李瑞福

（遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動(dòng)化系，錦州 121001）

便攜式氣體報(bào)警儀的設(shè)計(jì)

李瑞福

（遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動(dòng)化系，錦州 121001）

針對(duì)一氧化碳事故多發(fā)的現(xiàn)狀，本文設(shè)計(jì)了以一氧化碳為被測(cè)氣體，基于MSP430F135控制器的便攜式氣體報(bào)警儀，該報(bào)警儀不但具有體積小，攜帶方便，同時(shí)具有振動(dòng)、光及聲音為一體的報(bào)警功能，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)一氧化碳濃度，若其濃度超過(guò)報(bào)警上限值時(shí)，會(huì)立即啟動(dòng)振動(dòng)、閃光及蜂鳴三位一體的報(bào)警功能，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

一氧化碳；氣體報(bào)警儀；MSP430

0 引言

本文所設(shè)計(jì)的是一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的便攜式一氧化碳濃度檢測(cè)報(bào)警儀。設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)在于： （1）成本低廉，功耗低，性能穩(wěn)定耐用，并能對(duì)一氧化碳濃度準(zhǔn)確探測(cè)并報(bào)警 ；（2）該報(bào)警儀方便簡(jiǎn)捷，無(wú)需專業(yè)人員操作就能對(duì)一氧化碳?xì)怏w進(jìn)行監(jiān)測(cè)，避免中毒事故的發(fā)生。該產(chǎn)品的核心部件是TI公司的MSP430F135主控制器及智能紅外氣體傳感器MH-740A。其低功耗和便攜性會(huì)使其具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

一氧化碳?xì)怏w報(bào)警儀采用單片機(jī)主控模塊MSP430F135，普通段式LED顯示模塊，紅外氣體傳感器MH-740A，TC1047溫度傳感器，聲光振動(dòng)報(bào)警方式，設(shè)置2個(gè)按健。該報(bào)警儀的組成有電源、報(bào)警控制、顯示、數(shù)據(jù)采集與處理等。采集的數(shù)據(jù)是一氧化碳濃度，因而選擇紅外氣體傳感器MH-740A來(lái)測(cè)量濃度，為了系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，需要采集現(xiàn)場(chǎng)的溫度對(duì)該測(cè)量值進(jìn)行補(bǔ)償，所以還應(yīng)選擇溫度傳感器檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫度。該報(bào)警儀系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）主控制器

該系統(tǒng)的主控制器是TI公司的MSP430F135單片機(jī)，16KB+256B的閃速存儲(chǔ)器及512B的RAM，存儲(chǔ)容量大，共64個(gè)引腳。內(nèi)部帶12位A/D轉(zhuǎn)換芯片，避免了過(guò)多的I/O口，縮小了體積，也降低了成本。 該芯片具有處理能力強(qiáng)、運(yùn)算速度快、超低功耗的特點(diǎn)。MSP430 系列單片機(jī)的電源電壓采用的是1.8-3.6V電壓。因而可使其在1MHz的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片的最低電流在165μA左右，此外具有獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在MSP430系列中有兩個(gè)不同的時(shí)鐘系統(tǒng)：基本時(shí)鐘系統(tǒng)、鎖頻環(huán)（FLL和FLL+）時(shí)鐘系統(tǒng)和DCO數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)?？梢灾皇褂靡粋€(gè)晶體振蕩器（32768Hz），也可以使用兩個(gè)晶體振蕩器。并且這些時(shí)鐘可以在指令的控制下，打開(kāi)和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總體功耗的控制。由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)開(kāi)啟的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有著顯著的不同。在系統(tǒng)中共有一種活動(dòng)模式（AM）和五種低功耗模式（LPM0～LPM4）。在實(shí)時(shí)時(shí)鐘模式下，可達(dá)2.5μA，在RAM保持模式下，最低可達(dá)0.1μA。

測(cè)得的濃度通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換送到單片機(jī)中，如果超過(guò)了報(bào)警值就啟動(dòng)報(bào)警程序。

（2）傳感器

智能紅外氣體傳感器MH-740A利用非色散紅外原理，進(jìn)行被測(cè)氣體的測(cè)量，具有較高的靈敏度，功耗很低，具有快速的響應(yīng)恢復(fù)特性，穩(wěn)定性高，，抗干擾能力強(qiáng)，具有較強(qiáng)的選擇性，對(duì)氧氣沒(méi)有依賴，輸出0～2.5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，體積小巧，使用壽命長(zhǎng)。

（3）顯示電路

TI公司的MSP430F135單片機(jī)，內(nèi)部集成了LCD控制器，能直接驅(qū)動(dòng)段碼液晶。該硬件連接的驅(qū)動(dòng)方式采用2MUX驅(qū)動(dòng)方式。I/O口與LCD采用直接連接式，不需要外接上拉電阻。R選擇1MΩ。液晶顯示器（LCD）具有重量輕、體積小、能耗低、外形薄、較低的工作電壓、顯示信息量大和無(wú)輻射等優(yōu)點(diǎn)。

（4）報(bào)警電路

聲音報(bào)警電路如圖3所示。單片機(jī)輸出數(shù)字信號(hào)，經(jīng)轉(zhuǎn)換后送到三極管，蜂鳴器兩端會(huì)產(chǎn)生交變的電流信號(hào)，壓電陶瓷片就會(huì)形變，從而產(chǎn)生聲音報(bào)警信號(hào)。

圖1 報(bào)警儀系統(tǒng)框圖Fig.1 System chart of the alarming

圖2 MSP430單片機(jī)與LCD公共端連接電路Fig.2 Circuit of MSP430 singlechip and LCD common port

圖3 聲音報(bào)警電路Fig.3 Sound alarm circuit

光報(bào)警電路如圖4所示。采用一個(gè)發(fā)光二極，通過(guò)電路與單片機(jī)的一個(gè)I/O口相連接，通過(guò)軟件變換該管腳的高低電平和延時(shí)等實(shí)現(xiàn)光報(bào)警。

振動(dòng)報(bào)警電路如圖5所示。采用一個(gè)馬達(dá)，通過(guò)單片機(jī)I/O口輸出高電平會(huì)使馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而引起馬達(dá)上偏心輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而引起有規(guī)律的振動(dòng)，達(dá)到提示振動(dòng)報(bào)警的目的。

圖4 光報(bào)警電路Fig.4 Light alarm circuit

圖5 振動(dòng)報(bào)警電路Fig.5 Vibration alarm circuit

圖6 系統(tǒng)主程序流程Fig.6 System main program

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主程序流程如圖6所示

主程序包括系統(tǒng)上電，A/D初始化；液晶初始化，自檢程序；濃度溫度的采集與處理；顯示；報(bào)警。以上的功能分別由主程序、氣體信號(hào)測(cè)量子程序、數(shù)字濾波算法子程序、按健中斷程序、顯示子程序及聲、光、振動(dòng)報(bào)警三個(gè)子程序。

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的便攜式一氧化碳?xì)怏w報(bào)警儀，功能簡(jiǎn)單實(shí)用，經(jīng)試運(yùn)行，性能穩(wěn)定，靈敏度高，攜帶方便，功耗低，應(yīng)用前景非常廣泛，有著較高的實(shí)用價(jià)值，可以在實(shí)際中推廣應(yīng)用，該產(chǎn)品如果能夠推廣，一定能有效避免因各種原因?qū)е碌囊谎趸贾卸臼鹿实陌l(fā)生。

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A Design of Portable Gas Alarming

LI Rui-fu
(Dept, ofAutomation, Liaoning Petro-chemical Vocational Technical College, Jinzhou, 121001, china)

In this paper, a portable gas alarming is designed in case of the current situation of carbon monoxide accident, which uses carbon monoxide as the measured gas and MSP430F135 as its controller. The alarm instrument not only has the advantages of small size and portability, but also has the alarming functions of vibration, light and sound as a whole. It can monitor the concentration of carbon monoxide in real time. It will turn on the alarming functions of vibration, light and sound, when the concentration exceeds the alarm limit. It deserves to be popularized and applied

Carbon monoxide; Gas alarming; MSP430

10.19335/j.cnki.2095-6649.2016.12.009

:LI Rui-fu. A Design of Portable Gas Alarming[J]. The Journal of New Industrialization, 2016, 6(12) : 49-52.

李瑞福（1964-），男，副教授、碩士研究生，研究方向?yàn)榍度胧郊夹g(shù)

本文引用格式：李瑞福.便攜式氣體報(bào)警儀的設(shè)計(jì)[J]. 新型工業(yè)化，2016，6（12）：49-52.