可倍頻至19.66MHz) 1T 指令周期

4. 24位Sigma-Delta高精度低電壓ADC

5. 內(nèi)置升壓模塊

6. 4通道8位低精度ADC

7. IO口：13個通用IO、可配置IO驅(qū)動強度

8. 3個16 位定時/計數(shù)器

9. 9、13個中斷源，3級優(yōu)先級：可配置掉電中斷

10. 通訊接口：1組UART、1組I2C接口

11. 看門狗集成：定時喚醒、計時功能

12. 12、2路16位脈寬調(diào)制（PWM）輸出

13. 內(nèi)置ISP功能（SDA、SCL兩線燒錄）

2.3  LCD顯示驅(qū)動

圖4

SDI5209PSS-X2霧化器方案采用2個不同顏色的LED燈用來指示霧化器工作狀態(tài)。

2.4 按鍵

圖5

SDI5209PSS-X2霧化器方案采用按鍵控制霧化器，關(guān)機狀態(tài)下，短按開機，開機狀態(tài)下短按關(guān)機，在關(guān)機狀態(tài)下長按可以進入清潔模式。

2.5 電壓電流

圖6

SDI5209PSS-X2霧化器方案通過24bitADC來檢測流過霧化片的電流，來檢測霧化片是否工作正常，同時可以實現(xiàn)掃頻追蹤霧化片最佳頻率。同時通過8位ADC通道檢測電池電壓來實現(xiàn)低壓自動關(guān)機的功能。

2.6 干燒檢測

圖7

通過在霧化杯當中引入另一個電極與水進行接觸，當杯內(nèi)部還有水時，霧化片上的電壓會通過水進行傳導(dǎo)到電極上面來，通過C12進行簡單的濾波，通過D5進行波形整形，再通過R23和R25對電壓進行分壓給到MCU進行處理來實現(xiàn)干燒的檢測。

2.7 霧化片驅(qū)動

圖8

如圖8所示，使用芯片內(nèi)部的PWM通過MOS管Q3控制三腳電感L1的放電與充電實現(xiàn)霧化片的驅(qū)動。

三、霧化器方案原理圖

四、程序流程圖