传感器ms1100 集成电路单通道16-bit 内置基准模数转换器，替代MCP3421，ADS1100

发布时间：2025-04-05 20:04:51

集成电路单通道16-bit 内置基准模数转换器，替代MCP3421、ADS1100

产品简述

MS1100 是一款高精度，持续转换的自校准模数转换器，高达 16 位的转换精度。内部集成的 2.048V 基准源使差分输入范围达到±2.048V。使用了 I2C 兼容接口，使用了 I2C 串行通信接口。电源电压范围为 2.7V 到 5.5V。MS1100 转换速率为 15、30、60 或 240SPS，集成有可编程增益放大器，增益最高可到 8 倍，在保证精度的条件下也可以测量小信号。在单次转换模式， MS1100 转换结束后会关闭转换，减小了空闲状态时的功耗。 MS1100 用在需要高精度测量及对空间、功耗有一定要求的应用中，典型应用：手持式仪器、工业流程控制和智能变送器

主要特点

I2C 接口

片上基准：2.048V±0.5%；温度漂移：10ppm/°C

内部集成 PGA：1 到 8 倍

内部集成振荡器

16 位无失码精度

INL（积分非线性误差）：0.01%

8 个可用 I2C 地址

可编程输出速率：15SPS 到 240SPS

工作电压范围：2.7V 到 5.5V

低电源功耗：315uA

应用

手持仪器

工业级控制

智能变送器

工业自动化

温度测量

MS1100管脚定义

MS1100管脚说明

功能描述

MS1100 是一个全差分、16 位、自校准、Σ-Δ型模数转换器，由一个带有可调增益的Σ-Δ模数转换器、一个 2.048V 的电压基准、一个时钟振荡器、一个数字滤波器和一个 I2C 接口组成

模/数转换器

MS1100 转换器核由一个差分开关电容Σ-Δ调制器和一个数字滤波器组成。调制器测量正模拟输入和负模拟输入的压差，并将其与基准电压相比较，在 MS1100 中基准电压为 2.048V。数字滤波器从调节器接收高速位流，并输出一个代码，该代码是一个与输入电压成比例的数字。

电压基准

MS1100 含有一个 2.048V 的片内电压基准，该基准通常用作模数转换器的电压基准，不允许接外部基准。MS1100 只能采用内部电压基准，而且该基准不能直接测得也不能被外部电路使用。片内基准的规格是 MS1100 总增益和温漂规格的一部分，转换器漂移误差和增益误差的参数反映了片内电压基准以及转换器内核的性能，对片内电压基准有单独的规定。

时钟振荡器

MS1100 一个特点时片内集成了时钟振荡器，该振荡器驱动调制器和数字滤波器的工作，典型特性图显示了在电源电压和工作温度下数据速率的变化。MS1100 不能采用外部系统时钟工作。

MS1100的典型应用

MS1100 的全差分电压输入非常适应于连接到源极阻抗较低的差分源，如电桥传感器和电热调节器。尽管 MS1100 可读取两极差分信号，但它不能接收输入端的负电压，用户可将 MS1100 的正输入电压执行当作非反向而将负输入当作反向。

在 MS1100 反向时，它在短时尖峰电压中吸收电流。0.1μF 的旁路电容器可从电源中为所需的附加电流提供瞬时脉冲。

上拉电阻对 SDA 和 SCL 线都是必要的，因为 I2C 总线驱动器是漏极开路驱动器。这些电阻的大小取决于总线的工作速度和总线电容，阻值较高的电阻的功耗较低，但会延长总线的转换时间，限制总线速度。

连接多个器件

连接多个 MS1100 到同一条总线是很容易的， MS1100 有 8 种不同版本，每种版本对应一种 I2C 地址。三个 MS1100 连接到同一条总线的接线图如图 5 所示，一条总线上可以连接高达 8 个 MS1100（使用 8 种不同版本的 MS1100）。

注意每条总线仅需一组上拉电阻，用户可能会发现此时需要稍微降低上拉电阻的阻值以补偿由于多个器件带来的附加的总线电容，并且要增加总线的长度。

基于STM32的室内有害气体检测系统设计

摘要 ：随着人们对空气污染的日益关注，空气质量检测已成为智能家居生活的重要组成部分。本文采用STM32、夏普PM2.5检测传感器和MS1100VOC传感器，有效检测空气中PM2.5和甲醛的浓度值，并通过自带的WiFi模块，可实现室内空气质量的远程数据采集、监测等功能。

0 引言

近几年，空气污染问题受到人们越来越多的关注，除了频繁造访的雾霾天气造成的空气污染，室内各种有害气体污染的状况也不容乐观，造成空气污染的物质种类很多，其中最被人们所热议的当属PM2.5和甲醛。

目前市场上已有很多空气质量检测仪，这些空气检测仪功能大多比较单一，只能实现实时检测、实时查看数据的功能，很难实现智能化和远程监测[1]。本课题所做的空气质量检测系统具有高效、便捷、实时检测功能，同时又具有智能化和远程监测等优点，能够实时有效地对空气质量进行监控及预警。

1 系统总体设计概述

1.1 硬件组成电路框图

空气质量检测系统的硬件设计部分主要由电源电路、微处理器、PM2.5传感器、VOC传感器、LCD显示模块、595数码管等级显示等组成，具体如图1所示。

1.2 电路基本工作原理及主要功能介绍

系统经传感器模块采集传感器输出的电压值，将采集到的数据送入单片机进行处理，单片机将处理过后的数据通过WiFi模块发送给智能手机终端，用户可以根据手机上面的数据实时观察家居空气质量的情况；另一方面，用户可以通过智能手机终端向WiFi模块发送指令，WiFi模块再将控制指令发送给单片机，单片机再做出相应的操作，实现用户的远程监控功能。

2 系统硬件电路设计

2.1 微处理器控制单元

本系统采用的是STM32单片机作为处理器，STM32价格便宜，性价比高，拥有一流的外设，具有低功耗、最大集成度、简单结构、处理数据速度快、市场应用广等优点[2]。STM32最小系统如图2所示。

2.2 PM2.5传感器电路

PM2.5传感器的原理：PM2.5传感器中有空气流动的通孔，空气的流动带动粉尘、烟雾等粒子的运动，在PM2.5传感器中带有发光二极管，检测的主要原理就是通过发光二极管散发出的光，经过灰尘的折射，根据接受管所接受到的光量来判断灰尘的浓度，然后再将浓度值转换成电压值由单片机检测[3]。

PM2.5传感器采用的GP2Y1010AU0F粉尘类传感器，相对于其他PM2.5检测传感器，它的封装体积较小，而且可以检测非常细小的颗粒，该传感器检测时间较短，尘埃只要一个脉冲的时间即可被检测到，且还能区分烟和尘埃。具体电路如图3所示。

2.3 甲醛传感器电路

甲醛传感器采用的型号是MS1100-P111VOC，该型号传感器品质好，精准度高，且灵敏度较好，能够测量0.1 ppm浓度的气体，是进口的半导体式传感器，可以检测多种不同的气体[4]。具体电路如图4所示。

2.4 温湿度传感器电路

温湿度传感器采用的型号是DHT11，该型号传感器应用电路简单，具有卓越的长期性和稳定性，且功耗很小，它的相对湿度和温度测量皆有露点，能做到自动休眠。具体电路如图5所示。

2.5 液晶显示电路

液晶显示采用显示屏LCDNokia5110，该屏性价比高，可以显示15个汉字，30个字符，接口较为简单方便，只需要四根数据线、电源和地即可完成液晶的显示部分。不仅如此，该屏传输数据快，工作电压为3.3 V，是低功耗设备。具体电路如图6所示。

3 系统软件设计

本系统采用模块化和层次化的设计方法，采用C语言编程使程序更加可靠，方便开发人员的调试和维护。软件设计主要分为两种：空气中的可入肺颗粒物（PM2.5）检测部分和空气中甲醛含量的检测。系统主程序如图7所示。

PM2.5检测部分软件设计：除了各个部分的初始化之外，最重要的就是单片机对于采集后的数据进行处理。为了能够有效并且实时地检测PM2.5的值，单片机必须能够实时对PM2.5传感器测得值进行采集、处理、显示。

甲醛、温湿度检测部分软件设计：在读取温湿度的值时先跟其进行握手连接，如果握手成功则对其数据进行读取，DHT11的传输数据包括整数和小数，对DHT11按时序进行数据读取，然后在屏幕上显示即可。

4 系统测试与分析

4.1 驱动条件

根据传感器GP2Y1010的数据手册，单片机的驱动条件就是在3脚输入的PWM波的周期。按规格书上所说：占空比3.2%，周期10 ms的脉冲波，在此条件下无尘电压固定，若有变动，无尘电压将随之变动。在设计程序中，如果没有特定的条件，请在推荐范围内操作规范。

此外，根据电源电压，输出电压也会改变。

4.2 硬件连接

图3中传感器引脚1接上150 的电阻，然后接上6脚，6脚接上5 V电源，1脚接上220 F有极性电容，然后接上2、4两个脚，传感器的第三脚是脉冲输入端，单片机送入周期为10 ms的脉冲，5脚为单片机A/D采样点。

需要注意的是：在单片机输入PWM时，有条件的话，要用示波器先观察波形，看输出的波形是否符合要求。传感器的正负不能接反。

4.3 传感器数据处理

传感器所要处理的数据分别为无尘时传感器所测得的峰峰电压值和有灰尘时传感器所测得的电压峰峰值，此处也是传感器数据处理的一个难点，借助Excel表格分别对所取得的数据进行平均滤波处理。具体如图8、图9所示。

由图8、9可知，传感器所测得的数据，在无尘和有尘时唯一的变化是在一个周期内输出的波形的峰峰值，所以在进行数据采集和处理时必须针对其峰峰值。

5 结束语

本文将嵌入式系统、Android应用、WiFi无线网络等技术应用到有害气体检测设计中，实现PM2.5与甲醛检测于一体的有害气体检测系统。测试结果证明，所有功能基本能够实现，测量精准，可靠性高，功耗低。

参考文献

[1] 矫晓敏，尚丽平．应用TDLAS探测气体的误差分析与补偿研究[J]．传感器与微系统，2008，27（3）：70-72，76．

[2] 蔡屹.基于双相锁相放大器的微弱信号矢量测量[J].微计算机信息，2007，23（25）：111-112．

[3] 柏兴洪.基于ARM9的嵌入式气体检测系统硬件平台的设计及研究[D].重庆：重庆大学，2011．

[4] 王杰．基于STM32F103矿用高压隔爆开关综合保护系统的研究与开发[D].天津：河北工业大学，2010．

[5] 黎长云.基于ZigBee的低功耗无线油井传感变送器的研究与设计[D].武汉：湖北工业大学，2011．

传感器ms1100 集成电路单通道16-bit 内置基准模数转换器，替代MCP3421，ADS1100

集成电路单通道16-bit 内置基准模数转换器，替代MCP3421、ADS1100

基于STM32的室内有害气体检测系统设计

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