MSP430单片机的家用烟雾报警器的设计
MSP430单片机的家用烟雾报警器的设计[20200131184939]
【摘要】
烟雾报警器能检测室内烟雾浓度，当房间内产生的烟雾浓度到达预警值时，报警器就会提示。单片机具有集成化、低功耗、实时性强的优点，本设计是一款基于MSP430单片机的家用烟雾报警器，具有实用，安全，环保的特点。
本设计采用功耗低、速度快、低成本的运算放大器 LM358；低功耗，实时性强，可靠性高的单片机MSP430F2012；LED驱动器集成电路，采用宽电压工作范围 6～16V，低功耗的芯片RE46C100；7mV超低纹波电压，650mA最大输出电流，超小WLCSP6封装，最高效率95%的线性稳压器TPS71533芯片。实现了能够对环境中的烟雾浓度检测，同时具有报警的功能。本设计以MSP430单片机为核心器件，具有能够提高单片机对环境的监测能力和自适应能力的优点。
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关键字:】MSP430；烟雾报警,实时性
引言 1
一、烟雾报警器系统设计方案 2
二、烟雾报警器系统器件介绍 2
（一）MSP430单片机 2
（二）集成芯片RE46C100 5
（三）集成芯片TPS71533 5
（四）集成芯片LM358 6
三、烟雾报警器系统硬件设计 6
（一）烟雾检测模块 6
（二）报警模块 7
（三）控制模块 8
（四）电源电路 8
（五）烟雾报警器总电路 9
四、烟雾报警器系统软件设计 9
（一）烟雾报警器主程序流程 10
（二）烟雾报警系统程序解析 11
总结 12
致谢 13
参考文献 14
附录一 原理图 15
附录二 PCB图 16
附录三 元件清单 17
引言
火灾已成为我国常发性和破坏性以及影响力最强的灾害之一。在工业和民用建筑、宾馆、酒店、图书馆、科研和商业部门，烟雾报警器已成为必要的装置。
国外从20世纪30年代开始研究及开发烟雾传感器，且发展迅速，一方面是因为人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高；另一方面是因为传感器市场增长受到政府安全法规的推动。而我国在70年代初期开始研制烟雾报警器，生产型号多样、品种较齐全，应用范围也由单一的炼油系统扩展到几乎所有危险作业环境的各种类型报警器，产品数量也在不断增加。但主要是在引进国外先进的传感器技术和先进的生产工艺基础上，进行研究与开发形成自己的特色。近年来，在烟雾选择性和产品稳定性上也有很大进步。
本文设计了一款功耗低、可靠性高、实时性强的基于MSP430单片机的家用烟雾报警器。本系统的组成，由主控芯片、烟雾检测模块、报警模块和电源模块四部分组成。基本原理是将检测结果与预设报警门限值进行比较，超出设定范围则发送预警信息。
本设计的烟雾报警电路能有效地防止和减少火灾危害，解决有线报警系统不能解决的问题，对保护人身安全和财产安全具有现实意义。所设计的控制器具有较高的性价比。技术上，本设计是采用MSP430单片机为核心器件，具有能够提高单片机对环境的监测能力和自适应能力的优点。
一、烟雾报警器系统设计方案
烟雾报警系统是能够对环境中的烟雾浓度进行检测，并具有报警功能的仪器。报警仪器由烟雾信号采集电路、模数转换电路、单片机控制电路、报警电路等部分组成，烟雾报警系统结构框图，如图1所示。
图1 烟雾报警系统结构框图
烟雾信号采集电路主要由烟雾传感器和模拟放大电路组成，它将烟雾信号转化成为模拟的电信号。A/D（模数）转换电路将烟雾检测电路传来的模拟信号转换成单片机可识别的数字信号，然后再传入单片机。单片机对这些数字信号进行滤波处理，并分析其值，看是否大于或等于某个预设值（也就是报警限值），如果大于报警限值，则启动报警电路发出报警信号。为方便检测与监控，使我们能够直接观察到环境中的可燃烟雾浓度值，可将浓度值送到显示屏显示。为了调节报警限值，可加入按键，以起到按实际情况调节报警限值的作用。
二、烟雾报警器系统器件介绍
（一）MSP430单片机
1.MSP430单片机内部结构和引脚
MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集结构，具有丰富的寻址方式、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令。MSP430单片机小巧灵活、成本低、易于产品化。它的抗干扰能力较强，适应的温度范围宽，在各种恶劣条件下都能可靠的工作，这是其他机型所无法比拟的。
图2 MSP430单片机内部结构图
MSP430F2012共有14个引脚，每个引脚都有各自的功能，MSP430F2012的引脚，如表1所示。
表1 MSP430F2012的引脚
引脚 引脚名称 功能叙述
1 VCC 连接电源
2 P1.0 通用数字I/O比较器A捕获方式CCIOA输入
3 P1.1 通用数字I/O比较器A捕获方式CCIOB输入/MCLK输出
4 P1.2 通用数字I/O比较器A捕获方式CCIIA输入，比较方式，OUT输出
5 P1.3 通用数字I/O/SVS,SVS比较器的输出端
6 P1.4 通用数字I/O输入时钟定时器B子系统时钟SMCLK
7 P1.5 通用数字I/O比较器A输入时钟/ACLK输出
8 P1.6 通用数字I/O比较器A输入管脚
9 P1.7 通用数字I/O比较器A输入管脚
10 RST/ 复位
11 TEST
12 P2.7 通用数字I/O转换时钟的12位ADC/DMA通用0外部触发
13 P2.6 晶体振荡器的输出端XT1
14 VSS 内部链接电源
2. MSP430程序库的组成方式
程序库解决方案包含多个项目，每个项目是针对一个单元（如：uart 异步串行口）的程序库和使用示例，如异步串行口的程序库，下图中UART项目，Uart.c是主要的程序库源代码，Uart.h是对应头文件，使用时需包含此头文件，main.c是使用示例代码。代码图，如图4所示。
图4 示例代码截图
文件组织方式：程序库的c文件和h文件一一对应，c文件至少包含两个头文件，其中一个是430的头文件，以使用单片机的硬件资源，另一个是其对应的头文件；如
Uart.c开头即为
#include
#include "Uart.h"
为防止重复包含头文件中均有#define语句如Uart.h开头和结尾：
#ifndef __UART_H
#define __UART_H
#endif /* __UART_H */
程序库使用方式：第一步，先把c文件和h文件拷到工程文件夹；然后把c文件添加到项目中 在左侧workspace中右击项目，选Add—>Add Files，选择刚添加的c文件。如图5所示。
图5 添加文件
最后在要调用库函数的程序文件中包含拷进来的头文件；之后，就可以正常调用程序库中的函数（H文件中声明的，需要的话，可以自行添加）。
（二）集成芯片RE46C100
压电喇叭驱动电路RE46C100，具有宽电压工作范围 6～16V，低功耗（空闲电流小于 100nA）。RE46C100是用于LED灯泡的LED驱动器集成电路，集成调光功能降低了成本，减少了调光功能约40%电路尺寸。RE46C100引脚示意图，如图6所示。
图6 RE46C100引脚示意图
RE46C100引脚功能如下：
1：NC； 5：VSS；
2：VDD； 6：HORNB；
3：NC； 7：HORNS；
4：FEED； 8：HRNEN；
RE46C100提升了电流控制精度，由15%到6%。通过内置定时重启功能减小调光闪烁，实现高效率，有助于满足降低物料成本的市场要求。
（三）集成芯片TPS71533
低压差线性稳压器TPS71533属于直流降压转换器DC6M6系列。TPS71533具有7mV超低纹波电压，650mA最大输出电流，超小WLCSP6封装，最高效率95%等特征，如图6所示，TPS71533引脚示意图。
【摘要】
烟雾报警器能检测室内烟雾浓度，当房间内产生的烟雾浓度到达预警值时，报警器就会提示。单片机具有集成化、低功耗、实时性强的优点，本设计是一款基于MSP430单片机的家用烟雾报警器，具有实用，安全，环保的特点。
本设计采用功耗低、速度快、低成本的运算放大器 LM358；低功耗，实时性强，可靠性高的单片机MSP430F2012；LED驱动器集成电路，采用宽电压工作范围 6～16V，低功耗的芯片RE46C100；7mV超低纹波电压，650mA最大输出电流，超小WLCSP6封装，最高效率95%的线性稳压器TPS71533芯片。实现了能够对环境中的烟雾浓度检测，同时具有报警的功能。本设计以MSP430单片机为核心器件，具有能够提高单片机对环境的监测能力和自适应能力的优点。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】MSP430；烟雾报警,实时性
引言 1
一、烟雾报警器系统设计方案 2
二、烟雾报警器系统器件介绍 2
（一）MSP430单片机 2
（二）集成芯片RE46C100 5
（三）集成芯片TPS71533 5
（四）集成芯片LM358 6
三、烟雾报警器系统硬件设计 6
（一）烟雾检测模块 6
（二）报警模块 7
（三）控制模块 8
（四）电源电路 8
（五）烟雾报警器总电路 9
四、烟雾报警器系统软件设计 9
（一）烟雾报警器主程序流程 10
（二）烟雾报警系统程序解析 11
总结 12
致谢 13
参考文献 14
附录一 原理图 15
附录二 PCB图 16
附录三 元件清单 17
引言
火灾已成为我国常发性和破坏性以及影响力最强的灾害之一。在工业和民用建筑、宾馆、酒店、图书馆、科研和商业部门，烟雾报警器已成为必要的装置。
国外从20世纪30年代开始研究及开发烟雾传感器，且发展迅速，一方面是因为人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高；另一方面是因为传感器市场增长受到政府安全法规的推动。而我国在70年代初期开始研制烟雾报警器，生产型号多样、品种较齐全，应用范围也由单一的炼油系统扩展到几乎所有危险作业环境的各种类型报警器，产品数量也在不断增加。但主要是在引进国外先进的传感器技术和先进的生产工艺基础上，进行研究与开发形成自己的特色。近年来，在烟雾选择性和产品稳定性上也有很大进步。
本文设计了一款功耗低、可靠性高、实时性强的基于MSP430单片机的家用烟雾报警器。本系统的组成，由主控芯片、烟雾检测模块、报警模块和电源模块四部分组成。基本原理是将检测结果与预设报警门限值进行比较，超出设定范围则发送预警信息。
本设计的烟雾报警电路能有效地防止和减少火灾危害，解决有线报警系统不能解决的问题，对保护人身安全和财产安全具有现实意义。所设计的控制器具有较高的性价比。技术上，本设计是采用MSP430单片机为核心器件，具有能够提高单片机对环境的监测能力和自适应能力的优点。
一、烟雾报警器系统设计方案
烟雾报警系统是能够对环境中的烟雾浓度进行检测，并具有报警功能的仪器。报警仪器由烟雾信号采集电路、模数转换电路、单片机控制电路、报警电路等部分组成，烟雾报警系统结构框图，如图1所示。
图1 烟雾报警系统结构框图
烟雾信号采集电路主要由烟雾传感器和模拟放大电路组成，它将烟雾信号转化成为模拟的电信号。A/D（模数）转换电路将烟雾检测电路传来的模拟信号转换成单片机可识别的数字信号，然后再传入单片机。单片机对这些数字信号进行滤波处理，并分析其值，看是否大于或等于某个预设值（也就是报警限值），如果大于报警限值，则启动报警电路发出报警信号。为方便检测与监控，使我们能够直接观察到环境中的可燃烟雾浓度值，可将浓度值送到显示屏显示。为了调节报警限值，可加入按键，以起到按实际情况调节报警限值的作用。
二、烟雾报警器系统器件介绍
（一）MSP430单片机
1.MSP430单片机内部结构和引脚
MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集结构，具有丰富的寻址方式、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令。MSP430单片机小巧灵活、成本低、易于产品化。它的抗干扰能力较强，适应的温度范围宽，在各种恶劣条件下都能可靠的工作，这是其他机型所无法比拟的。
图2 MSP430单片机内部结构图
MSP430F2012共有14个引脚，每个引脚都有各自的功能，MSP430F2012的引脚，如表1所示。
表1 MSP430F2012的引脚
引脚 引脚名称 功能叙述
1 VCC 连接电源
2 P1.0 通用数字I/O比较器A捕获方式CCIOA输入
3 P1.1 通用数字I/O比较器A捕获方式CCIOB输入/MCLK输出
4 P1.2 通用数字I/O比较器A捕获方式CCIIA输入，比较方式，OUT输出
5 P1.3 通用数字I/O/SVS,SVS比较器的输出端
6 P1.4 通用数字I/O输入时钟定时器B子系统时钟SMCLK
7 P1.5 通用数字I/O比较器A输入时钟/ACLK输出
8 P1.6 通用数字I/O比较器A输入管脚
9 P1.7 通用数字I/O比较器A输入管脚
10 RST/ 复位
11 TEST
12 P2.7 通用数字I/O转换时钟的12位ADC/DMA通用0外部触发
13 P2.6 晶体振荡器的输出端XT1
14 VSS 内部链接电源
2. MSP430程序库的组成方式
程序库解决方案包含多个项目，每个项目是针对一个单元（如：uart 异步串行口）的程序库和使用示例，如异步串行口的程序库，下图中UART项目，Uart.c是主要的程序库源代码，Uart.h是对应头文件，使用时需包含此头文件，main.c是使用示例代码。代码图，如图4所示。
图4 示例代码截图
文件组织方式：程序库的c文件和h文件一一对应，c文件至少包含两个头文件，其中一个是430的头文件，以使用单片机的硬件资源，另一个是其对应的头文件；如
Uart.c开头即为
#include
#include "Uart.h"
为防止重复包含头文件中均有#define语句如Uart.h开头和结尾：
#ifndef __UART_H
#define __UART_H
#endif /* __UART_H */
程序库使用方式：第一步，先把c文件和h文件拷到工程文件夹；然后把c文件添加到项目中 在左侧workspace中右击项目，选Add—>Add Files，选择刚添加的c文件。如图5所示。
图5 添加文件
最后在要调用库函数的程序文件中包含拷进来的头文件；之后，就可以正常调用程序库中的函数（H文件中声明的，需要的话，可以自行添加）。
（二）集成芯片RE46C100
压电喇叭驱动电路RE46C100，具有宽电压工作范围 6～16V，低功耗（空闲电流小于 100nA）。RE46C100是用于LED灯泡的LED驱动器集成电路，集成调光功能降低了成本，减少了调光功能约40%电路尺寸。RE46C100引脚示意图，如图6所示。
图6 RE46C100引脚示意图
RE46C100引脚功能如下：
1：NC； 5：VSS；
2：VDD； 6：HORNB；
3：NC； 7：HORNS；
4：FEED； 8：HRNEN；
RE46C100提升了电流控制精度，由15%到6%。通过内置定时重启功能减小调光闪烁，实现高效率，有助于满足降低物料成本的市场要求。
（三）集成芯片TPS71533
低压差线性稳压器TPS71533属于直流降压转换器DC6M6系列。TPS71533具有7mV超低纹波电压，650mA最大输出电流，超小WLCSP6封装，最高效率95%等特征，如图6所示，TPS71533引脚示意图。
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