基于MSP430的便攜式空氣質(zhì)量檢測(cè)儀技術(shù)研究

關(guān)玥

摘 要：實(shí)時(shí)地檢測(cè)空氣質(zhì)量，反映空氣狀況，以及改善空氣質(zhì)量水平成為了一個(gè)熱點(diǎn)。本文對(duì)利用基于MSP430來檢測(cè)室內(nèi)空氣質(zhì)量的相關(guān)問題進(jìn)行了闡述與探討，以得到設(shè)計(jì)并研發(fā)便攜式空氣質(zhì)量檢測(cè)儀對(duì)生態(tài)文明的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：空氣質(zhì)量檢測(cè)；MSP430；便攜

一、引言

便攜式家用空氣質(zhì)量檢測(cè)儀是一種可對(duì)室內(nèi)空氣溫度、濕度、細(xì)顆粒物的進(jìn)行預(yù)警監(jiān)測(cè)的家用機(jī)器，有利于進(jìn)行全方位的評(píng)價(jià)室內(nèi)空氣質(zhì)量，為人類營造一個(gè)健康的室內(nèi)生存空間。此儀器體積小，更便攜，功耗低，操作簡單，能夠幫助用戶隨時(shí)隨地掌握周圍環(huán)境的空氣狀況。

本文以MSP430單片機(jī)作為便攜式家用空氣質(zhì)量檢測(cè)儀的系統(tǒng)控制器，利用溫濕度傳感器和光學(xué)灰塵傳感器對(duì)空氣環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，再通過采集傳感器搜集數(shù)據(jù)，綜合判斷當(dāng)前空氣的溫濕度以及細(xì)顆粒物濃度，進(jìn)而得出一個(gè)具體數(shù)值，即為空氣質(zhì)量指數(shù)，并顯示在儀器的LCD屏幕上，方便用戶得知所在環(huán)境的空氣質(zhì)量優(yōu)劣，從而采取措施改善空氣質(zhì)量。

二、便攜式空氣質(zhì)量檢測(cè)儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要選用MP430作為系統(tǒng)的控制器，是16位的單片機(jī)，具有豐富的尋址方式及大量的模擬指令；其大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算。這些特點(diǎn)從而保證了源程序的高效性。

（一）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

便攜式空氣質(zhì)量檢測(cè)儀主要系統(tǒng)框圖如圖1所示，由溫濕度傳感器、光學(xué)灰塵傳感器、按鍵電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、MSP430控制器及LCD顯示屏組成。

（二）SHT1x數(shù)字溫濕度傳感器

數(shù)字溫濕度傳感器包括一個(gè)電容性聚合體測(cè)濕敏感元件、一個(gè)用能隙材料制成的測(cè)溫元件，并在同一芯片上，與A/D轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路實(shí)現(xiàn)無縫連接。傳感器芯片都在極為精確的濕度腔室中進(jìn)行標(biāo)定，校準(zhǔn)系數(shù)以程序形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，用于內(nèi)部的信號(hào)校準(zhǔn)。兩線制的串行接口與內(nèi)部的電壓調(diào)整，使外圍系統(tǒng)集成變得快速而簡單。

（三）GP2Y1010AU0F灰塵傳感器

灰塵傳感器通過光學(xué)傳感系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。它可以通過檢測(cè)空氣中灰塵的反射光從而測(cè)量，并且可測(cè)量極為細(xì)小的顆粒，即0.8微米以上的微小粒子，感知煙草產(chǎn)生的煙氣和花粉，房屋粉塵等。它體積小，重量輕，便于安裝。其主要參數(shù)灰塵傳感器GP2Y1010AU靈敏度0.5V/（0.1mg/m3）

（四）ADS1286模數(shù)轉(zhuǎn)換電路

ADS1286 為12位分辨率的微功耗的A/D轉(zhuǎn)換芯片，20KHZ采樣頻率，較高的分辨率減小了A/D轉(zhuǎn)換時(shí)的量化誤差，保證了測(cè)量系統(tǒng)的高精度。它可將光學(xué)灰塵傳感器中發(fā)送的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)從而進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行處理分析，為分析處理做了較好的鋪墊作用。

（五）MSP430控制器

本方案選用的MSP430G系列中的G2553型單片機(jī)。基本時(shí)鐘模塊、數(shù)字I/O、看門狗、定時(shí)器A、串行通信接口的I2C和SPI協(xié)議、比較器A、ADC10等是在工作中使用頻率較高的模塊。其工作電壓范圍：1.8V to 3.6V，擁有2KB Flash和128B RAM，通用I/O口支持管腳功能復(fù)用。MSP430單片機(jī)相對(duì)于51等其他單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于其可操作性相對(duì)好一些，很多標(biāo)準(zhǔn)在出廠設(shè)置時(shí)便已經(jīng)固化在其中，用戶可以輕松的在msp430g2553.h庫文件中直接調(diào)用相應(yīng)語句來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，非常適合于精準(zhǔn)測(cè)量的高性能模擬，并且MSP430的一個(gè)亮點(diǎn)就是低功耗，在執(zhí)行較大工程時(shí)會(huì)節(jié)省資源并延長電池壽命。另外，16位RISC CPU可使用一小部分代碼來實(shí)現(xiàn)全新應(yīng)用，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存允許靈活代碼變化、字段升級(jí)和數(shù)據(jù)記錄。

（六）數(shù)據(jù)顯示單元

顯示單元主要由一種可管理鍵盤和LED顯示器的專用智能芯片控制，選用的是比高公司的HD7279A芯片。它能對(duì)8位共陰極LED顯示器或64個(gè)LED發(fā)光管進(jìn)行管理和驅(qū)動(dòng)，同時(shí)能對(duì)多達(dá)8×8的鍵盤矩陣的按鍵情況進(jìn)行監(jiān)視，具有自動(dòng)消除鍵抖動(dòng)并識(shí)別按鍵代碼的功能，從而可以提高CPU工作的效率。和微處理器之間采用串行接口，其接口電路和外圍電路簡單，占用口線少。

LCD屏上可同時(shí)顯示當(dāng)前環(huán)境的濕度、溫度、細(xì)顆粒物濃度的數(shù)值，且提供LCD背光控制功能，可通過按鍵打開或關(guān)閉LCD屏幕背光。

三、 結(jié)論

目前的空氣質(zhì)量是我們極為重視的一項(xiàng)指標(biāo)，這種簡易的空氣質(zhì)量檢測(cè)儀可以為許多用戶帶來方便。經(jīng)過實(shí)際測(cè)試與對(duì)比，在LCD屏上顯示的溫度、PM2.5指數(shù)等數(shù)值比較準(zhǔn)確。本品主要的MSP430芯片具有靈活應(yīng)用性，可以對(duì)系統(tǒng)的軟件進(jìn)行定時(shí)的優(yōu)化從而保證品質(zhì)，使得產(chǎn)品使用時(shí)間更長久。