MSP430单片机在甲醛检测仪中的应用

1 引 言

    随着生活质量的提高，人们越来越重视生活环境问题。甲醛是一种日常生活中常见的有毒性气体，某些工作场所与居室环境中的甲醛含量大大超过安全范围，对生命健康造成很大威胁。关于甲醛的监测方法和仪器装置的研究已经成为近年来分析化学研究的一个热点^[1]。空气中甲醛检测方法有多种，其中，酚试剂分光光度法是国家规定的标准方法_^[2-3]，但是酚试剂分光光度法检测甲醛检测步骤烦琐，要求严格。针对这些缺点，利用低功耗高精度的 MSP430 单片机，设计了一种操作简单、性能稳定的光电式甲醛检测仪，使得整个检测过程只需操作一个按键即可完成，检测时间和同类仪器相比也缩短不少。

2 测量原理

    仪器主要工作原理为在装有酚试剂的吸收管内定量采集空气，空气中的甲醛与酚试剂反应生成嗪，加入显色剂，嗪与显色剂作用生成蓝绿色化合物，根据朗伯－比尔定律，进行比色定量，得出空气中甲醛含量。这种方法不受乙醛干扰，测试过程简便、稳定性好、精度较高，缺点是样品采集时间较长，且生成稳定的显色物质需要较长时间，时间长短依赖反映过程所处环境温度^[4]采用此法的检出限为 0.1 μg/5 mL，当采样体积为时 10 L 时，最低检出浓度为 0.01mg/m^{3 [5]}。

3 系统设计

    甲醛检测仪控制系统组成如图1 所示，主要包含以下几个部分：主控 CPU、光信号调理、空气采样、移液控制、显色反应温控控制、LCD显示以及通讯模块。

    光电式甲醛检测仪通过仪器中的光路和液路系统，在 MSP430 的控制下来完成空气中甲醛的检测过程。仪器中加入液路和气路装置，使得空气采集、显色反应和比色定量均能够在仪器中自动完成，无需人工操作。

    仪器的核心控制部件采用 MSP430 系列单片机，该单片机是德州仪器（TI）公司推出的超低功耗FLASH 型 16 位单片机，其型号较多，根据系统功能及 外 围 电 路 接 口 要 求 ， 选 用 的 具 体 型 号 为MSP430F135，它具有丰富的内部硬件资源，是一款性价比极高的工业级芯片。仪器的大部分硬件功能均可以在 MSP430 中实现，大大简化了系统的接口设计，也减少了仪器元件的数量和功耗，系统可靠性也大为提高。

    MSP430F135 主要特点包括：

    （1）单片机在低供电压 1.8～3.6 V、1 MHz 时钟条件下工作时工作电流视不同模式为 0.1～400 μA，有 5 种低功耗超低电流消耗模式，单片机从等待方式唤醒时间为 6μs；