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摘要：随着人类社会的发展与进步，现代家庭所用的电量和瓦斯量正在逐年增加，火灾发生的频率越来越高。在全球每年发生火灾600-700万起之中，住宅火灾发生率约占80%以上。如何提前发现住宅火灾并及时采取控制措施，保障居民的生命财产安全，是当前社会面临的一大课题。本文介绍了以MSP430单片机为核心器件，结合MQ-2型烟雾传感器设计了一款新型烟雾报警器，并且详细介绍了系统的硬件组成和软件设计方案。实践表明，该报警器具有功耗低、可靠性强、灵敏度高、价格合理等特点。
关键词：MSP430单片机；烟雾；传感器；报警器
中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2012） 14-0009-01
一、烟雾报警器系统总体设计方案
烟雾报警器的主要功能是分析环境中的烟雾浓度并报警。它由烟雾检测模块、单片机控制电路、报警电路、LED显示器和电源五部分组成。烟雾检测模块选用MQ-2型烟雾传感器，它能将烟雾信号转化为模拟的电信号，该信号经过放大以后传递给MSP430单片机片内A/D转换器转换成数字信号，单片机对数字信号进行分析处理，看结果是否大于设定的门限值，若大于预设值则启动报警装置，发出警报信息，否则为正常状态。
二、硬件电路设计
信号采集系统采用的是MQ-2型烟雾传感器。它是一种技术先进、工作可靠度高的离子式烟雾传感器，其性能优于其它气敏电阻传感器。具有抗腐蚀能力强、高灵敏度、结构简单、功耗小、成本低、维护简便等特点。对火灾初期各类燃烧物质引燃阶段产生的不可见及可见烟雾，检测稳定可靠，且能有效地防止粉尘干扰所引起的非火灾误报。其检测电路如图1所示
MQ-2型烟雾传感器的工作原理：当火灾场所发生的烟雾进入到监测电离室，位于电离室中的检测源镅241放射a射线，使电离室内的空气电离生成正负离子。在正常的情况下，内外电离室的电流、电压都是稳定的，离子处于平衡状态；火灾发生初期释放的气溶胶亚微粒子及可见烟雾大量进入外电离室，吸附并中和正负离子，使电离电流急剧减少，破坏电离平衡状态，输出检测电信号，经后级电路处理识别后，发出报警，并向配套监控系统输出报警开关信号。
结构特征：整机电路由稳压、信号检测、信号处理、比较触发、信号输出等电路组成。
主要技术指标：工作电压：5.0±0.2V（DC）；报警即时；采用声光报警方式；自动解除报警接触方式；电压信号输出；无烟时对应低电平，有烟时对应高电平的信号输出方式。
信号处理系统采用MSP430F2272型单片机。
MSP430系列单片机是由美国德州仪器公司1996年开始向市场推出的一种16位混合信号信号处理器。将多个不同功能的模拟电路、数字电路、微处理器集中在一个芯片上，使它更加符合工程设计的要求。
MSP430系列单片机具有以下特点：
（一）超低的功耗。其电源电压在1.5-6V之间，待机模式时电流小于0.1μA，适合电池供电。它具有两种不同的时钟系统，五种低功耗模式，可嵌套中断，内部模块可以关闭。
（二）强大的处理能力。采用RISC结构的16位单片机，具有硬件乘法器，DMA模块，可实现FFT、DTMF等算法。
（三）丰富的片内片外模块。这包括时钟模块由高速晶体振荡器、低速晶体振荡器、数字控制振荡器DCO及锁频环FFL、多通道高精度的ADC和DAC、电源电压监控模块SVS、片内模拟比较器、多个具有PWM功能的定时器、片内USART、液晶驱动器、硬件乘法器、看门狗定时器（WDT）、基本定时器、定时器A、定时器B、大量的I/O端口以及大容量的片内存储器等。MSP430系列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便。
（四）方便高效的开发环境。Flash型具有片内JTAG接口，由JTAG接口读取片内信息供设计者调试使用的方法进行开发。这种方式只需要一台PC机和一个JTAG调试器，而不需要仿真器和编程器。开发语言有汇编语言和C语言。
（五）系统工作稳定。主时钟出现故障，内部时钟会自动开启。本设计采用MSP430F2272型单片机，其主要参数如下：32KB的Flash ROM、512B片内RAM、32个I/O口、12通道10位的ADC、3个16位定时器A和3个16位定时器B。
三、系统软件的设计与实现
系统软件包括主程序、中断唤醒子程序、烟雾信号检测子程序和电池电压检测子程序。采用C语言编程，便于系统维护和功能扩展主程序流程图如图2所示，在烟雾信号检测子程序流程图如图3所示。
初始化时，MCU工作在低功耗模式LPM3。TA0每8s中断一次，MCU退出LPM3模式，调用烟雾信号检测子程序。为了避免误报警，系统只有连续3次探测到烟雾信号，才启动报警电路报警。
软件设计中应注意的问题：初始化程序时，单片机中未使用的引脚应设置为输出状态，以减小功耗；由于光电传感器及信号放大电路的上电和稳定需要一定时间，因此在采样程序中，开启A/D转换器之前要要有一段时延；灵活利用MSP430单片机的低功耗模式，以降低系统功耗。
参考文献：
[1]叶启明.实用的火灾烟雾报警器[J].家庭电子，2004，2.
[2]胡昊.基于烟雾报警器的火灾自动报警系统[J].传感器世界，2004，12.
[作者简介]白冰（1981-），男，吉林长春，长春职业技术学院，助教，研究方向：自动控制技术。
关键词：MSP430单片机；烟雾；传感器；报警器
中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2012） 14-0009-01
一、烟雾报警器系统总体设计方案
烟雾报警器的主要功能是分析环境中的烟雾浓度并报警。它由烟雾检测模块、单片机控制电路、报警电路、LED显示器和电源五部分组成。烟雾检测模块选用MQ-2型烟雾传感器，它能将烟雾信号转化为模拟的电信号，该信号经过放大以后传递给MSP430单片机片内A/D转换器转换成数字信号，单片机对数字信号进行分析处理，看结果是否大于设定的门限值，若大于预设值则启动报警装置，发出警报信息，否则为正常状态。
二、硬件电路设计
信号采集系统采用的是MQ-2型烟雾传感器。它是一种技术先进、工作可靠度高的离子式烟雾传感器，其性能优于其它气敏电阻传感器。具有抗腐蚀能力强、高灵敏度、结构简单、功耗小、成本低、维护简便等特点。对火灾初期各类燃烧物质引燃阶段产生的不可见及可见烟雾，检测稳定可靠，且能有效地防止粉尘干扰所引起的非火灾误报。其检测电路如图1所示
MQ-2型烟雾传感器的工作原理：当火灾场所发生的烟雾进入到监测电离室，位于电离室中的检测源镅241放射a射线，使电离室内的空气电离生成正负离子。在正常的情况下，内外电离室的电流、电压都是稳定的，离子处于平衡状态；火灾发生初期释放的气溶胶亚微粒子及可见烟雾大量进入外电离室，吸附并中和正负离子，使电离电流急剧减少，破坏电离平衡状态，输出检测电信号，经后级电路处理识别后，发出报警，并向配套监控系统输出报警开关信号。
结构特征：整机电路由稳压、信号检测、信号处理、比较触发、信号输出等电路组成。
主要技术指标：工作电压：5.0±0.2V（DC）；报警即时；采用声光报警方式；自动解除报警接触方式；电压信号输出；无烟时对应低电平，有烟时对应高电平的信号输出方式。
信号处理系统采用MSP430F2272型单片机。
MSP430系列单片机是由美国德州仪器公司1996年开始向市场推出的一种16位混合信号信号处理器。将多个不同功能的模拟电路、数字电路、微处理器集中在一个芯片上，使它更加符合工程设计的要求。
MSP430系列单片机具有以下特点：
（一）超低的功耗。其电源电压在1.5-6V之间，待机模式时电流小于0.1μA，适合电池供电。它具有两种不同的时钟系统，五种低功耗模式，可嵌套中断，内部模块可以关闭。
（二）强大的处理能力。采用RISC结构的16位单片机，具有硬件乘法器，DMA模块，可实现FFT、DTMF等算法。
（三）丰富的片内片外模块。这包括时钟模块由高速晶体振荡器、低速晶体振荡器、数字控制振荡器DCO及锁频环FFL、多通道高精度的ADC和DAC、电源电压监控模块SVS、片内模拟比较器、多个具有PWM功能的定时器、片内USART、液晶驱动器、硬件乘法器、看门狗定时器（WDT）、基本定时器、定时器A、定时器B、大量的I/O端口以及大容量的片内存储器等。MSP430系列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便。
（四）方便高效的开发环境。Flash型具有片内JTAG接口，由JTAG接口读取片内信息供设计者调试使用的方法进行开发。这种方式只需要一台PC机和一个JTAG调试器，而不需要仿真器和编程器。开发语言有汇编语言和C语言。
（五）系统工作稳定。主时钟出现故障，内部时钟会自动开启。本设计采用MSP430F2272型单片机，其主要参数如下：32KB的Flash ROM、512B片内RAM、32个I/O口、12通道10位的ADC、3个16位定时器A和3个16位定时器B。
三、系统软件的设计与实现
系统软件包括主程序、中断唤醒子程序、烟雾信号检测子程序和电池电压检测子程序。采用C语言编程，便于系统维护和功能扩展主程序流程图如图2所示，在烟雾信号检测子程序流程图如图3所示。
初始化时，MCU工作在低功耗模式LPM3。TA0每8s中断一次，MCU退出LPM3模式，调用烟雾信号检测子程序。为了避免误报警，系统只有连续3次探测到烟雾信号，才启动报警电路报警。
软件设计中应注意的问题：初始化程序时，单片机中未使用的引脚应设置为输出状态，以减小功耗；由于光电传感器及信号放大电路的上电和稳定需要一定时间，因此在采样程序中，开启A/D转换器之前要要有一段时延；灵活利用MSP430单片机的低功耗模式，以降低系统功耗。
参考文献：
[1]叶启明.实用的火灾烟雾报警器[J].家庭电子，2004，2.
[2]胡昊.基于烟雾报警器的火灾自动报警系统[J].传感器世界，2004，12.
[作者简介]白冰（1981-），男，吉林长春，长春职业技术学院，助教，研究方向：自动控制技术。