ELECTRONICS WORLD?技术交流
便携式空气质量监测仪的研究
江汉大学物理与信息工程学院何鑫杜国庆梅力阮晶晶
【摘要】本文介绍了便携式空气质量监測仪的设计。本系统由电源、MSP430单片机、传感器、无线收发、声光报警,
排气驱动、液晶显示及电脑上位机实时监测八个模块构成。实际电路測试表明该系统能够对甲醛、粉尘、(:()2等有害
物质的浓度以及室内温湿度进行实时监測,并能结合室内换气系统对有害气体进行及时处理,为人们创造一个舒适健
康的生活环境。
【关键词)MSP430;传感器;无线收发;声光报警;上位机
后输出电压为5V电压,输出电流可以达到150mA和输出
精度可以达到正负4%。AS1117电源稳压芯片的输入最大
1引言
的电压为I5V,输出的电压可以为1.8V、2.8V和3.3V等
本电路的电源芯片AS1117输出电压为3.3V,为控制芯片
空气质量的好坏是依据空气中污染物浓度的高低来提供电源。本电路的设计原理把外界提供的电源进行降
判断的。当今,人类正面临“煤烟污染”、“光化学烟压为5V,实现提供给控制芯片的其他的外围的电路使
雾污染”之后,又出现了“室内空气污染”为主的第三用。然后电源模块再进行第二次降压稳压,利用AS1117
次环境污染。所以此系统旨在实现室内空气温混度度、把5V的电压降到3.3V,为控制芯片提供可使用的电源。
煤气、烟雾等气体的警监测,有利于进行全方位的反本系统其电源模块设计如图2和图3所示。
映
室内空气质量,为人类营造一个健康的室内生存空
间。此空气质量檢测仪体积小,功耗低,操作筒单,适
合应用于家庭和社区的医疗健康保健,能够实时知道室
D114007
Vout
内空气的质量。
GND
2系统设计框架
电源上电,各个传感器开始工作,把采集到的空气质
量数据发给主控芯片,主控机接收到数据并进行处理后由
液晶进行显示,由无线发送模块传给PC上位机端,并且
图2系统电源模块设计图
当室内或待检测的区域空气质量不达标时,能及时在液
t2 ASII7
晶和PC上显示其空气质量状态并声光报警,且控制排风
扇等排气设备的启动,使区域内有害气体浓度降低至对
In
人无害的浓度。系统框图如图1所示。
10
单
PC电脑
气,来果片机
茂品显示模央
上?机
DS1320温定采集块
产光很坎
从机)
DHT度采模块
排气驱动坎
图3系统电源模块设计图
图1系统框图
3.2中央处理器模块
MSP430F149さ片是美国德州仪器公司推出的16位
3系统硬件设计
超低功耗微处理器,有60KB+256字节 ELASI和2 KB RAMI
MSP430F149片内具有基本时钟模块和看门狗定时器,而
3.1电源电路的设计
且还同时拥有捕获/比较寄存器、PWM波输出的定时器
本系统电源采用的电源稳压芯片是78L05和AS1117,具有中断功能的并行端口、模拟比较器、模数转換器、
78L05电源稳压芯片的输入电压为7ー18V的电压,稳压之串行通信接口等模块。它具有处理能力强、运行速度
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快、资源丰富、开发方便等优点,有很高的性价比,在3.6无线收发模块
国内已经得到了广泛的应用。
本系统采用IIC-06蓝牙模块。它是一款高性能的蓝牙
3.3传感器模块
申口模块,可以同各种带蓝牙功能的电脑、蓝牙主机、
MQ2
烟雾传感器具有以下几个特点:(1)具有信号输出指手机、PDA、PSIP等智能终端配对,该模块支持非常宽的
示。(2)双路信号输出(模拟量输出及T电平输出)。(3)T.波特率范団:4800-1382400,并且模块兼容5或3.3V
输出有效信号为低电平(当输出低电平时信号灯亮,可直接接单片机系统,可以很方使与产品进行连接。使用非常灵
単片机)。(4)模拟量输05V电压,浓度越高电压越高。(5)对活、简单。
液化气,天然气,城市煤气有较好的灵敏度。(6)具有长期的
使用寿命和可靠的稳定性。(7の快速的响应恢复特性.其适用4上位机监控系统设计
于家庭或工厂的气体沚漏监测装置,适宜于液化气、丁烷
丙烷、甲烷、酒精、氰气、烟雾等监测装置
我们采用C编程以实现上位机界面的制作以及这种
MQ135室气质量检测传感器和MQ2传感器类似,它自动接收控制。此上位机不仅可以实现其基本空气质量
具有其上.述所的(1)、(2)、(3)、(4)、(6)、(7)儿个特监控功能,它也可以作为一个音乐播放器来使用,这给
点,不同的是它对硫化物、苯系蒸汽、烟雾等有害气体了用户很好的体验,为他们营造了一个舒适健康的生活
具有很高的灵敏度;其适用于于家庭、环境的有害气体环境。其界面如图5,图6所示。
探测装置,适宜于氨气、芳族化合物、硫化物、苯系蒸
汽、烟雾等有害气体的探测
室内空气质量监控仪上位机
江双大学出品
庭手
DS18B20温度传感器适应电压范围宽,测温范围为
串口设置
55℃~+125℃,具有独特的单线接口方式,在与微处
Wel(-)
理器连接时仅需一条口线即可实现与微处理器的双向通
室内温度
讯。它也支持多点组网功能,来实现多点测温,其在使
14.9℃
用中不需要任何外围元件,可编程的分辨率为9~12位
停止位:1bit
室内温度
46.0%
对应的可分辨温度分別为0.5℃、0.25℃、0.125℃和
美
烟雾类浓度
0.0625℃,这可实现高精度的快速测温。
口
1.40V
DHT!1温湿度传感器可以检测周围环境的混度和温
甲类浓度
度,其适应电压范围宽,测湿范围为20%-95%,测温范围
率口打开成功
1.82V
为0℃~50℃。它在与微处理器连接时也仅需一条口线即
可实现与微处理器的双向通讯。
3.4液晶显示模块
图5上位机监控系统界面图
该系统采用TT彩屏作为系统的显示模块。TFTI.CD
内气量当
液晶模块尺寸大小为2.4英寸,它的像素为240*320,色彩
室内空气质量监控仪上位机
深度为16位色。且T模块的操作非常方便,如果需要改
江大学出品
变其像素的颜色时,只需要改变其对应的字节数即可。
空气质量情况
号:
3.5声光报警模块
回回回回回
Waring
!
神家;
位:无
室内温度
其电路如图4所示。
15.1℃
保止位:pt
寔内温度
47.0%
烟雾类浓度
R4
30V
PNP
值息星示
甲醛类浓度
D5
IS1
串口打开成功
0.99V
YLED2
Buzzer
图4声光报警模块电路图
图6上位机监控系统界面图