MSP43O實(shí)現(xiàn)家用煙霧報(bào)警器

　　 引言

　　國(guó)現(xiàn)行的《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50016-2006)未對(duì)住宅部分安裝火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)有所規(guī)定。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有煙霧探測(cè)器容易失效、連接斷開或電池?fù)p壞，缺少電池欠壓檢測(cè)，存在誤報(bào)警的情況，工作極不穩(wěn)定。因此，本文設(shè)計(jì)了一款功耗低、可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的家用煙霧報(bào)警器。

　　1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

　　系統(tǒng)由主控芯片、煙霧檢測(cè)模塊、報(bào)警模塊和電源模塊四部分組成。主控芯片采用16位超低功耗單片機(jī)MSP430F2012，每隔8s進(jìn)行一次煙霧檢測(cè)，通過F2012芯片I/O口輸出32768Hz信號(hào)驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射部分發(fā)出紅外線，同時(shí)使用片內(nèi)10位ADC對(duì)經(jīng)過放大的紅外信號(hào)進(jìn)行連續(xù)4次的數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換，取平均值作為檢測(cè)結(jié)果。同時(shí)將檢測(cè)結(jié)果與預(yù)設(shè)報(bào)警門限值進(jìn)行比較，從而發(fā)送預(yù)警信息。同時(shí)還利用了430內(nèi)部低頻時(shí)鐘VLO準(zhǔn)確定時(shí)，高頻時(shí)鐘DCO高速工作，在降低系統(tǒng)成本的同時(shí)提高了系統(tǒng)的可靠性。

　　2 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)

　　2.1 主控芯片MSP430F2012

　　MSP430F2012是TI公司新推出的一款高性能16位微控制器。其特點(diǎn)如下：電源電壓采用1.8～3.6V的低電壓;超低功耗，活動(dòng)模式(1MHz，2.2V時(shí)為200 μA)，待機(jī)模式(0.7μA)，掉電模式(RAM數(shù)據(jù)保持，0.1 μA);5種省電模式;從待機(jī)到喚醒不超過1μs;16位精簡(jiǎn)指令集，指令周期125ns;帶有兩個(gè)捕獲/比較寄存器的16位定時(shí)器(TIMERA);A/D轉(zhuǎn)換器;10位200-ksps，通用串行接口USI;支持SPI和I2C;程序代碼熔絲保護(hù);零功耗BOR復(fù)位保護(hù)功能。本文采用Spy-Bi-Wire的JTAG調(diào)試接口，只需連接四根線，即可實(shí)現(xiàn)用仿真器在線編程調(diào)試程序。同時(shí)，MSP430F2012擁有2kB+256B的FLASH存儲(chǔ)器，128B的RAM，足夠系統(tǒng)代碼量的需求。

　　2.2 煙霧檢測(cè)模塊電路

　　煙霧檢測(cè)方式主要有離子感煙探測(cè)和光電感煙探測(cè)。離子感煙探測(cè)對(duì)電路和工藝要求高，探測(cè)器受濕度和氣流等影響大，維護(hù)費(fèi)用高于制造費(fèi)用。本文采用光電感煙探測(cè)方式，電路如圖2所示。采用特制的光學(xué)迷宮作為煙霧接收裝置，內(nèi)裝有紅外發(fā)射二極管(IRdiode)和紅外接收二極管(IR receiver)，主控芯片MSP430F2012的P2.7口定期驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射部分發(fā)射紅外線，若有煙霧進(jìn)入光學(xué)迷宮，則產(chǎn)生光的散射，紅外接收二極管接收光信號(hào)后產(chǎn)生電流信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算放大器LM358轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，送入主控芯片ADC模塊通道A3進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換，當(dāng)判斷迷宮內(nèi)出現(xiàn)煙霧后，主控芯片驅(qū)動(dòng)壓電蜂鳴器發(fā)出煙霧報(bào)警聲音。

　　2.3 報(bào)警電路

　　系統(tǒng)報(bào)警電路采用RE46C100來驅(qū)動(dòng)壓電蜂鳴器，該芯片電壓工作范圍寬(6～16V)，低功耗(空閑電流小于100nA)，采用9V電池供電。該芯片使能端HRNEN與MSP430的P2.6口連接，當(dāng)HRNEN為高電平時(shí)，壓電蜂鳴器產(chǎn)生自激振蕩而發(fā)出報(bào)警聲音。通過軟件設(shè)置Timer A不同的定時(shí)輸出，可使之發(fā)出煙霧檢測(cè)、電池欠壓兩種不同方式的報(bào)警信號(hào)。

　　2.4 電源電路

　　系統(tǒng)需要提供9v和3.3V兩個(gè)工作電壓，9V供給RE46C100，3.3V是單片機(jī)MSP430F2012的工作電壓，本電路選用穩(wěn)壓器TPS715333。

　　TPS71533是一款采用SC-70封裝的高輸入電壓LDO(低壓降)穩(wěn)壓器，其與微處理芯片MSP430F1232同屬于美國(guó)的TI公司。該穩(wěn)壓器的特點(diǎn)是：高輸入、低壓降、低功耗和小型封裝。芯片的輸入電壓范圍為2.5～24V，低壓降和低靜態(tài)電流(最大靜態(tài)電流為3.2 μA)使該芯片的功耗處于極低的水平，適用于電池供電的場(chǎng)合。

　　同時(shí)系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了電池欠壓檢測(cè)，將電源電壓直接引入MSP430F2012 ADC模塊的輸入P1.2口，與程序中預(yù)先設(shè)定的閥值電壓進(jìn)行比較，當(dāng)電源電壓過低時(shí)，通過報(bào)警電路提醒用戶及時(shí)更換電池。