低功耗、便携式室内空气质量检测系统设计 |
居室、办公室、宾馆、饭店、商场等场合利用的装潢资料中含有大量的有害化学成分如：甲醛等有害气体常引发眼睛跟喉咙苦楚悲伤、皮炎等一系列健康问题，习惯称之为“装潢病”，在导致“装潢病”的诸多物质中甲醛可算是祸首祸首。且甲醛是一种潜在的致癌物质，对人体健康有较大的迫害。专业机构丈量甲醛等有害气体价格昂贵，而且在时光方面受到限度。古代家庭利用的天然气、液化气可能产生泄漏引起爆炸。因此，设计一种低功耗、便携式室内空气品质检测体系存在普遍的利用价值。
1 体系组成及工作原理
该检测体系由MSP430F5529单片机为中心，由传感器、A/D转化模块跟液晶显示模块组合而成。通过MQ138甲醛检测传感器检测室内空气中甲醛浓度，通过ms2200CO检测传感器检测一氧化碳气体，通过空气品质传感器 MQ135传感器检测室内空气中其余有害气体跟可燃气体，AM2301温湿度传感器对现场温湿度进行实时监测，采取MSP430单片机自带的AD转换器对传感器采集的信号进行模数转换，利用段式液晶显示屏显示检测结果。体系结构如图1所示：
2 硬件电路设计
2.1 主控芯片MSP430F5529功能介绍。MSP430F5529是一种16位超低功耗、存在精简指令集的混淆信号处理器。寻址方法丰富，运行速度快，高达25MHz。当体系处于省电的低功耗状况时，中断唤醒只有5μs；并且体积小，电压低，功耗低，实用于须要电池供电的便携式仪器中。此外，内置的A/D转换器的辨别率达到了12位，进步了转换精度，使丈量更加正确，内置A/D转换器进一步降落了功耗。
2.2 MQ138甲醛检测传感器。MQ138传感器的敏感资料是活性很高的金属氧化物半导体，当在空气中加热到一定温度时，产生氧化反应，氧原子吸附电子变成氧负离子，浓度升高。碰到还原气体时氧负离子因产生还原反应导致其名义浓度降落。MQ138传感器模仿信号跟电平信号同时输出，模仿量输出随浓度增加而增加，浓度越高电压越高。用于家庭、环境的挥发物探测装置，适合于醛、醇、酮、芳族化合物的探测，气敏感元件测试浓度范畴：苯 1 to 100pp
M、甲苯10 to 100pp
M、甲醛 1 to 10ppm。MQ138甲醛检测传感器丈量原理图如图2所示。
2.3 MQ135空气品质检测传感器。MQ135空气品质检测传感器用于家庭、环境的有害气体探测装置，适合于氨气、芳族化合物、硫化物、苯系蒸汽、烟雾等气体有害气体的探测；气体敏感元件测试浓度范畴：10 to1000ppm；对硫化物、苯系蒸汽、烟雾等有害气体存在很高的灵敏度；存在长期的利用寿命跟坚固的牢固性。MQ135空气品质检测传感器丈量原理图如图3所示。
2.4 ms2200CO检测传感器。ms2200CO检测传感器用于检测一氧化碳气体，工作在-10至60摄氏度，检测浓度范畴：0-1000ppm（CO气体）；对一氧化碳、烟、HC挥发气体有高灵敏度，可用于该类气体定性检测；存在利用寿命长跟牢固性坚固等特点。ms2200CO检测传感器丈量原理图如图4所示。
2.5 AM2301温湿度传感器。AM2301传感器又叫DHT21传感器，是一款含有已校准数字信号输出的复合式温湿度传感器。该传感器包含一个电容式感湿元件跟一个NTC感温元件，并与高机能单片机相连。
2.6 报警体系。为了使本体系对室内空气品德的监测更为直观，采取了由显示屏跟一个蜂鸣器形成的声光报警电路。其中对应每一种有毒气体都有一红一绿两个发光二极管与其对应，畸形情况下对应绿色的发光二极管亮，蜂鸣器不响；当气体的浓度超标时，对应红色的发光二极管亮，并启动蜂鸣器。
2.7 AD转换电路。气体传感器出来的信号是模仿信号，而微处理器MSP430F5529只能处理数字信号，故须要对模仿信号信号进行转换，将其转换为处理器能识别的数字信号，因为经过放大电路出来的模仿电压变更范畴在0～3V，故采取MSP430F5529单片机自带AD进行模数转换。
MSP430F5529对输入模仿量请求：信号单极性，电压范畴是0-3V，若信号太小，必须进行放大；输入的模仿量在转换进程中应当坚持不变，如若模仿量变更太快，则需在输入前增加采样坚持电路。ADC0809的时序接口为51系列单片机的标准总线接口，操作便利，如同对存储器或I/O操作一样，A/D转换精度为8比特，满意本课题请求。输入的模仿电压为0～3V，一次A/D转换时光为100μS。
2.8 超低功耗。MSP430F5529连续了MSP430单片机超低功耗的特点，可能软件配置6种超低功耗模式，其处理功耗（1.8～3.6V，0.1A/Power-down，0.8?A/Standby，250?A/MIPS）跟口线输入漏电流（最大50mA）在业界都是最低的。可能满意本体系对超低功耗的请求，实现电池供电。
2.9 液晶显示模块。本体系所要显示的数据一共有5个，分辨是两种有毒气体的浓度跟室内的温度、湿度，显示模块采取单片机自带的段式显示屏。这种LCD是102x64矩阵LCD，带背光，驱动简单，实用于耗电量小为便携式利用的场合。
3 软件电路剖析 体系软件流程图如图5所示。
4 体系实验计划
4.1 温湿度检测模块设计实验计划。抉择AM2301模块进行温湿度传感器对现场温湿度进行实时监测，将测得数据与标准温湿度表进行比较，修改室内空气检测体系丈量正确度。
4.2 有毒气体检测模块设计实验计划。有害气体检测模块与MSP430单片机连接，利用单片机内置的A/D转换器将气体检测传感器模块输出的气体浓度信息转换为数字信号，并在显示屏上显示出来，将显示出来的值与标准有害气体浓度比较较，修改室内空气品质检测体系丈量正确度。
5 结束语
检测室内甲醛气体浓度跟可燃气体（甲烷、丙烷等）；还可检测室内温度、湿度；可实时显示甲醛浓度读数、温度、湿度读数。体积小，分量轻，携带便利；采取电池供电，体系功耗低，价格低；适合家庭利用的空气品质检测体系。
室内空气检测
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