一種便攜式多參數(shù)環(huán)境監(jiān)測儀器的設(shè)計(jì)
本文以智能建筑為應(yīng)用背景,介紹一種通用性很強(qiáng)的便攜式多參數(shù)環(huán)境監(jiān)測儀。它以ＭＳＰ４３０Ｆ４３７超低功耗單片機(jī)為核心,配置新式的微型低功耗傳感器,實(shí)現(xiàn)了建筑物內(nèi)溫度、濕度、光照度、有害氣體濃度等參數(shù)的采集處理、存儲、通信等功能。文中詳細(xì)闡明了傳感器的選取、硬件結(jié)構(gòu)、軟件流程等相關(guān)技術(shù),并指出該儀器的特點(diǎn)和優(yōu)勢。
１ 傳感器的選取
傳感器是決定監(jiān)測儀精度的關(guān)鍵元件。傳感器的選擇主要依據(jù)工作環(huán)境、測量精度、線性度、互換性、靈敏度、響應(yīng)速度、穩(wěn)定性、功耗、體積大小以及易于與ＭＣＵ接口等。本監(jiān)測儀選用的各類傳感器分別為：集成溫度傳感器ＴＭＰ３５、集成濕度傳感器ＨＭ１５００、熱線型半導(dǎo)體氣敏傳感器ＭＲ５１１以及集成光照度傳感器ＴＳＬ２５３。與同類產(chǎn)品相比,它們在上述方面有一定的優(yōu)點(diǎn),很適合便攜式儀表使用。
ＴＭＰ３５電壓輸出量與被測溫度Ｔ成線性關(guān)系,其式如１;ＨＭ１５００輸出量為電壓,與被測濕度％ＲＨ成正比,且與溫度Ｔ有關(guān)系,其式如２;ＭＲ５１１內(nèi)有溫度補(bǔ)償,其輸出電壓與被測氣體濃度Ｃ成近似線性關(guān)系（線性度≤±５％）,其式如３,式中ＮＣ為器件靈敏度,環(huán)境濕度對ＶＣ的值有影響;ＴＳＬ２５３電壓輸出量與被測光照度Ｅｅ成正比,且與溫度Ｔ有關(guān),其式如４,式中Ｎｅ為傳感器的靈敏度。
ＶＴ＝１０×ＴｍＶ１
ＶＲＨ＝６００×（％ＲＨ＋３８．５）／３９．１－０．０５６ＴｍＶ２
ＶＣ＝ＮＣ×ＣｍＶ３
ＶＥｅ＝（Ｎｅ×Ｅｅ）×（１．０５－０．００２Ｔ）ｍＶ ４
上述各式說明,高精度的監(jiān)測儀必須考慮傳感器的非線性、溫濕度影響、測量誤差及環(huán)境誤差等問題,尤其要著重解決測量中的非線性校正及溫濕度補(bǔ)償。在布置印刷電路板時(shí)應(yīng)盡量減少引線電阻和分布電容以降低測量誤差。在電路設(shè)計(jì)上要加線性化處理電路及溫濕度補(bǔ)償電路,或借助于單片機(jī)系統(tǒng),由軟件查表等方法進(jìn)行處理、修正（用軟件實(shí)現(xiàn)傳感器的校正補(bǔ)償功能可降低儀器功耗）。如有可能可用標(biāo)準(zhǔn)測量儀進(jìn)行校準(zhǔn),以提高測量精度。
監(jiān)測儀主要由ＭＳＰ４３０單片機(jī)、測量轉(zhuǎn)換、鍵盤顯示、串口通信、電池電源等部分組成。電路中器件很少,功耗較低且功能強(qiáng)大。具體硬件電路原理圖如圖１所示。
２．１ ＭＳＰ４３０單片機(jī)
單片機(jī)系統(tǒng)是監(jiān)測儀的核心,它完成儀器的功能設(shè)定、測量對象選擇、信號處理存儲、狀態(tài)信息顯示、數(shù)據(jù)通訊等功能。相對于ＭＣＳ５１、ＭＣＳ９６及ＰＩＣ１等系列,ＴＩ公司帶閃速存儲器的ＭＳＰ４３０Ｆ系列超低功耗單片機(jī)有著很大的優(yōu)勢。ＭＳＰ４３０Ｆ單片機(jī)有多種型號,其功能組合各異,能滿足不同應(yīng)用場合的要求。本設(shè)計(jì)采用ＭＳＰ４３０Ｆ４３７,它的主要特點(diǎn)２如下：
