基于MSP430單片機的新型家用煙霧報警器設計

摘要：隨著人類社會的發展與進步，現代家庭所用的電量和瓦斯量正在逐年增加，火災發生的頻率越來越高。在全球每年發生火災600-700萬起之中，住宅火災發生率約占80%以上。如何提前發現住宅火災并及時采取控制措施，保障居民的生命財產安全，是當前社會面臨的一大課題。本文介紹了以MSP430單片機為核心器件，結合MQ-2型煙霧傳感器設計了一款新型煙霧報警器，并且詳細介紹了系統的硬件組成和軟件設計方案。實踐表明，該報警器具有功耗低、可靠性強、靈敏度高、價格合理等特點。

關鍵詞：MSP430單片機；煙霧；傳感器；報警器

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2012） 14-0009-01

一、煙霧報警器系統總體設計方案

煙霧報警器的主要功能是分析環境中的煙霧濃度并報警。它由煙霧檢測模塊、單片機控制電路、報警電路、LED顯示器和電源五部分組成。煙霧檢測模塊選用MQ-2型煙霧傳感器，它能將煙霧信號轉化為模擬的電信號，該信號經過放大以后傳遞給MSP430單片機片內A/D轉換器轉換成數字信號，單片機對數字信號進行分析處理，看結果是否大于設定的門限值，若大于預設值則啟動報警裝置，發出警報信息，否則為正常狀態。

二、硬件電路設計

信號采集系統采用的是MQ-2型煙霧傳感器。它是一種技術先進、工作可靠度高的離子式煙霧傳感器，其性能優于其它氣敏電阻傳感器。具有抗腐蝕能力強、高靈敏度、結構簡單、功耗小、成本低、維護簡便等特點。對火災初期各類燃燒物質引燃階段產生的不可見及可見煙霧，檢測穩定可靠，且能有效地防止粉塵干擾所引起的非火災誤報。其檢測電路如圖1所示

MQ-2型煙霧傳感器的工作原理：當火災場所發生的煙霧進入到監測電離室，位于電離室中的檢測源镅241放射a射線，使電離室內的空氣電離生成正負離子。在正常的情況下，內外電離室的電流、電壓都是穩定的，離子處于平衡狀態；火災發生初期釋放的氣溶膠亞微粒子及可見煙霧大量進入外電離室，吸附并中和正負離子，使電離電流急劇減少，破壞電離平衡狀態，輸出檢測電信號，經后級電路處理識別后，發出報警，并向配套監控系統輸出報警開關信號。

結構特征：整機電路由穩壓、信號檢測、信號處理、比較觸發、信號輸出等電路組成。

主要技術指標：工作電壓：5.0±0.2V（DC）；報警即時；采用聲光報警方式；自動解除報警接觸方式；電壓信號輸出；無煙時對應低電平，有煙時對應高電平的信號輸出方式。

信號處理系統采用MSP430F2272型單片機。

MSP430系列單片機是由美國德州儀器公司1996年開始向市場推出的一種16位混合信號信號處理器。將多個不同功能的模擬電路、數字電路、微處理器集中在一個芯片上，使它更加符合工程設計的要求。

MSP430系列單片機具有以下特點：

（一）超低的功耗。其電源電壓在1.5-6V之間，待機模式時電流小于0.1μA，適合電池供電。它具有兩種不同的時鐘系統，五種低功耗模式，可嵌套中斷，內部模塊可以關閉。

（二）強大的處理能力。采用RISC結構的16位單片機，具有硬件乘法器，DMA模塊，可實現FFT、DTMF等算法。

（三）豐富的片內片外模塊。這包括時鐘模塊由高速晶體振蕩器、低速晶體振蕩器、數字控制振蕩器DCO及鎖頻環FFL、多通道高精度的ADC和DAC、電源電壓監控模塊SVS、片內模擬比較器、多個具有PWM功能的定時器、片內USART、液晶驅動器、硬件乘法器、看門狗定時器（WDT）、基本定時器、定時器A、定時器B、大量的I/O端口以及大容量的片內存儲器等。MSP430系列單片機的這些片內外設為系統的單片解決方案提供了極大的方便。

（四）方便高效的開發環境。Flash型具有片內JTAG接口，由JTAG接口讀取片內信息供設計者調試使用的方法進行開發。這種方式只需要一臺PC機和一個JTAG調試器，而不需要仿真器和編程器。開發語言有匯編語言和C語言。

（五）系統工作穩定。主時鐘出現故障，內部時鐘會自動開啟。本設計采用MSP430F2272型單片機，其主要參數如下：32KB的Flash ROM、512B片內RAM、32個I/O口、12通道10位的ADC、3個16位定時器A和3個16位定時器B。

三、系統軟件的設計與實現

系統軟件包括主程序、中斷喚醒子程序、煙霧信號檢測子程序和電池電壓檢測子程序。采用C語言編程，便于系統維護和功能擴展主程序流程圖如圖2所示，在煙霧信號檢測子程序流程圖如圖3所示。

初始化時，MCU工作在低功耗模式LPM3。TA0每8s中斷一次，MCU退出LPM3模式，調用煙霧信號檢測子程序。為了避免誤報警，系統只有連續3次探測到煙霧信號，才啟動報警電路報警。

軟件設計中應注意的問題：初始化程序時，單片機中未使用的引腳應設置為輸出狀態，以減小功耗；由于光電傳感器及信號放大電路的上電和穩定需要一定時間，因此在采樣程序中，開啟A/D轉換器之前要要有一段時延；靈活利用MSP430單片機的低功耗模式，以降低系統功耗。

參考文獻：

[1]葉啟明.實用的火災煙霧報警器[J].家庭電子，2004，2.

[2]胡昊.基于煙霧報警器的火災自動報警系統[J].傳感器世界，2004，12.

[作者簡介]白冰（1981-），男，吉林長春，長春職業技術學院，助教，研究方向：自動控制技術。