煙霧報(bào)警器的設(shè)計(jì)

1、分類(lèi)號(hào) 密級(jí) U U D D C C 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)江城學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 煙霧報(bào)警器的設(shè)計(jì)煙霧報(bào)警器的設(shè)計(jì) 姓 名： 朱 亮 專(zhuān) 業(yè)： 電子信息工程 班 級(jí)： 22001202 學(xué) 號(hào)： 2200120233 指導(dǎo)教師： 陳榮 講師 論文外文題目：The Design of the Smoke Alarm 論文主題詞：傳感器 單片機(jī) MSP430 煙霧報(bào)警器 外文主題詞：Sensor Microprocessor MSP430 Smoke alarm 論文答辯日期： 答辯委員會(huì)主席： 閱評(píng)老師： 原創(chuàng)性聲明原創(chuàng)性聲明 本人呈交的畢業(yè)論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，所有

2、 數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本畢業(yè)論文的研 究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人 和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本畢業(yè)論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。 本人簽名： 日期： 摘摘 要要 隨著時(shí)代的變革，信息技術(shù)飛速發(fā)展，人類(lèi)感官外界再也不是單一的靠身體各個(gè)部 分器官。當(dāng)人類(lèi)嗅覺(jué)、味覺(jué)和觸覺(jué)等等感應(yīng)器官不足以獲取外界需要的信息時(shí)就需要借 助一些輔助工具。在這個(gè)大時(shí)代的背景下傳感器應(yīng)運(yùn)而生，而在很短的時(shí)間內(nèi)則擴(kuò)展到 眾多領(lǐng)域。傳感器可以將一些需要處理的數(shù)據(jù)在一定規(guī)律下按照一些特殊的運(yùn)算方法轉(zhuǎn) 換為信號(hào)輸出的一種類(lèi)似“感應(yīng)

3、器官”的器件。這種元器件在我們的生活、生產(chǎn)中扮演 著無(wú)可取代的地位。而且在當(dāng)下，傳感器這種元器件在各個(gè)生產(chǎn)及生活的領(lǐng)域的應(yīng)用則 是在一定程度上展現(xiàn)出了一個(gè)國(guó)家的科學(xué)技術(shù)。 在科學(xué)領(lǐng)域的任何產(chǎn)物都是與實(shí)際生活息息相關(guān)的，因此，生活中處處可以看到應(yīng) 用到傳感器的例子。今天我便是以感器的工作特性而制作出的煙霧報(bào)警器進(jìn)行分析論證 的。這個(gè)時(shí)代已漸漸離不開(kāi)”電”這個(gè)詞，而生活中卻經(jīng)常因此而產(chǎn)生火災(zāi)，那么就需 要一個(gè)有力的監(jiān)管系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)便是我們今天說(shuō)的煙霧監(jiān)管系統(tǒng)。 對(duì)煙霧報(bào)警器的認(rèn)識(shí)和了解讓我們先開(kāi)始進(jìn)一步認(rèn)識(shí)了傳感器，事實(shí)上傳感器在報(bào)警器 中也扮演著很重要的地位，基于實(shí)際應(yīng)用可客觀了解，我著手設(shè)計(jì)

4、了這一煙霧報(bào)警系統(tǒng) 來(lái)讓我們更方便的了解它們。 本論文著重介紹半導(dǎo)體氣敏傳感器其中的 MQ-2，這是以傳感器技術(shù)結(jié)合其他多方面 電子信息技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生的一種防護(hù)式報(bào)警器，其間還包含著 MSP430 單片機(jī)的應(yīng)用原理。 現(xiàn)代化的報(bào)警器有著傳統(tǒng)式報(bào)警器所沒(méi)有的眾多優(yōu)點(diǎn)，例如：反應(yīng)快，敏銳度高，體積 小和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。本篇著重研討利用 MSP430 單片機(jī)、傳感器和半導(dǎo)體電阻結(jié)合多種電 子信息技術(shù)制造出的煙霧報(bào)警器的各方面綜合性能。盡可能使用方便，價(jià)格低廉，功耗 小，壽命長(zhǎng)等多方面具有統(tǒng)一的價(jià)值的報(bào)警器。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞： 傳感器 單片機(jī) MSP430 煙霧報(bào)警器 ABSTRACT As the ch

5、ange of The Times, the information technology rapid development, human sense of the outside world is no longer a single on each part body organs. When the human touch, smell and taste, and so on sense enough to need access to the outside world of information needs with the help of some auxiliary too

6、ls. Arises at the historic moment under the background of the great age of sensor, and in a very short time far more expanded to many fields. The quantity of sensors can be some demand according to certain rules into a signal output device. This device plays an important role in our life. And nowada

7、ys, sensors in each domain application embodies the science and technology of a country. Any product in the field of science are corresponding to the real life, therefore, the sensor applied in life everywhere. Today I work is in a sense organ characteristic and analyzed the produce of the smoke ala

8、rm. This era has been the word, is inseparable from the electricity and the life is so often caused the fire, it needs to be a strong regulatory system, this system is our today said smoke regulatory system. Knowledge and understanding of smoke alarm lets began to further know the sensors, sensor in

9、 fact plays a very important position in alarm, based on the actual application can be objective understanding, I set out to design the smoke alarm system to make us more convenient to understand them. This paper focuses on the semiconductor gas sensor of MQ - 2, which is based on sensor technology

10、combined with other aspects of electronic information technology arises at the historic moment of a protected alarm, which also contains the application principle of MSP430 single chip microcomputer. Modern alarm has a traditional alarm didnt have many advantages, such as fast response, high sensiti

11、vity, small volume and long service life, etc. This paper focuses on research using the MSP430 MCU, sensors and semiconductor resistance combined with a variety of electronic information technology to create comprehensive performance on various aspects of the smoke alarm. As far as possible, easy to

12、 use, low cost, low consumption, long life and other aspects of unified value alarm. Keywords: sensor Microprocessor MSP430 Smoke alarm 目目 錄錄 1 1 引言引言 .1 1 1.1 論文的由來(lái).1 1.1.1 論文的起始.1 1.1.2 論文的構(gòu)思.1 1.1.3 論文目的和意義.2 1.2 煙霧報(bào)警器.3 1.2.1 煙霧報(bào)警器的類(lèi)型.3 1.2.2 煙霧報(bào)警器的選擇.3 1.2.3 煙霧報(bào)警器的現(xiàn)狀及形勢(shì)分析.4 1.3 本章小結(jié).4 2 煙霧報(bào)警器的設(shè)

13、計(jì)方案煙霧報(bào)警器的設(shè)計(jì)方案 .4 4 2.1 煙霧報(bào)警器的設(shè)計(jì)思路.4 2.2 煙霧報(bào)警器的設(shè)計(jì)方案.5 2.3 本章小結(jié).5 3 煙霧報(bào)警器的硬件設(shè)計(jì)煙霧報(bào)警器的硬件設(shè)計(jì) .5 5 3.1 煙霧報(bào)警器的電路設(shè)計(jì).5 3.1.1 煙霧報(bào)警器的觸發(fā)電路.5 3.1.2 煙霧報(bào)警器的數(shù)據(jù)采集及處理.6 3.1.3 煙霧報(bào)警器的報(bào)警系統(tǒng).6 3.1.4 煙霧報(bào)警器的狀態(tài)顯示及控制.8 3.2 傳感器的確定.9 3.2.1 煙霧傳感器選擇及設(shè)定.9 3.2.2 煙霧傳感器的功能介紹.10 3.3 單片機(jī)的確定單片機(jī)的確定.1111 3.3.1 單片機(jī)的選取.11 3.3.2 MSP430 單片機(jī)的介紹

14、 .11 3.3 本章小結(jié).12 4 4 煙霧報(bào)警器的軟件設(shè)計(jì)煙霧報(bào)警器的軟件設(shè)計(jì) .1313 4.1 MSP430 的發(fā)展及應(yīng)用 .13 4.2 報(bào)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及流程.14 4.2.1 主流程設(shè)計(jì).14 4.2.2 主程序及子程序設(shè)計(jì).14 4.2.3 狀態(tài)顯示及控制.14 4.3 本章小結(jié).14 5 5 功能測(cè)試功能測(cè)試 .1414 5.1 煙霧報(bào)警器的檢測(cè).14 5.2 煙霧報(bào)警的實(shí)驗(yàn)分析.16 5.3 本章小結(jié).16 結(jié)束語(yǔ)結(jié)束語(yǔ) .1616 致致 謝謝 .1717 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .1818 1 1 引言引言 1.11.1 論文的由來(lái)論文的由來(lái) 1.1.11.1.1 論文的起始

15、論文的起始 火災(zāi)作為重大災(zāi)害的的一種，由于發(fā)生的迅猛而且在很短時(shí)間內(nèi)會(huì)延伸到很大的范圍， 經(jīng)常給人們帶來(lái)巨大的財(cái)產(chǎn)損失更于甚者帶來(lái)大量的人員傷亡。在各種各樣的非自然災(zāi) 害之中，火災(zāi)可以說(shuō)的上是經(jīng)常發(fā)生而且相對(duì)普遍能夠大范圍的威脅公眾的人身安全和 影響社會(huì)和諧發(fā)展的非自然災(zāi)害之一。人類(lèi)在一定程度上能夠?qū)馂?zāi)的預(yù)防和及時(shí)控制 火災(zāi)的蔓延范圍是人類(lèi)社會(huì)現(xiàn)代文明中向前邁進(jìn)的一個(gè)不可或缺的重要標(biāo)志。簡(jiǎn)單的說(shuō) 人類(lèi)無(wú)論是在使用火的歷史上還是同火災(zāi)做著頑強(qiáng)的斗爭(zhēng)的歷史上，基本是同時(shí)進(jìn)行的。 人們?cè)诎踩氖褂没鸾o生活帶來(lái)便利的同時(shí)卻也一直在預(yù)防著它的肆虐及無(wú)情，在長(zhǎng)期 的使用下不斷總結(jié)它各種各樣的變化規(guī)律，想

16、借此盡快掌控它。在一定程度上對(duì)火的了 解能讓我們更好的預(yù)防或者減少火災(zāi)這種非自然災(zāi)害對(duì)人類(lèi)社會(huì)造成的重大危害。當(dāng)火 災(zāi)發(fā)生了如果能在第一時(shí)間警示人們那么無(wú)論是在人員的傷亡上減少還是在財(cái)產(chǎn)的損失 上減少都是我們樂(lè)見(jiàn)其成的。能在火災(zāi)發(fā)生的第一時(shí)間警醒乃至逃離是很有必要的，所 以我們盡其可能創(chuàng)造一個(gè)能在火災(zāi)發(fā)生時(shí)對(duì)人們有警醒的工具?；谶@一點(diǎn)，我便想到 了設(shè)計(jì)一個(gè)火災(zāi)報(bào)警器，結(jié)果便有了這篇論文的起始。 1.1.21.1.2 論文的構(gòu)思論文的構(gòu)思 隨著近年來(lái)火災(zāi)的頻繁發(fā)生經(jīng)常給人們帶來(lái)巨大的損失，這讓我們不得不在善后之 后考慮一個(gè)很重要的問(wèn)題，越來(lái)越多存在巨大安全隱患的地方凸顯了出來(lái)，為了能在火 災(zāi)發(fā)

17、生之前更早一步預(yù)警人們，為了減少人員傷亡、減少巨大的財(cái)產(chǎn)損失，那么我們就 迫切的需要一種提前預(yù)防的火災(zāi)的發(fā)生進(jìn)行安全預(yù)警的手段。因此研究火災(zāi)的發(fā)生及檢 測(cè)預(yù)警就成了人類(lèi)發(fā)展領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)很重要的課題了。 在相繼學(xué)習(xí)過(guò)傳感器、單片機(jī)后，領(lǐng)略到傳感器有優(yōu)于人類(lèi)的“嗅覺(jué)” ，感受到單片 器的處理及觸發(fā)方式后就在構(gòu)思一種可以對(duì)煙霧進(jìn)行感應(yīng)的器件。因此煙霧報(bào)警器這個(gè) 理念漸漸在腦海中成型，煙霧報(bào)警器要有起碼的提前感應(yīng)手段，而且需要有提前預(yù)警的 手段?；谶@些則需要我們建立一個(gè)課題對(duì)這些方面進(jìn)行深入的分析及探討，最后做出 可行的產(chǎn)品。 1.1.31.1.3 論文目的和意義論文目的和意義 隨著時(shí)代的發(fā)展，在現(xiàn)

18、代家庭之中使用火來(lái)取得預(yù)想的目的，而在使用之中的不經(jīng) 意是造成家庭火災(zāi)頻繁發(fā)生的重大原因。在現(xiàn)代家庭之中一旦因?yàn)槟撤N原因而發(fā)生了火 災(zāi)，那么及其可能因?yàn)閾渚炔粔蚣皶r(shí)或者缺乏滅火器材及發(fā)生時(shí)的處理不當(dāng)再加上現(xiàn)場(chǎng) 的人出現(xiàn)驚慌失措的情形導(dǎo)致逃生緩慢等等一些不利的因素，從而導(dǎo)致火災(zāi)在危害人們 的生命及造成大范圍的財(cái)產(chǎn)損失。家庭之中發(fā)生火災(zāi)的最根本原因是麻痹大意，沒(méi)有及 時(shí)采取預(yù)防措施。而現(xiàn)在擺在眼前的有一種可以檢測(cè)煙霧的器件在火災(zāi)發(fā)生之初給人們 帶來(lái)警醒，這種器件便是煙霧報(bào)警器。在將要發(fā)生火災(zāi)或者已經(jīng)發(fā)了火災(zāi)的初期，這種 器件的內(nèi)部感應(yīng)到了煙霧便會(huì)發(fā)出鳴笛聲來(lái)提醒還未發(fā)覺(jué)的人。在我國(guó)的一些大中城市，

19、 幾乎每天都發(fā)生家庭火災(zāi)，所以防止火災(zāi)的發(fā)生是所有現(xiàn)代化人需要警醒的一件事。假 如能根據(jù)每家的實(shí)際情況預(yù)先采取簡(jiǎn)單的防火措施，一些悲劇是完全可以避免的。就目 前來(lái)說(shuō)單片機(jī)的使用已經(jīng)在我們所生活及應(yīng)用的各個(gè)方面得以展現(xiàn)，無(wú)論是導(dǎo)彈里面的 導(dǎo)航系統(tǒng)裝置、計(jì)算機(jī)應(yīng)用之中的通訊及大型的數(shù)據(jù)傳輸、飛機(jī)上的一些重要的儀表進(jìn) 行控制、各種廣泛的使用智能 IC 卡、工業(yè)化自動(dòng)生產(chǎn)的過(guò)程中數(shù)據(jù)的處理和實(shí)時(shí)的控制、 一些高檔次豪華的轎車(chē)?yán)锩娴陌踩到y(tǒng)以及遠(yuǎn)程控制的玩具、電子寵物等等，這些中間 都有單片機(jī)出現(xiàn)或者使用的身影。 氣敏電阻也可作為電子線路元件用于儀表線路溫度補(bǔ)償和溫差電偶冷端溫度補(bǔ)償?shù)取?利用 NTC

20、熱敏電阻的自熱特征可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制，構(gòu)成 RC 振蕩器穩(wěn)幅電路，延遲電路 和保護(hù)電路。在自熱溫度遠(yuǎn)大于環(huán)境溫度時(shí)阻值還與環(huán)境的散熱條件有關(guān)，因此在氣體 分析儀、熱導(dǎo)分析、流量計(jì)、流速計(jì)中常利用熱敏電阻這一特性，制成專(zhuān)用的檢測(cè)元件。 PTC 熱敏電阻常常應(yīng)用在保護(hù)電器設(shè)備的過(guò)熱、沒(méi)有觸點(diǎn)的繼電器、控制在恒溫、控制自 動(dòng)增益的時(shí)候、電機(jī)啟動(dòng)的控制、延遲時(shí)間、彩電的自動(dòng)消磁、補(bǔ)償溫度和火災(zāi)報(bào)警等 一些方面。 利用現(xiàn)代化的科技手段建立一系列的安全防衛(wèi)是這個(gè)時(shí)代重要的課題，那么首先我 們從身邊最小最甚微的地方對(duì)這些方面進(jìn)行研討。本次課題著重研究一種安全有效的預(yù) 防火災(zāi)的煙霧報(bào)警器，希望在面對(duì)安全隱患時(shí)

21、能給人們的生命及財(cái)產(chǎn)多一分保護(hù)，這是 本篇論文最初也是最首要的意義，目的則是在滿足這一切的同時(shí)給生活帶來(lái)更大的便利。 1.21.2 煙霧報(bào)警器煙霧報(bào)警器 1.2.11.2.1 煙霧報(bào)警器的類(lèi)型煙霧報(bào)警器的類(lèi)型 煙霧報(bào)警器按照所使用的傳感器可分為光電煙霧報(bào)警器和離子煙霧報(bào)警器，從感應(yīng)原 理又可以細(xì)分為化學(xué)性質(zhì)煙霧報(bào)警器、物理性質(zhì)煙霧報(bào)警器和光電性質(zhì)煙霧報(bào)警器。 在離子煙霧報(bào)警器之中有一個(gè)電離室，這個(gè)離子室中使用了一種镅 241 的所放射元素， 镅 241 這種放射元素強(qiáng)度在 0.8 微居里左右的時(shí)候，镅 241 的電場(chǎng)的處于平衡狀態(tài)，此 時(shí)屬于正常狀態(tài)。當(dāng)電離室的這種平衡狀態(tài)被進(jìn)入的煙霧粒子打破

22、時(shí)，感應(yīng)及處理電路 檢測(cè)到煙霧濃度達(dá)到或者超過(guò)設(shè)定的預(yù)警值時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)會(huì)發(fā)出鳴笛聲。在光電煙霧報(bào) 警器里面則是一個(gè)學(xué)術(shù)名叫光學(xué)迷宮的裝置，這個(gè)裝置里面安有能發(fā)射紅外線的紅外對(duì) 管，在正常狀態(tài)下紅外對(duì)管不能接受紅外發(fā)射端發(fā)射出的紅外線，當(dāng)平衡狀態(tài)被進(jìn)入的 煙塵打破時(shí)，光學(xué)迷宮里會(huì)進(jìn)行一系列的光的折射和反射的現(xiàn)象，從而使得紅外接收管 能接收到發(fā)射器發(fā)射出的紅外光，根據(jù)紅外光的照射強(qiáng)弱處理電路判斷是否達(dá)到或者超 過(guò)設(shè)定值，當(dāng)超出時(shí)發(fā)出鳴笛聲示警。化學(xué)性質(zhì)煙霧報(bào)警器、物理性質(zhì)煙霧報(bào)警器和光 電性質(zhì)煙霧報(bào)警器和上述觸發(fā)條件基本大同小異，主要取決于它們所感應(yīng)的煙霧實(shí)際的 性質(zhì)類(lèi)型。 1.2.21.2.2

23、煙霧報(bào)警器的選擇煙霧報(bào)警器的選擇 離子煙霧報(bào)警器是一種各方面比較均衡響應(yīng)的報(bào)警器，它對(duì)細(xì)小的煙霧顆粒物的感應(yīng) 要敏銳一些；光電煙霧報(bào)警器是有偏向性的一種報(bào)警器，她對(duì)一些大的煙霧顆粒物的感 應(yīng)較為敏銳，對(duì)煙灰、細(xì)小的黑煙的響應(yīng)相對(duì)來(lái)說(shuō)要略微差些。當(dāng)熊熊大火發(fā)生的時(shí)候， 空氣中溢散的細(xì)小煙霧顆粒較多，而在暗火悶燒時(shí)，溢散在空氣中大的顆粒物會(huì)相對(duì)較 多一些。當(dāng)一些火災(zāi)在發(fā)生后，伴隨著大量的煙無(wú)顆粒物產(chǎn)生，離子煙霧報(bào)警器的報(bào)警 敏銳程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于光電煙霧報(bào)警器。其實(shí)這兩種報(bào)警器報(bào)警的實(shí)際報(bào)警的時(shí)間間隔并不 是很大，但是真正對(duì)于這發(fā)生火災(zāi)的時(shí)候來(lái)說(shuō)基本是爭(zhēng)分奪秒，因?yàn)榛饎?shì)蔓延極快的原 因，所以在這種情況下

24、首先應(yīng)該考慮的是同等情況下報(bào)警敏銳的報(bào)警器，所以綜合種種 原因這時(shí)選擇安裝離子煙霧報(bào)警器是較為合理的。還有一種情況是暗火悶燒火災(zāi)發(fā)生之 后，伴隨著大量的較大的煙霧顆粒的產(chǎn)生，此時(shí)因?yàn)檫x擇先于離子煙霧報(bào)警器的光電煙 霧報(bào)警器。如果你想兩者的長(zhǎng)處兼而有之，那么可以在同一個(gè)報(bào)警器里安裝串聯(lián)式感應(yīng) 傳感器，那么它對(duì)多種煙霧都可以進(jìn)行準(zhǔn)確的識(shí)別。 1.2.31.2.3 煙霧報(bào)警器的現(xiàn)狀及形勢(shì)分析煙霧報(bào)警器的現(xiàn)狀及形勢(shì)分析 國(guó)內(nèi)的報(bào)警器較國(guó)外晚發(fā)展幾十年，國(guó)內(nèi)報(bào)警器采用傳統(tǒng)的敏感元器件感應(yīng)、聲波 感應(yīng)以及紅外收發(fā)等技術(shù)為基礎(chǔ)。這種從單一的方面來(lái)說(shuō)制作簡(jiǎn)單可能社用于大眾人群， 但是現(xiàn)在隨著經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展社會(huì)經(jīng)

25、濟(jì)體系改變，這種單一報(bào)警器已不再適用大眾化，隨 著多元化，現(xiàn)在需要更加高端的新產(chǎn)品來(lái)滿足人們的需要。如果能將報(bào)警器與互聯(lián)網(wǎng)互 聯(lián)事發(fā)緊急報(bào)警或者進(jìn)行遠(yuǎn)程操作則能滿足更多的群體。國(guó)外的報(bào)警器技術(shù)先進(jìn)功能廣 泛、全面。較之國(guó)內(nèi)的報(bào)警器，國(guó)外報(bào)警器應(yīng)用范圍大、能化高、聯(lián)網(wǎng)程度高和組件方 式多種多樣。他們從單一化到多元化、電控化、網(wǎng)控化以及智能化的技術(shù)都非常成熟。 而且國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家報(bào)警器基本覆蓋各個(gè)活動(dòng)區(qū)域，而國(guó)內(nèi)僅僅在一些重要建筑之內(nèi)才有。 他們有相關(guān)的監(jiān)控部門(mén)中心，一旦發(fā)生了緊急火災(zāi)安全消防人員能及時(shí)趕到而國(guó)內(nèi)相較 之則有不如。所以我覺(jué)得相比較之下，國(guó)內(nèi)較之國(guó)外還有很大的上升空間。說(shuō)是有空間 其實(shí)

26、也是和人家相比有差距而這個(gè)差距就需要我們付出努力加以彌補(bǔ)。 1.3 本章小結(jié) 隨著科技的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的安全隱患在人們的工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中產(chǎn)生了。 火災(zāi)作為人類(lèi)社會(huì)威脅人們生命安全和造成巨大財(cái)產(chǎn)損失的災(zāi)禍，就需要我們輔以科學(xué) 手段對(duì)它加以防控。如果能在發(fā)生火災(zāi)的早期發(fā)現(xiàn)、防護(hù)及控制火災(zāi)，這樣能大大減小 火災(zāi)給人們帶來(lái)的一系列危害，同時(shí)這也是保護(hù)人身安全和財(cái)務(wù)損失的一種有效的措施。 所以本次我們便是以此為話題建立了課設(shè)，對(duì)這個(gè)話題進(jìn)入深入的討論和研究，建立一 個(gè)完整地安全報(bào)警體系對(duì)減少這類(lèi)事故的發(fā)生是這個(gè)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域一個(gè)很重要的話題。 2 煙霧報(bào)警器的設(shè)計(jì)方案煙霧報(bào)警器的設(shè)計(jì)方案 2.1

27、煙霧報(bào)警器的設(shè)計(jì)思路煙霧報(bào)警器的設(shè)計(jì)思路 煙霧報(bào)警器，別稱(chēng)火災(zāi)煙霧報(bào)警器、煙霧傳感器、煙霧感應(yīng)器等。一般將獨(dú)立的電 池供電、或交流電供電電池為備電，也有由總線供電，總線上可以連接有多個(gè)，與火災(zāi) 報(bào)警控制器聯(lián)網(wǎng)、通訊組成一個(gè)報(bào)警系統(tǒng)，報(bào)警時(shí)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)聲音，主機(jī)有聲光提示的。一 般的報(bào)警器現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警時(shí)能發(fā)出聲光指示，今天我們說(shuō)的便是這種報(bào)警器。 煙霧報(bào)警器能通過(guò)感應(yīng)煙霧濃度，當(dāng)濃度達(dá)到設(shè)置的預(yù)警值是進(jìn)行報(bào)警的儀器，它 最基本組成包括：煙霧感傳感器感應(yīng)電路、收集信號(hào)的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)處理電路及 單片機(jī)處理的控制電路。 煙霧感應(yīng)電路一般情況是采用模擬放大電路和煙霧傳感器電路組成，煙霧傳感器電 路將收集的煙

28、霧信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。信號(hào)轉(zhuǎn)換電路將這種電信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以進(jìn)行輸送的 模擬信號(hào)，模擬信號(hào)被信號(hào)處理電路進(jìn)行處理，單片機(jī)將處理后的信號(hào)傳送給控制電路。 單片機(jī)控制電路中的單片機(jī)將該信號(hào)進(jìn)行處理后進(jìn)行分析，判斷是否達(dá)到預(yù)警值。如果 未達(dá)到則判為正常狀態(tài)，如果達(dá)到則判為非正常狀態(tài)此時(shí)觸發(fā)報(bào)警電路，由報(bào)警電路發(fā) 出報(bào)警聲音并閃爍光指示燈。為了方便檢測(cè)可以將單片機(jī)中檢測(cè)的煙霧濃度值顯示在監(jiān) 控區(qū)的顯示屏上，這樣可以形象直觀的環(huán)境中的煙霧濃度值，這樣也使得報(bào)警裝置更加 完善。 煙霧報(bào)警器中有兩個(gè)很關(guān)鍵的部分，它們分別是煙霧傳感器和單片機(jī)。根據(jù)發(fā)生在 不同環(huán)境下的的感應(yīng)需要以及應(yīng)對(duì)各種突發(fā)報(bào)警的需要，選取適合、

29、精準(zhǔn)和價(jià)格便宜的 單片機(jī)芯片和煙霧傳感器是非常重要的。 2.2 煙霧報(bào)警器的設(shè)計(jì)方案煙霧報(bào)警器的設(shè)計(jì)方案 煙霧報(bào)警器的此次設(shè)計(jì)是專(zhuān)門(mén)針對(duì)單片機(jī)原理及應(yīng)用展開(kāi)研討的。其中涉及到了許 多相關(guān)知識(shí)是運(yùn)用我們大學(xué)四年所學(xué)的電路技術(shù)、傳感器遙感技術(shù)和單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)來(lái) 共同實(shí)現(xiàn)的。MSP430 單片機(jī)在其間扮演著連接的角色，連接傳感器和報(bào)警器的。在一個(gè) 環(huán)境里的煙霧濃度、溫度等數(shù)值達(dá)到煙霧傳感器被測(cè)時(shí)輸入的參數(shù)值時(shí)就會(huì)在一定的電 路轉(zhuǎn)化為電量的變化輸出。被測(cè)量和設(shè)定范圍不同，那么傳感器和單片機(jī)工作原理就不 一樣。一般來(lái)說(shuō)煙霧傳感器輸出的電信號(hào)是作為模擬信號(hào)輸出的，而新型的傳感器則是 采用的數(shù)字的，我們這里

30、就是采用的新型的數(shù)字信號(hào)輸出。將傳感器的數(shù)字信號(hào)傳送給 單片機(jī)，有單片機(jī)芯片進(jìn)行信號(hào)處理，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí)就啟動(dòng)報(bào)警器電路進(jìn)行報(bào)警，反 正則不需要。 2.3 本章小結(jié)本章小結(jié) 本章對(duì)煙霧報(bào)警器進(jìn)行一個(gè)初步的設(shè)計(jì)，無(wú)論是在選型還是在報(bào)警器的兩個(gè)重要組 成部分單片機(jī)處理芯片和煙霧傳感器都進(jìn)行一定的深層次考慮已達(dá)到最好的組合從而發(fā) 揮出最好的效果。煙霧報(bào)警器的類(lèi)別各式各樣，處理方式也各不相同，所以內(nèi)在的設(shè)計(jì) 也各種各樣。在諸多的設(shè)計(jì)中選取一種合理可行的方法是現(xiàn)在首要的任務(wù)。 3 煙霧報(bào)警器的硬件設(shè)計(jì)煙霧報(bào)警器的硬件設(shè)計(jì) 3.1 煙霧報(bào)警器的電路設(shè)計(jì)煙霧報(bào)警器的電路設(shè)計(jì) 3.1.1 煙霧報(bào)警器的觸發(fā)電路

31、煙霧報(bào)警器的觸發(fā)電路 上圖是傳感器的基本觸發(fā)電路。該傳感器需要施加 2 個(gè)電壓：加熱器電壓（VH）和測(cè) 試電壓（VC） 。上面的 VH 是為傳感器提供恒定的工作溫度的一個(gè)物理量，而 VC 則是 用在測(cè)量傳感器串聯(lián)中的負(fù)載電阻上的電壓。該傳感器具備一定的極性，VC 要給它 提供直流電源。在符合傳感器的電特性條件的前提下，VH 和 VC 是可以使用一個(gè)用以 供電的電源電路。為了較好使用到傳感器的特性，在 RL 值的選取上需要一定的可取 性。 3.1.2 煙霧報(bào)警器的數(shù)據(jù)采集及處理煙霧報(bào)警器的數(shù)據(jù)采集及處理 煙霧感應(yīng)數(shù)據(jù)的采集其實(shí)就是傳感器或者其它可以檢測(cè)的設(shè)備自動(dòng)的進(jìn)行信息采集 的過(guò)程。整個(gè)數(shù)據(jù)的

32、采集系統(tǒng)其實(shí)就是結(jié)合了計(jì)算機(jī)中的相關(guān)的軟件進(jìn)行實(shí)際操作的一 種應(yīng)用于實(shí)例并能靈活的測(cè)量各種情況的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。 系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理，其實(shí)是為了更好的控制聲音、壓力、電流、電壓和溫度 等物理量表現(xiàn)出來(lái)的現(xiàn)象。以 PC 元器件的功能進(jìn)行的數(shù)據(jù)的采集，實(shí)際上是應(yīng)用它里面 賣(mài)的模塊化硬件結(jié)合計(jì)算機(jī)里面的應(yīng)用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。雖然采集數(shù)據(jù)會(huì)根據(jù)不同的系統(tǒng)、 不同的要求而設(shè)定不同的定義，但是每個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的目的都一樣，都是為了采集數(shù)據(jù)、 分析數(shù)據(jù)和顯示數(shù)據(jù)。系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中，無(wú)論是整合信號(hào)還是進(jìn)行信號(hào)的調(diào)理 又或者是數(shù)據(jù)進(jìn)行采集裝置和使用實(shí)現(xiàn)實(shí)際情況的軟件。在本次設(shè)計(jì)里，數(shù)據(jù)采集是采 用 MQ-2 氣

33、敏式傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 3.1.3 煙霧報(bào)警器的報(bào)警系統(tǒng)煙霧報(bào)警器的報(bào)警系統(tǒng) 煙霧報(bào)警器由五個(gè)部分組成：煙霧觸發(fā)元器件、信號(hào)進(jìn)行接收的接收端、信號(hào)進(jìn)行發(fā)送 的發(fā)送端、控制整個(gè)設(shè)備的控制部分和提供整個(gè)電路需要的電源。 （一）觸發(fā)器件 手動(dòng)或者自動(dòng)的產(chǎn)生的報(bào)警信號(hào)在煙霧報(bào)警的系統(tǒng)中屬于觸發(fā)，觸發(fā)的過(guò)程中自動(dòng) 時(shí)是需要能探測(cè)火災(zāi)發(fā)生的煙霧傳感器，而主動(dòng)的需要人們可以及時(shí)操作的按鈕。煙霧 傳感器可以進(jìn)行感應(yīng)發(fā)生火災(zāi)后的一些物理量進(jìn)行感應(yīng)（如煙霧濃度、空氣濕度、四周 的即時(shí)溫度、光源的輻射強(qiáng)度等）。無(wú)論是在寬敞的地方燒起的明火或者是在封閉狹小 的環(huán)境里起的暗火，我們根據(jù)實(shí)際情況以及器件感應(yīng)和處理數(shù)據(jù)來(lái)參考

34、。不同的場(chǎng)所以 及發(fā)生了不同類(lèi)型的火災(zāi)處理的方式是不盡相同的。而設(shè)置一個(gè)手動(dòng)報(bào)警的裝置也是很 有必要的，因?yàn)榭傆幸恍┐胧植患暗那闆r在人們先發(fā)現(xiàn)那此時(shí)就可以使用手動(dòng)的方式進(jìn) 行警醒，因此這部分也不能缺少。 （二）接收器 一個(gè)事物發(fā)生了，我們首先是要警醒。換句話說(shuō)就是首先應(yīng)該知道是怎么回事，實(shí) 際上在報(bào)警器里面也是有著行使這樣一個(gè)功能的裝置的，它便是接收器?；馂?zāi)報(bào)警控制 器就是其中最基本的一種。接收端和處理端相連，其中有處理突發(fā)情況的處理系統(tǒng)，這 個(gè)系統(tǒng)則是肩負(fù)著整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定并且監(jiān)視探測(cè)器及系統(tǒng)自身的工作狀態(tài)；無(wú)論是接收信 號(hào)還是著手信號(hào)的轉(zhuǎn)換、最后的處理信號(hào)都需要基于最初；進(jìn)行聲光報(bào)警；指示報(bào)警

35、的 具體部位及時(shí)間；同時(shí)執(zhí)行相應(yīng)輔助控制等諸多任務(wù)。是煙霧報(bào)警的系統(tǒng)中一個(gè)重要并 且不可缺少的部分。 在預(yù)防火災(zāi)的煙霧報(bào)警器之中，還應(yīng)該有一些處理緊急情況的中斷器、能隨時(shí)隨地的 顯示各種數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)情況的顯示器區(qū)域，它們都可以說(shuō)是報(bào)警器的一種外在的延伸或者功 能的補(bǔ)充。在一定的時(shí)候、一定的場(chǎng)景下行使它們的功能屬性會(huì)有不一樣的意外收獲。 煙霧報(bào)警器的控制器主要應(yīng)該有著電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能、正常工作狀態(tài)休眠功能、監(jiān)控整 個(gè)電路的檢測(cè)功能以及自動(dòng)修復(fù)電路的故障修理功能。 （三）發(fā)送端 在煙霧報(bào)警器中肯定有一個(gè)將接收到的信號(hào)進(jìn)行發(fā)送的裝置，它以電信號(hào)為主要手 段對(duì)信號(hào)進(jìn)行傳輸發(fā)送。 （四）控制設(shè)備 煙霧報(bào)警系

36、統(tǒng)當(dāng)中，無(wú)論是接收信號(hào)還是處理信號(hào)、發(fā)送信號(hào)種種，其實(shí)都需要一個(gè) 能控制整個(gè)設(shè)備的控制裝置。有了這個(gè)裝置后我們可以對(duì)一些發(fā)生的情況有一個(gè)直觀的 了解以及對(duì)全局的掌控。試想無(wú)論是輸入人為的限定值還是需要它對(duì)一些簡(jiǎn)單的情況作 出簡(jiǎn)單的反應(yīng)還是在有人掌控時(shí)優(yōu)先于人，無(wú)人操作時(shí)則以系統(tǒng)判斷為準(zhǔn)。這些都是需 要控制的，又或者一次裝置出現(xiàn)偏差為了造成不必要的恐慌，要及時(shí)處理。那么此時(shí)則 需要輔助重復(fù)性檢查裝置或者系統(tǒng)中斷裝置。 （五）電源 煙霧報(bào)警器系統(tǒng)既然是一個(gè)完整的警醒裝置，那么應(yīng)該考慮到各種可能發(fā)生的情況， 當(dāng)無(wú)法提供電路需要的電源時(shí)，應(yīng)該有屬于自己的應(yīng)急電源。而在不斷電情況下又使用 外備電源并對(duì)內(nèi)

37、置電源進(jìn)行充電處理。充分的利用不同的電源來(lái)應(yīng)對(duì)不同的情況以便達(dá) 到更好的效果。 3.1.4 煙霧報(bào)警器的狀態(tài)顯示及控制 MSP430F412 片內(nèi)有直接驅(qū)動(dòng)段式液晶的能力，段式連接如下圖。 MSP430F412 段式連接 EDM-1602A 液晶顯示器 符號(hào)符號(hào)電平電平輸入輸入/ /輸出輸出功能說(shuō)明功能說(shuō)明 VSS 電源地 0V VDD 電源 5V VL LCD 驅(qū)動(dòng)電壓 05V RSH/L輸入寄存器選擇：L 指令寄存器 H 數(shù)據(jù)寄存器 R/WH/L輸入讀寫(xiě)控制 L 寫(xiě)操作；H 讀操作 E H/L H-L輸入使能信號(hào)：R/W=L，E 下降沿有效 R/W=H，E 高電平有效 DB0DB3H/L輸

38、入或輸出數(shù)據(jù)總線，4 位傳送方式時(shí)不用 DB4DB7H/L輸入或輸出數(shù)據(jù)總線，4 位傳送時(shí)只用此 4 位 EDM-1602AEDM-1602A 控制信號(hào)控制信號(hào) 3.2 傳感器的確定傳感器的確定 3.2.1 煙霧傳感器煙霧傳感器選擇及設(shè)定選擇及設(shè)定 火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧一般來(lái)說(shuō)是由各種顆粒物參雜在一起的混合煙霧，所以它應(yīng)該具備 體積大小、帶電荷量多少、溫度高低、質(zhì)量幾何等物理方面的性質(zhì)。離子煙霧感應(yīng)器的 工作原理是煙霧產(chǎn)生的細(xì)小粒子打破了電離室的平衡，從而根據(jù)電離平衡來(lái)判斷的裝置。 說(shuō)的更具體一點(diǎn)其實(shí)就是電離室中有一種在一般情況下較為穩(wěn)定的放射元素，當(dāng)煙霧顆 粒進(jìn)入時(shí)打破這種放射元素的平衡狀態(tài)使得電

39、離室中發(fā)生了電量變化，而通過(guò)電量變化 的程度可以檢測(cè)煙霧顆粒進(jìn)入的濃度，由此來(lái)推斷失火的程度。而氣敏式傳感器則是探 測(cè)空氣中某些可燃?xì)怏w的成分，所以在火災(zāi)探測(cè)方面，氣敏式傳感器性能并不如離子式 傳感器。探測(cè)空氣中可燃?xì)怏w的含量。有效地探測(cè)煤氣、液化石油氣、然氣、一氧化碳 等多種可燃性氣體的微量泄漏。適用于石油、化工、煤炭、電力、冶金、電子等工業(yè)企 業(yè)，以及煤氣廠、液化石油氣站等生產(chǎn)和貯存可燃性氣體的場(chǎng)所。 那么我們就對(duì)這些需要測(cè)定的煙霧成分對(duì)應(yīng)煙霧傳感器進(jìn)行分析下，看看究竟如何對(duì)應(yīng)。 結(jié)果見(jiàn)下表： 傳感器種類(lèi)傳感器種類(lèi) 氣體種類(lèi)氣體種類(lèi) 氣敏式傳感 器 固體電解質(zhì) 傳感器 接觸燃燒式 傳感器

40、電化學(xué)式傳 感器 高分子電解 質(zhì)氣體傳感 器 水蒸氣 氫氣 氧氣 烷烴 炔烴 二氧化硫 氮氧化物 氯的氧化物 氰化物 二氧化碳 一氧化碳 硫氫化物 表示感應(yīng)良好 表示感應(yīng)一般 可以看出煙霧氣體組成一般都是在石油化工、冶金油庫(kù)、液化站、噴漆工作區(qū)等地 方常見(jiàn)的類(lèi)型。根據(jù)上表可以看出一般應(yīng)選氣敏式煙霧傳感器。當(dāng)然還應(yīng)該考慮到實(shí)際 時(shí)候可能因?yàn)橐恍┗瘜W(xué)性氣體燃燒生成的固體顆粒物附著在元器件表面阻塞元器件的傳 輸通道從而使得傳感器反應(yīng)滯后，靈敏度降低所以對(duì)探頭的設(shè)定有時(shí)有必要的，最好是 適用一些能長(zhǎng)期暴露在酸堿性（有腐蝕性）含量較強(qiáng)的環(huán)境中不易被腐蝕的材料。因此 在對(duì)傳感器嚴(yán)格要求的同時(shí)也要對(duì)探頭進(jìn)行

41、認(rèn)真標(biāo)定。氣敏式傳感器包括以氫化物的半 導(dǎo)體組成的陶瓷材料制作的煙霧傳感器和單晶體半導(dǎo)體為材料而制作的煙霧傳感器，它 們都具有敏銳度高、組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、反應(yīng)快和性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。所以綜合種種 情況，我們選擇其中較為合理的 MQ-2 氣敏式傳感器。 3.2.2 煙霧傳感器的功能介紹煙霧傳感器的功能介紹 因?yàn)?MQ-2 氣敏式傳感器的材料是氫化物半導(dǎo)體陶瓷材料或者單晶體半導(dǎo)體材料制作 的，所以在感應(yīng)方面還有細(xì)致的分類(lèi)。具體分為電阻式和非電阻式，或者按氣敏式傳感 器電阻的阻值分為隨著濃度增加而增大的 P 型和隨濃度降低而減小的 N 型。 MQ-2 一些重要參數(shù)： 標(biāo)準(zhǔn)工作條件 符號(hào)參數(shù)名稱(chēng)技術(shù)條

42、件備注 VC回路電壓 15V AC or DC VH加熱電壓 5.0V0.2V AC or DC RL負(fù)載電壓可調(diào) RH加熱電阻 313 室溫 PH加熱功耗 900mW 環(huán)境條件 符號(hào)參數(shù)名稱(chēng)技術(shù)條件備注 Tao使用溫度 -10-50 Tas儲(chǔ)存溫度 -20-70 RH相對(duì)濕度小于 95RH O2氧氣濃度21(標(biāo)準(zhǔn)條件)氧氣 濃度會(huì)隨靈敏度特性 最小值大于 2 靈敏度特性 符號(hào)參數(shù)名稱(chēng)技術(shù)參數(shù)備注 RS敏感體表面電阻 3k-30k （1000ppm 異丁烷） （3000/1000）異 丁烷 濃度斜率 0.6 標(biāo)準(zhǔn)工作條件 溫度：202 VC：5.0V0.1V 相對(duì)濕度：655 Vh：5.0V0

43、.1V 預(yù)熱時(shí)間不少于 24 小時(shí) 探測(cè)濃度范圍： 100ppm-10000ppm 液化氣和丙烷 300ppm-5000ppm 丁烷 5000ppm-20000ppm 氫氣 100ppm-2000ppm 酒精 MQ-2 外型： 3.3 單片機(jī)的確定單片機(jī)的確定 3.3.1 單片機(jī)的選取單片機(jī)的選取 作為報(bào)警器的單片機(jī)首先要考慮到處理速度快，那么就可以想到我們學(xué)過(guò)的 C51、MSP430 等一些單片機(jī)了，其實(shí)如果不考慮處理速度肯定首選 C51，因?yàn)樗?jiǎn)單而且 也具備其他單片機(jī)所具備的功能，但是它是 8 位位操作而 MSP430 則是 16 位位操作，在 相同的一條指令周期內(nèi)，后者是前者處理速度的

44、 16 倍。但是后者時(shí)鐘信號(hào)設(shè)置沒(méi)有前者 簡(jiǎn)單方便，而且性價(jià)比也略有不如，但是為了獲得極限的速度要忽略一些方面，所以最 后還是選擇了 MSP430 單片機(jī)芯片。 3.3.2 MSP430MSP430 單片機(jī)的介紹單片機(jī)的介紹 1996 年由美國(guó)德州推向市場(chǎng)的一種名為 MSP430 系列的單片機(jī)因?yàn)榫哂?16 位超低功 耗、指令精簡(jiǎn)、具有混合的處理器等優(yōu)點(diǎn)而成為一款市場(chǎng)應(yīng)用較為廣泛的單片機(jī)。該單 片機(jī)采用將多種不同功能的處理模塊、數(shù)字模塊和模數(shù)模塊混合在一起進(jìn)行信號(hào)處理， 從而使得一個(gè)芯片有多種功能的優(yōu)點(diǎn)。MSP430 系列具有獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)，支持可以 是多個(gè)中斷的中斷源可以隨意鑲嵌套。用中

45、斷請(qǐng)求將 CPU 喚醒一般只需要 6us,MSP430G2xx 系列甚至在 1us 之內(nèi)喚醒，通過(guò)合理的匯編程序可以做到做出最快的響 應(yīng)的同時(shí)又可以降低系統(tǒng)總功耗。具有 16 位的單片機(jī) MSP430 系列以它具有當(dāng)前最流行 的精簡(jiǎn)指令結(jié)構(gòu)而受到大家的鐘愛(ài)。它在一個(gè)時(shí)鐘周期之內(nèi)就可以執(zhí)行一條指令（傳統(tǒng) 的 C51 單片機(jī)系列是需要 12 個(gè)時(shí)鐘周期才能執(zhí)行一條完整的指令） ，使 MSP430 在工作時(shí) 大大增強(qiáng)了數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算能力，可以有效地處理一些數(shù)字信號(hào)的處理。MSP430CPU 的框 架如下圖。 3.3 本章小結(jié)本章小結(jié) 本章主要講述了煙霧報(bào)警器的硬件設(shè)計(jì)方案，其中包括觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)、數(shù)

46、據(jù)采集及 處理系統(tǒng)的設(shè)定、報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)定等等方面，這些方面歸根結(jié)底就是兩點(diǎn)：一點(diǎn)就是煙 霧傳感器的選取，而另一點(diǎn)則是單片機(jī)芯片的選擇。根據(jù)設(shè)計(jì)方向及環(huán)境要求、經(jīng)濟(jì)等 跟方面綜合因素選取了 MQ-2 型氣敏式煙霧報(bào)警器。而且從它的組成結(jié)構(gòu)、行使功能和技 術(shù)指標(biāo)三方面對(duì)煙霧報(bào)警器進(jìn)行了一個(gè)比較系統(tǒng)完善的對(duì)比。在各方面綜合比較后，選 擇了它是有原因的，而其原因則是在本章中有詳細(xì)的講解。 4 4 煙霧報(bào)警器的軟件設(shè)計(jì)煙霧報(bào)警器的軟件設(shè)計(jì) 4.1 MSP430MSP430 的發(fā)展及應(yīng)用的發(fā)展及應(yīng)用 TI 公司從 1996 年推出 MSP430 系列單片機(jī)至今，已經(jīng)推出了 X1XX、X2XX、X3XX、X

47、4XX、XX5X、X6XX等幾個(gè)系列。其中 MSP430 的X3XX、X4XX、X6XX系列是 具有 LCD 驅(qū)動(dòng)的模塊的單片機(jī)系列，這對(duì)提高系統(tǒng)的集成度較有幫助的。 TI 公司從 1996 年到 2000 年初相繼推出 MSP430 系列單片機(jī)中的一些子品牌，首先推 出了 31x、32x、33x 等幾個(gè)系列，它們都具有 LCD 驅(qū)動(dòng)模塊。每一系列有 ROM 型（C） 、 OTP 型（P）和 EPROM 型（E）等芯片。這幾個(gè)系列的使用模式分別為：使用 EPROM 式開(kāi)發(fā) 的樣機(jī)，是用 OTP 式進(jìn)行小批量的生產(chǎn)，而對(duì)于 ROM 型來(lái)說(shuō)則是適用于大批量量產(chǎn)的產(chǎn) 品。MSP430 的 3xx 系

48、列因?yàn)槿鄙?Flash 型芯片，早已經(jīng)停產(chǎn)，在國(guó)內(nèi)基本沒(méi)有使用。 在之后，因?yàn)?Flash 的技術(shù)得到快速的發(fā)展，TI 公司將這個(gè)技術(shù)引入到了 MSP430 系 列單片機(jī)當(dāng)中。兩千年推出的無(wú)論是 F11x 還是緊隨其后的 11x1 系列，都是采用了 20 腳 封裝，在內(nèi)存上容量夠大、片上功能較為齊全和 I/O 串口的引腳數(shù)相對(duì)較少，而價(jià)格同 樣便宜。在本年度的七月又推出了帶 ADC 或硬件乘法器的 F13x 和進(jìn)步系列 F14x，次年七 月到 2002 年又相繼推出了帶 LCD 控制器的 F41x、F43x、F44x。 TI 在兩千零三年至兩千零四年期間又相繼推出了 F15x 和 F16x 系

49、列產(chǎn)品，它里面有兩 個(gè)方面的發(fā)展：一是增加了 RAM 的容量；二是從外圍模塊來(lái)說(shuō)，增加了 I2C、DMA、DAC12 和 SVS 等模塊。 TI 在 2004 年下半年推出了 MSP430 x2xx 系列，該系列是對(duì) MSP430 x1xx 片內(nèi)外設(shè)的進(jìn) 一步精簡(jiǎn)，它價(jià)格低廉、小型、快速、靈活，成為當(dāng)時(shí)業(yè)界功耗最低的單片機(jī)，可以快 速開(kāi)發(fā)超低功耗醫(yī)療、工業(yè)和消費(fèi)類(lèi)嵌入式系統(tǒng)。和 MSP430 x1xx 系列相比，MSP430 x2xx 的 CPU 時(shí)鐘提高到 16MHz（MSP430 x1xx 系列是 8MHz） ，待機(jī)電流卻從 2uA 降到 1uA，具有 最小 14 引腳的封裝產(chǎn)品。 在前幾

50、個(gè)系列基礎(chǔ)上，TI 后續(xù)推出了性能更高、功能更強(qiáng)的 MSP430 x5xx、MSP430 x6xx 系列。它們的運(yùn)行速度可達(dá) 25MIPS，并具有更大的 Flash（256KB） 、更低的功耗（活動(dòng)模式耗電僅 165Ua/MIPS）,以及更豐富的外設(shè)接口 （USB 等） 。 此外，TI 還推出了 FRAM 系列，F(xiàn)RAM 能提供具備動(dòng)態(tài)分區(qū)功能統(tǒng)一存儲(chǔ)器，且存儲(chǔ)器 訪問(wèn)速度比閃存快 100 倍，同時(shí)進(jìn)一步降低了存儲(chǔ)器訪問(wèn)功耗，活動(dòng)模式耗電最低達(dá)到 82uA/MIPS。 在最近幾年里，美國(guó) TI 公司在應(yīng)對(duì)某些特殊的領(lǐng)域應(yīng)用上有了一些對(duì)策，首先是利 用 MSP430 的超低功耗的特點(diǎn)，推出了一些

51、具有針對(duì)性的專(zhuān)用單片機(jī)，如專(zhuān)門(mén)用于電量計(jì) 量的 MSP430FE42x，以及后面用于氣表、水表類(lèi)型具有無(wú)磁傳感模塊的 MSP430FW42x 的器 件，以及用于人體醫(yī)學(xué)監(jiān)護(hù)（血糖、血壓、脈搏等）的 MSP430FG42x 系列單片機(jī)。這些 單片機(jī)都是對(duì)應(yīng)性的設(shè)計(jì)出來(lái)以滿足產(chǎn)品的要求的產(chǎn)物，所以當(dāng)中不僅有 MSP430 系列具 有的超低功耗特點(diǎn)還有它的精簡(jiǎn)設(shè)計(jì)。 4.2 報(bào)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及流程報(bào)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及流程 4.2.1 主流程設(shè)計(jì)主流程設(shè)計(jì) 在單片機(jī)開(kāi)發(fā)的過(guò)程當(dāng)中，除去必須的硬件之外的同時(shí)也離不開(kāi)相應(yīng)的軟件。本次 設(shè)計(jì)無(wú)論是在 C 語(yǔ)言體現(xiàn)的功能還是單片機(jī)結(jié)構(gòu)上以及芯片的可讀性和使用

52、后的可維護(hù) 性上都有著別的語(yǔ)言所沒(méi)有的顯著優(yōu)勢(shì)。流程圖見(jiàn)附錄圖 1。 4.2.2 主程序及子程序設(shè)計(jì)主程序及子程序設(shè)計(jì) 煙霧報(bào)警器在按下測(cè)試按鈕至少 3 分鐘后，煙霧報(bào)警器的感應(yīng)器才能開(kāi)始正常采集 煙霧信息，因?yàn)閯傞_(kāi)始不通電放置，所以導(dǎo)致之后如果使用需要經(jīng)歷程序初始化的階段。 煙霧報(bào)警器發(fā)出清脆響亮的脈動(dòng)報(bào)警訊號(hào)表示煙霧感應(yīng)器開(kāi)始感應(yīng)煙霧信息了。正常是 表示正常的綠燈閃亮，當(dāng)煙霧感應(yīng)器感應(yīng)到煙霧濃度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，報(bào)警器會(huì)發(fā)出一種 類(lèi)似警笛的鳴笛聲，與此同時(shí)綠燈熄滅紅燈閃亮，以此來(lái)提示相關(guān)人員在最短時(shí)間內(nèi)采 取安全的對(duì)應(yīng)手段或打開(kāi)控制局面的安全裝置的開(kāi)關(guān)，從而避免火災(zāi)的發(fā)生或者在沒(méi)有 形成大的面

53、積性燃燒的時(shí)候?qū)⒒馂?zāi)控制住以及及時(shí)疏散人群。流程圖見(jiàn)附錄圖 2。 4.2.3 狀態(tài)顯示及控制 因?yàn)橛械臅r(shí)候需要根據(jù)顯示的數(shù)據(jù)去判斷當(dāng)時(shí)發(fā)生的情況，所以就需要有一個(gè)狀態(tài) 顯示及控制。感應(yīng)裝置只是對(duì)著固定的感應(yīng)起著作用，有部分時(shí)候不排除它不會(huì)對(duì)當(dāng)時(shí) 發(fā)生的情況進(jìn)行誤判，狼孩子的故事大家耳熟能詳了，所以為了避免那個(gè)故事結(jié)局那樣 的悲劇式結(jié)尾我們應(yīng)該有一個(gè)良好的認(rèn)識(shí)。所話說(shuō)為了偷懶所以制造出種種能代替偷懶 的工具，其實(shí)先不說(shuō)這句話的對(duì)錯(cuò)，就說(shuō)我們時(shí)常那個(gè)掛在嘴邊那句“變則通，通則達(dá)” 說(shuō)的其實(shí)也有道理。言歸正傳，說(shuō)到雖說(shuō)有報(bào)警器進(jìn)行檢測(cè)，但是還是要畫(huà)龍點(diǎn)睛式的 多加一個(gè)顯示，而且在一些時(shí)間里還可以根據(jù)

54、實(shí)際情況對(duì)當(dāng)時(shí)檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)匯總 分析。 4.3 本章小結(jié)本章小結(jié) 這一章著重說(shuō)的是煙霧報(bào)警器中軟件的設(shè)計(jì)。從介紹軟件編程的流程開(kāi)始一路往后介 紹，在這里選擇的是 C 語(yǔ)言，因?yàn)?C 語(yǔ)言的眾多優(yōu)點(diǎn)，所以在這個(gè)過(guò)程中也省下了很多 麻煩。按照軟件實(shí)現(xiàn)的功能，詳細(xì)的介紹了部分流程及處理。最后在綜合說(shuō)明了一下?tīng)?態(tài)顯示及程序的控制方面。 5 5 功能測(cè)試功能測(cè)試 5.1 煙霧報(bào)警器的檢測(cè)煙霧報(bào)警器的檢測(cè) 整個(gè)電路的測(cè)量元件是采取得是 MQ-2 旁熱式煙霧傳感器，這種傳感器在無(wú)煙霧的時(shí) 候，煙霧傳感器的阻值較高，約 20K 歐。當(dāng)有煙霧進(jìn)入了傳感器里面時(shí)，它的阻值很快 的下降，并且 A、B 兩邊都

55、有電勢(shì)的變化。大部分情況下，從煙霧傳感器中輸出的信號(hào)較 為微弱，這時(shí)候則需要通過(guò)放大電路對(duì)微小的信號(hào)進(jìn)行放大，并且同時(shí)附帶濾波，還要 進(jìn)行電平調(diào)節(jié)，從而使得輸入信號(hào)得以滿足單片機(jī)的要求。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)基本都是使用的 是單極性供電，所以使用同相比例放大電路在這里更為合理，同時(shí)可以減少硬件的花銷(xiāo)。 在經(jīng)常可以看得到的運(yùn)放中，LM324 價(jià)錢(qián)便宜、操作簡(jiǎn)單等一些優(yōu)點(diǎn)尤為突出，所以這一 次的設(shè)計(jì)中， LM324 做為電路的運(yùn)放在前置電路中使用。LM324 在片上屬于單片，增益 上屬于高增益，運(yùn)算上屬于四運(yùn)算的放大器，它可以在電壓范圍較大的情況下使用一個(gè) 電源或著多個(gè)電源工作，這時(shí)候電源的電流大小與電源電壓

56、是沒(méi)有關(guān)系的。四個(gè)運(yùn)算放 大器應(yīng)該按一定的順序放好，它的電阻是補(bǔ)償溫度的，另外是不需外接頻率補(bǔ)償?shù)?，?好可以做到輸出的電平與數(shù)字電路相吻合的。 如上圖所示，信號(hào)從傳感器的上端 2 出來(lái)的 Vi 經(jīng)過(guò)了運(yùn)放的同相輸入端，為了確保 輸入的負(fù)反饋，那么輸出的電壓 Vo 應(yīng)該要通過(guò)電阻 R2 從而接到反相輸入的一端，與此 同時(shí)，反相輸入的一端通過(guò)電阻 R1 直接接到了參考電壓 VREF 端。因?yàn)橐氲氖巧疃认?列電壓負(fù)反饋，所以電路中的輸入阻抗較高，輸出的阻抗是很低的。可降低高輸入阻抗 放大器電路向前端電路的影響，與此同時(shí)低的輸出阻抗是可以增加其自身的抗干擾性的， 這方面在電路設(shè)計(jì)模塊中明顯是有幫助

57、的。該放大器電路增加了參考電壓一個(gè)，引入零 位調(diào)整的功能，這樣我們就可以引起不同的傳感器更方便的調(diào)整為零的變化。它采用了 滑動(dòng)變阻器來(lái)創(chuàng)建了一個(gè)參考電壓 VREF，回收電壓跟隨器的電壓輸入?yún)⒖茧妷憾说倪\(yùn)算 放大器電路。因此，要調(diào)整滑動(dòng)變阻器，可以直接更改參考電壓放大電路。而電路中的 電壓跟隨器的作用是用來(lái)匹配阻抗和防止 R1 和 R2 兩個(gè)滑動(dòng)變阻器在電路中輸出電壓從 而對(duì)電路造成影響。當(dāng)檢測(cè)到氣體或煙霧，電壓后的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)的輸出為高電平， 另一方面是低電平。為了單片機(jī)更好地進(jìn)行信號(hào)的處理，此電路還增加了一個(gè) NPN 的三 極管，有高低電平轉(zhuǎn)換的作用。就這樣看似很復(fù)雜的煙霧傳感器的信號(hào)檢測(cè)

58、就這樣輕松 的完成了。 5.2 煙霧報(bào)警的實(shí)驗(yàn)分析 本次實(shí)驗(yàn)分析是以甲烷氣體為例，因?yàn)樵谏钪谐０l(fā)生的火災(zāi)中，天然氣引發(fā)的較為 普遍，所以本次就選取天然氣的主要成分甲烷作為測(cè)試氣體。 甲烷濃度與傳感器輸出電壓甲烷濃度與傳感器輸出電壓 濃度 （%） 0102030405060708090100 電壓 （v） 3.703.653.603.483.302.982.612.221.801.020 從這個(gè)表可以看出來(lái)氣體濃度與電壓成非線性關(guān)系，但是為了實(shí)際好操作以及便于處理 我們利用數(shù)學(xué)的線性回歸對(duì)這個(gè)規(guī)律進(jìn)行線性化處理。 所得的線性方程為：F（x）=-0.028x+3.72 5.3 本章小結(jié)本章小結(jié) 本章著重介紹了煙霧報(bào)警器功能測(cè)試方面以及實(shí)驗(yàn)后的分析和綜合評(píng)估。功能測(cè)試是從 電路方面深入介紹的，從接收信號(hào)再到系統(tǒng)反應(yīng)來(lái)評(píng)估的。而測(cè)試則是選取某種為例的， 比如生活中較為常見(jiàn)的火災(zāi)一般是天然氣的燃燒，而天然氣的主要成分是甲烷，那么可 以針對(duì)甲烷對(duì)報(bào)警器進(jìn)行