摘要：隨著人類社會的發(fā)展與進步，現(xiàn)代家庭所用的電量和瓦斯量正在逐年增加，火災發(fā)生的頻率越來越高。在全球每年發(fā)生火災600-700萬起之中，住宅火災發(fā)生率約占80%以上。如何提前發(fā)現(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)總體設計方案

煙霧報警器的主要功能是分析環(huán)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(jīng)過放大以后傳遞給MSP430單片機片內A/D轉換器轉換成數(shù)字信號，單片機對數(shù)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(fā)出警報信息，否則為正常狀態(tài)。

二、硬件電路設計

信號采集系統(tǒng)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(yōu)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(wěn)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(fā)生的煙霧進入到監(jiān)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(wěn)定的，離子處于平衡狀態(tài)；火災發(fā)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(tài)，輸出檢測電信號，經(jīng)后級電路處理識別后，發(fā)出報警，并向配套監(jiān)控系統(tǒng)輸出報警開關信號。

結構特征：整機電路由穩(wěn)壓、信號檢測、信號處理、比較觸發(fā)、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(tǒng)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(shù)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(tǒng)，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(xiàn)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(shù)字控制振蕩器DCO及鎖頻環(huán)FFL、多通道高精度的ADC和DAC、電源電壓監(jiān)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(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。

（四）方便高效的開發(fā)環(huán)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(fā)。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(fā)語言有匯編語言和C語言。

（五）系統(tǒng)工作穩(wěn)定。主時鐘出現(xiàn)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(shù)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(tǒng)軟件的設計與實現(xiàn)

系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)只有連續(xù)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(tài)，以減小功耗；由于光電傳感器及信號放大電路的上電和穩(wěn)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(tǒng)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(tǒng)[J].傳感器世界，2004，12.

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