基于MSP430的便携式空气质量检测仪技术研究

关玥

摘 要：实时地检测空气质量，反映空气状况，以及改善空气质量水平成为了一个热点。本文对利用基于MSP430来检测室内空气质量的相关问题进行了阐述与探讨，以得到设计并研发便携式空气质量检测仪对生态文明的现实意义。

关键词：空气质量检测；MSP430；便携

一、引言

便携式家用空气质量检测仪是一种可对室内空气温度、湿度、细颗粒物的进行预警监测的家用机器，有利于进行全方位的评价室内空气质量，为人类营造一个健康的室内生存空间。此仪器体积小，更便携，功耗低，操作简单，能够帮助用户随时随地掌握周围环境的空气状况。

本文以MSP430单片机作为便携式家用空气质量检测仪的系统控制器，利用温湿度传感器和光学灰尘传感器对空气环境进行检测，再通过采集传感器搜集数据，综合判断当前空气的温湿度以及细颗粒物浓度，进而得出一个具体数值，即为空气质量指数，并显示在仪器的LCD屏幕上，方便用户得知所在环境的空气质量优劣，从而采取措施改善空气质量。

二、便携式空气质量检测仪系统设计

设计的系统主要选用MP430作为系统的控制器，是16位的单片机，具有丰富的寻址方式及大量的模拟指令；其大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算。这些特点从而保证了源程序的高效性。

（一）系统硬件设计

便携式空气质量检测仪主要系统框图如图1所示，由温湿度传感器、光学灰尘传感器、按键电路、模数转换电路、MSP430控制器及LCD显示屏组成。

（二）SHT1x数字温湿度传感器

数字温湿度传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，并在同一芯片上，与A/D转换器以及串行接口电路实现无缝连接。传感器芯片都在极为精确的湿度腔室中进行标定，校准系数以程序形式储存在OTP内存中，用于内部的信号校准。两线制的串行接口与内部的电压调整，使外围系统集成变得快速而简单。

（三）GP2Y1010AU0F灰尘传感器

灰尘传感器通过光学传感系统来实现。它可以通过检测空气中灰尘的反射光从而测量，并且可测量极为细小的颗粒，即0.8微米以上的微小粒子，感知烟草产生的烟气和花粉，房屋粉尘等。它体积小，重量轻，便于安装。其主要参数灰尘传感器GP2Y1010AU灵敏度0.5V/（0.1mg/m3）

（四）ADS1286模数转换电路

ADS1286 为12位分辨率的微功耗的A/D转换芯片，20KHZ采样频率，较高的分辨率减小了A/D转换时的量化误差，保证了测量系统的高精度。它可将光学灰尘传感器中发送的模拟信号转换成数字信号从而进入单片机进行处理分析，为分析处理做了较好的铺垫作用。

（五）MSP430控制器

本方案选用的MSP430G系列中的G2553型单片机。基本时钟模块、数字I/O、看门狗、定时器A、串行通信接口的I2C和SPI协议、比较器A、ADC10等是在工作中使用频率较高的模块。其工作电压范围：1.8V to 3.6V，拥有2KB Flash和128B RAM，通用I/O口支持管脚功能复用。MSP430单片机相对于51等其他单片机的优势在于其可操作性相对好一些，很多标准在出厂设置时便已经固化在其中，用户可以轻松的在msp430g2553.h库文件中直接调用相应语句来实现相应的功能，非常适合于精准测量的高性能模拟，并且MSP430的一个亮点就是低功耗，在执行较大工程时会节省资源并延长电池寿命。另外，16位RISC CPU可使用一小部分代码来实现全新应用，系统内可编程闪存允许灵活代码变化、字段升级和数据记录。

（六）数据显示单元

显示单元主要由一种可管理键盘和LED显示器的专用智能芯片控制，选用的是比高公司的HD7279A芯片。它能对8位共阴极LED显示器或64个LED发光管进行管理和驱动，同时能对多达8×8的键盘矩阵的按键情况进行监视，具有自动消除键抖动并识别按键代码的功能，从而可以提高CPU工作的效率。和微处理器之间采用串行接口，其接口电路和外围电路简单，占用口线少。

LCD屏上可同时显示当前环境的湿度、温度、细颗粒物浓度的数值，且提供LCD背光控制功能，可通过按键打开或关闭LCD屏幕背光。

三、 結论

目前的空气质量是我们极为重视的一项指标，这种简易的空气质量检测仪可以为许多用户带来方便。经过实际测试与对比，在LCD屏上显示的温度、PM2.5指数等数值比较准确。本品主要的MSP430芯片具有灵活应用性，可以对系统的软件进行定时的优化从而保证品质，使得产品使用时间更长久。