一种便携式多参数环境监测仪的设计

一字符发送完，TXWake位被自动清除，引起发送中断UTXIFG。在串口发送中断服务程序内，用户可依次发送完整数据块，再重置RS485接收状态。

2.5 电源控制

本仪器采用1节3.6V/4Ah锂离子电池。为保证多路供电及模拟信号测量的精度，设计了以ADP3302AR1双低压差线性电源稳压芯片（U3）为主的电源控制电路，完成以下功能；

·电源通断。按键盘“ON”键，U3的SD1脚为高电平，OUT1脚输出仪器所需主电源Vcc，单片机P1.5脚送来高电平互锁信号，使“ON”键松开后，OUT1维持输出；按键盘“OFF”键，单片机P1.5脚送出低电平，关断OUT1脚输出；U3的OUT2脚输出模拟测量电路所需的3V，测量电源可单独切合，由单片机P2.0脚的电平控制。

·电池电压监测。U3的加载电压应不低于3V，否则不能正常工作。单片机的片内比较器A有多个基准，选择其中之一0.5×Vcc=1.5V，电池正极通过分压电阻直连比较器输入脚CA0。当电池电压低于设定值时，触发比较器A中断，在中断服务程序内，驱动LCD告警显示，提示用户对电流进行充电（使用外部充电适配器）。

·自动关机。每次测试完毕，如果不再操作，则通过定时器比较/捕获0中断计时；5分钟后，单片机P1.5脚送出低电平，OUT1脚输出0V，从而切断仪器电源实现自动关机。

3 软件设计

检测仪的软件用MSP430汇编语言编制。为了方便程序调度和提高可靠性，软件采用模块化结构，主要由初始化程序、主程序、子程序、参数表格等组成。

3.1软件功能与特点

单片机系统上电后，进入初始化程序，完成片内各模块的设置、清LCD存储器、端口设定等初始化工作，然后转入主程序，开启中断，循环设置低功耗模式并执行空操作。

本软件设计的一大特点是采用中断事件驱动技术，其目的在于降低功耗。在主程序设置LPM0低功耗模式（55μA）后，CPU即补禁止，外围模块维持活动，并等待各类中断事件。如有中断，CPU被唤醒并执行各种中断服务子程序完成事件处理。

每次执行完中断服务子程序返回，在主程序中又重置LPM0低功耗模式，并等待下一个中断事件的到来，如此往复，可使系统多数时间处于低功耗运行。

本设计另一特点是利用MSP430F437的高效查表功能，编制了气体浓度测量的非线性校正和湿度补偿表格，极大地提高了程序运行速度和采集精度。表格的生成是在有限个数据基础上，通过拉格朗日插值进行曲线拟合[3]获得。具体步骤如下：

（1）在湿度5%RH情况下，测量典型气敏传感器在不同气体浓度点C时，ADC12转换存储寄存器中对应的数字量结果Nc。测试中，在10～300ppm范围内等距离取10个浓度点；

（2）使用曲线拟合的方法，并结合关系式（3），拟合出5%RH时数字量Nc与气体浓度C间的连续曲线，将曲线按1ppm的间隔离散化后，存入段25中；

（3）分别在20%RH、35%RH、50%RH、65%RH、80%RH、95%RH的湿度下，重复上述测量与数据处理过程，形成6条不同湿度下的Nc-C的非线性曲线，存在段26～31中。

需要注意：正常时采样得到数字量Nc和当前湿度值后，先查该湿度所在范围对应的上下两条曲线，即根据Nc并使用线性插值得到上下两个气体浓度值，再根据当前湿度并使用线性插值得到湿度补偿后的最终气体浓度值。

3.2 软件流程举例

本检测仪的程序众多。限于篇幅，仅介绍有特色的Flash数据保存于程序以及较为关键的ADC12子程序。

MSP430F437可通过JTAG接口或片内BOOT ROM下载调试修改程序，甚至允许用户程序在运行中将采集处理的数据快速安全地保存到Flash存储器中，而无须任何外接器件。数据保存要用快速的段写入方法和写字节序列模式，写入电流小（3mA），写入速度快（≤25ms/512字节，远超过串行EEPROM的页写速度5ms/16字节），10万写入次数，100年数据保存。每次采集处理完毕，即将16字节/批数据“批号-时间-环境参数”存入段32～63。图3为16字节数据存入的程序框图，其中Lock、Busy、SEG WRT、WRT、Wait是Flash控制寄存器内涉及编程的各控制位或状态位。

ADC12子程序用于环境参数测量。当按下测量键或采样时间到，定时器A的OUT1启动序列通道单次转换，ADC12自行按A0～A3的采样顺序循环采集各环境参数，并将转换结果保存到存储寄存器ADC12MEM0～ADC12MEM11中。序列转换完成后，将置位ADC12中断请求标志ADCIFG。

单片机响应中断进入ADC12子程序后，先关闭测量电源以降低功耗，再读取存储寄存器ADC12MEM0～ADC12MEM11中的转换结果，并使用中值滤波得到各环境参数对应的测量数字值。结合关系式（1）(2)(4)依次计算温度、湿度、光照度的最终结果；对于气体浓