|
采用MSP430的煙霧報警器優(yōu)化設(shè)計
（作者未知） 2009/10/8
摘要：火災(zāi)已成為我國常發(fā)性和破壞性以及影響力最強的災(zāi)害之一。隨著經(jīng)濟和城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市高層、地下建筑以及大型綜合性建筑日益增多，火災(zāi)隱患也大大增加，火災(zāi)的數(shù)量及其造成的損失呈逐年上升趨勢。在工業(yè)和民用建筑、賓館、酒店、圖書館、科研和商業(yè)部門，火災(zāi)煙霧報警器已成為必要的裝置�；馂�(zāi)報警系統(tǒng)對現(xiàn)代建筑起著極其重要的安全保障作用。火災(zāi)報警控制器是火災(zāi)煙霧報警系統(tǒng)的核心。本文對火災(zāi)煙霧報警控制器和探測器做了深入的研究，并全面闡述了火災(zāi)煙霧報警控制器和探測器硬件和軟件設(shè)計。
關(guān)鍵詞：MSP430 煙霧 報警器
引言
傳統(tǒng)的煙霧報警器一般由煙霧傳感器和煙霧探測芯片構(gòu)成，探測芯片接收傳感器信號并進行處理，從而判斷是否有火災(zāi)發(fā)生。這種煙霧探測器結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但存在誤報率高和環(huán)境適應(yīng)能力差的缺點。為了解決這一問題，單片機被嵌入到報警器中，以識別傳感器因環(huán)境影響而產(chǎn)生的干擾信號。但是這樣做又帶來了其它方面的問題：
⑴用一般的單片機，比如51單片機，會大大增加報警器的功耗，這對于長時間需要電池供電的煙霧報警器而言是不能接受的；
⑵器產(chǎn)生的是微弱的模擬信號，這一信號要經(jīng)過放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換之后才能被單片機處理。采用獨立的A/D轉(zhuǎn)化電路不僅增加了系統(tǒng)的功耗，還降低了系統(tǒng)的可靠性；
⑶軟件設(shè)計不合理，致使報警器誤報率較高，操作控制也不靈活。
正文
針對上述情況，本設(shè)計以TI公司的MSP430單片機為核心器件設(shè)計了一款煙霧報警器。在軟件設(shè)計中采用模糊濾波算法，提高了單片機對環(huán)境的監(jiān)測能力和自適應(yīng)能力。
一、系統(tǒng)硬件設(shè)計
１.MSP430單片機簡介
MSP430系列單片機是TI公司推出的16位超低功耗的混合數(shù)字信號處理器，它針對實際應(yīng)用需求，把許多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器集成在一個芯片上。MSP430是基于精簡指令集（RISC）結(jié)構(gòu)的16位單片機，使用8MHz晶振工作時，指令速度可達8MIPS。MSP430單片機的電源采用1.8V～3.6V低電壓，RAM數(shù)據(jù)保持方式下耗電僅為0.1μA，I/O輸入端口的漏電流最大僅50nA。
MSP430有正常工作模式(AM)和5種低功耗工作模式(LPM0～LPM4)。當電源電壓為3V時，各種模式的工作電流分別為AM:340μA；LPM0:70μA；LPM2:17μA；LPM3:2μA；LPM4:0.1μA，單片機可以方便地在各種工作模式之間切換。MSP430的超低功耗使其在報警系統(tǒng)、便攜式設(shè)備等對供電要求非�？量痰膽�(yīng)用中表現(xiàn)出優(yōu)良的特性。MSP430系列單片機結(jié)合了TI公司高性能的模擬技術(shù)，各成員都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)（視不同型號而定），這些外設(shè)包括多通道高精度的ADC和DAC、片內(nèi)模擬比較器、多個具有PWM功能的定時器、片內(nèi)USART、硬件乘法器、液晶驅(qū)動器、看門狗定時器（WDT）、片內(nèi)數(shù)控振蕩器(DCO)、大量的I/O端口以及大容量的片內(nèi)存儲器等，單片可以滿足絕大多數(shù)的應(yīng)用需要。MSP430的高集成度使應(yīng)用人員不必在各種外設(shè)上花太多的精力，便可以方便地設(shè)計出真正意義上的單片系統(tǒng)。
本設(shè)計采用MSP430F2254，其主要參數(shù)如下：16KB的Flash ROM 、512B片內(nèi)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。
２.硬件電路設(shè)計
２.１ 煙霧探測電路
煙霧探測采用光電傳感器，傳感器及放大電路如圖1所示。傳感器電路主要由紅外發(fā)射管D1和紅外接收管D2構(gòu)成，探測信號經(jīng)過放大之后被單片機接收。
D1和D2被置于光電感應(yīng)室（俗稱：迷宮）中，二者之間有障礙，D1發(fā)射的紅外線不能直接被D2接收，當有煙霧進入迷宮時，紅外線經(jīng)煙霧折射后被D2接收，繼而轉(zhuǎn)化成電信號，以此檢測煙霧的存在。單片機每隔一段時間由I/O端口P1.6輸出高、低電平，控制D1發(fā)射紅外線和停止發(fā)射，以探測煙霧。傳感器間歇性地工作，便于降低功耗。集成運放的電源由單片機經(jīng)P1.5提供。同樣，只有在傳感器工作時，運放才相應(yīng)地對接收信號作放大處理，避免連續(xù)工作以降低功耗。信號經(jīng)放大后通過單片機的P1.4引腳進入MSP430片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器，避免了設(shè)計獨立的A/D轉(zhuǎn)換電路，既降低了功耗，同時也提高了系統(tǒng)的可靠性。P1.4作為ADC的輸入通道A7。
２.２ 報警電路
報警電路如圖2所示。MSP430內(nèi)部的定時器A能產(chǎn)生周期和占空比可調(diào)的脈寬調(diào)制（PWM）信號。PWM信號由P1.3引腳輸出，經(jīng)三極管放大之后驅(qū)動蜂鳴器。PWM信號占空比設(shè)定為50% ；改變信號頻率可以調(diào)節(jié)蜂鳴器聲音的大（未完，下一頁）
|