【正文】 MSP430 初始化 開始 MSP430 初始 化 AD 采樣 預(yù)報警及報警閾值設(shè)定 MSP430 處理 nRF2401 無線傳輸（發(fā)射器） nRF2401 無線傳輸（接收器） 返回 MSP430 處理 與預(yù)報警值比較 顯示 報警 與報警值比較 報警 18 圖 41 程序流程圖 MSP430 芯片 1 主要用于采樣和發(fā)送數(shù)據(jù)。將處理芯片的核心板直接 接上 5V 電，核心板上的穩(wěn)壓芯片 可以將 5V電壓降為 電壓，然后即可將 5V電壓和 的電壓給各個模塊使用。 根據(jù)使用要求，系統(tǒng)需要供電的硬件電路主要有：處理芯片 、一氧化碳傳感器模塊 5V、無線傳輸模塊 、 12864 液晶顯示屏 5V、蜂鳴器 等。由以上原理圖可以看出 P26 是控制整個報警裝置的引腳，處理芯片通過比較一氧化碳的濃度和用戶設(shè)定的預(yù)報警和報警閾值來控制 P26 信號的輸出，從而達(dá)到控制整個報警系統(tǒng)的效果。當(dāng)一氧化碳濃度超過使用者設(shè)定的預(yù)報警和報警閾值時，蜂鳴器便會發(fā)出聲音， LED 變便會閃爍。 在探測到一氧化碳超出報警范圍之后，接下來的報警裝置就顯得尤為重要。它既能夠完全顯示以上數(shù)據(jù)，而且使用方便，和處理芯片 MSP430 相配合使用顯得高大上。其中一塊和處理芯片 1 相連接，主要負(fù)責(zé)發(fā)送芯片 1 處理完 AD 采樣的數(shù)據(jù)，作為發(fā)送器；另外一塊主要負(fù)責(zé)接收第一塊發(fā)送過來的數(shù)據(jù)并交給處理芯片 2 進(jìn)行處理，作為接收器。當(dāng)然， nRF2401 無線 模塊如果換用更好的天線或者用 外接 鞭狀天線 代替原來的PCB 天線，那么 nRF2401 無線模塊可以傳輸更長的距離，不過使用起來也比較麻煩。在程序調(diào)通兩塊 nRF2401 無線收發(fā)器 之后，在以 后的使用過程中只需要將兩塊 nRF2401無線收發(fā)器 通上電之后即可進(jìn)行通訊，不需要類似于藍(lán)牙的配對，使用更加穩(wěn)定。 nRF2401 是一款工作在 ~ 世界通用 ISM 頻段的單片無線收發(fā)器芯片 ，在市場上應(yīng)用較為廣泛，在 無線數(shù)據(jù)傳輸 系統(tǒng)、 無線鼠標(biāo) 、遙控開鎖、遙控玩具等 方面均有應(yīng)用 。 目前，市場上的藍(lán)牙模塊相對比較便宜，使用也不是很復(fù)雜。它被廣泛地應(yīng)用于電腦無線網(wǎng)絡(luò)，無線通訊，無線控制等領(lǐng)域。同時，在 MSP430 的核心板上集成了 12 位 AD，避免了重新搭建 AD 采樣的電路，減少了硬件的復(fù)雜程度。而且使用 51 系列單片機(jī)所有電路如最小系統(tǒng)、 AD采樣電路等必須重新搭建，使用較為 復(fù)雜。 STC89C51 一般簡稱為 51 單片機(jī)，主要是因為 器件兼容了 標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng) 及 80C51 引腳 結(jié)構(gòu) 。 處理芯片的選擇 處理芯片承擔(dān)著所有數(shù)據(jù)的傳輸、處理、儲存和計算等任務(wù)，可以說是本系統(tǒng)的核心部分。 10 圖 34 MQ9 傳感器原理圖 根據(jù)生產(chǎn)傳感器的使用說明， MQ9 一氧化碳傳感器輸出的 信號在量程之內(nèi)與一氧化碳的濃度呈一個近似線性的關(guān)系。 5% Vc:177。 3Ω 室溫 TH(H) 加熱時間（高） 60177。以下是該傳感器的技術(shù)指標(biāo)表 31 和 32。在市場上，一塊 MQ7傳感器或 MQ9傳感器模 塊價格不超過 15元，同時拿到模塊之后只需要進(jìn)行簡單的調(diào)試即可使用。 由于這種傳感器成本低廉、使用壽命長，適用于民用氣體檢測。因為電路在本人有限的能力內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)，所以放棄使用ME2CO 電化學(xué)傳感器。因為傳感器產(chǎn)生的電流很微弱，而放大電路本生會產(chǎn)生電流，會對傳感器產(chǎn)生的電流產(chǎn)生一定的影響，從而在采樣時會存在一定的誤差。以上價格只是一個 CO 傳感器探頭的價格；因為產(chǎn)生電流十分微弱，傳感器買回之后要進(jìn)行外圍電路的搭建，將采集到的電流信號進(jìn)行放大以供 AD 采樣。電化學(xué)傳感器 具有 氣體的高靈敏度 和 良好的選擇性 ，深受市場的歡迎，唯一的缺點(diǎn)就是 其使用壽命較短，最多只能使用 2年 。以下將逐一介紹各個硬件的選擇。 5 第 2 章 一氧化碳 監(jiān) 測系統(tǒng)總體設(shè) 計 根據(jù)設(shè)計的量程、精度及成本需要，選擇合適的一氧化碳傳感器，完成相應(yīng)的硬件及軟件設(shè)計，主要包括：傳感器外圍電路、 A/D 轉(zhuǎn)換器程序、無線傳輸、控制程序、超標(biāo)報警、鍵盤檢測、數(shù)據(jù)顯示等。 （ 2）該系統(tǒng)沒有繁雜的操作，只要放在合適位置，通電即可。 目前，市場上的一氧化碳檢測儀十分昂貴，少則四五百，多則一兩千；對于普通家庭用于生活區(qū)監(jiān)測花費(fèi)是在太大，而且基本上這些監(jiān)測儀只能隨身攜帶，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和通訊，在一定程度上使用起來不太方便。相對于直接燃燒煤炭或者是柴火，人們更傾向于使用天然氣或者是煤氣。 根據(jù)一氧化碳濃度危害范圍 及本系統(tǒng)使用的范圍 ，輕度危害及以下 的一氧化碳 濃度是 本系統(tǒng) 檢測的重點(diǎn) 。初期四肢肌張力增加，或有陣發(fā)性強(qiáng)直性痙攣；晚期肌張力顯著降低，患者面色蒼白或青紫，血壓下降，瞳孔散大，最后因呼吸麻痹而死亡。 如果 癥狀繼續(xù)加重，則 可出現(xiàn)嗜睡、昏迷。 目前，一氧化碳的中毒程度主要分為三種等級： 一是輕度中毒。 一氧化碳中毒 （ carbon monoxide poisoning） ，亦稱煤氣中毒 。因為 一氧化碳分子中碳元素的化合價是 正 2 價，能進(jìn)一步被氧比成 正 4 價 。MQ 9 carbon monoxide gas sensor?？紤]到成本，本人對各個硬件模塊做了詳細(xì)的比對，最終系統(tǒng)采用 MSP439f169 單片機(jī)作為處理器，選用使用壽命較長的 MQ9 傳感器作為 一氧化碳的感應(yīng)器；同時，在數(shù)據(jù)的處理除了進(jìn)行采樣量化之外，還對溫度和濕度進(jìn)行了補(bǔ)償，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，基本上完成了傳統(tǒng)的檢測儀的監(jiān)測功能。針對市場上成本高，功能華而不實(shí)，缺乏針對性的一氧化碳檢測儀，本文提出了一套能夠解決以上問題的基于 MSP430 系列單片機(jī)的一氧化碳監(jiān)測報警系統(tǒng)。At the same time, in addition to the processing of data sampling quantization, has also made pensation for temperature and humidity, ensures the accuracy of the data, basically pleted the traditional monitoring function of the addition, I based on the using status of machines on the market, joined the wireless transmission function to the system, and carbon monoxide corresponding data can be sent out to carry on the different display,it can achieve remote realtime monitor,that has greatly increased the availability of the system, in accordance with the needs in real use. Key words MSP439f169inglechip microputer。 一氧化碳具有可燃性、還原性和氧化性，這是由一氧化碳的化學(xué)性質(zhì)所決定的。在空氣中，一氧化碳的 爆炸極限 為 %～ 74%的含量 ,在空氣中遇到明火或者溫度過高時可能產(chǎn)生爆炸，給人們帶來巨大的損失。 由于血液中的血紅蛋白的親一氧化碳性比親氧性更高，所以當(dāng)人吸入一氧化碳之后，一氧化碳比氧氣更容易和 血紅蛋白 結(jié)合，之后產(chǎn)生櫻桃紅色的 碳氧血紅蛋白 ；而 碳氧血紅蛋白 不僅難以和一氧化碳分離，而且 不能提供氧氣給身體組織 ；人體血液中的氧氣“搬運(yùn)工”血紅蛋白的數(shù)量是有限的，所以當(dāng)大量的血紅蛋白和一氧化碳結(jié)合而又難以分離時，搬運(yùn)氧氣的血紅蛋白就會不足，這樣身體組織就會出現(xiàn)供氧不足， 這種情況被稱為血缺氧 ，其結(jié)果可能導(dǎo)致昏迷甚至是死亡 。 當(dāng) 血 液中血紅蛋白和一氧化碳的結(jié)合率達(dá)到 30%40%便屬于 中 度中毒 ；因為血紅蛋白和一氧化碳結(jié)合后產(chǎn)生櫻桃紅色的 碳氧血紅蛋白 ，所以中度中毒的 患者 出 現(xiàn) 輕度中毒 的特征甚至是更嚴(yán)重之外 ，皮膚粘膜 會變成 櫻桃紅色， 血壓會先升高然后降低，接著因為血壓的原因伴隨著多汗、心率失常、 一時性感覺和運(yùn)動分離（即尚有思維，但不能行動） 生理特征 ?；颊哐杆龠M(jìn)入昏迷狀態(tài)。 一氧化碳檢測儀的種類 會意識不清，嘔吐 5— 10 分鐘 1000ppm 會導(dǎo)致死亡 2— 10 分鐘 10000ppm 死亡 1— 2 分鐘 20200ppm 3 目前，市場上一氧化碳檢測儀的種類是多種多樣， 根據(jù)傳感器的分類，主要有 ：半導(dǎo)體型、電化學(xué)型、固體電解質(zhì)型、接觸燃燒型、光化學(xué)型、光離子化（ PID）等 ， 目前應(yīng)用得較為廣泛的是半導(dǎo)體型監(jiān)測方式 。 課題的背景和意義 隨著世界經(jīng)濟(jì) 的發(fā)展，人們生活的質(zhì)量也越來越高，環(huán)保的理念也漸漸出現(xiàn)在人們的視野中。危機(jī)總是蘊(yùn)藏在機(jī)會之中；合理使用燃?xì)饽軌騽?chuàng)造經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能夠方便人們的生活，所以要減少并杜絕各種因燃?xì)庑孤┒l(fā) 的事故，需要一個成本廉價、使用方便的一氧化碳檢測系統(tǒng)對空氣中一氧化碳的濃度進(jìn)行監(jiān)測。因此，本次設(shè)計主要是針對廣大居民的需求，使用環(huán)境主要集中在廚衛(wèi)等生活區(qū)域，其優(yōu) 點(diǎn)在于： （ 1） 成本低廉，使用方便。 （ 5）能夠連續(xù)長時間使用、方便簡捷，并能對一氧化碳準(zhǔn)確預(yù)報警及報警。 MQ9 一氧化碳傳感器及外圍電路 溫度傳感器 濕度傳感器 AD 采樣 MSP430 處理 1 鍵盤 MSP430 處理 2 12864 液晶顯示 預(yù)報警 報警 6 第 3 章 一氧化碳檢測 系統(tǒng) 硬件 選擇設(shè)計 根據(jù)一氧化碳監(jiān)測儀系統(tǒng)總體設(shè)計，所需要的硬件包括：傳感器、 AD 芯片、處理芯片、無線傳輸模塊、顯示模塊、報警電路及相對應(yīng)的外圍 電路。 ① 電化學(xué)型 傳感器 電化學(xué)型 傳感器 是通過檢測 敏感元件產(chǎn)生的與氣體濃度相應(yīng)的電流 電流來檢測氣體的濃度， 目前市場上主要的是 不需供電的原電池式以及需要供電的可控 電位電解式， 應(yīng)用范圍較為廣泛，可以檢測許多氣體如氧氣、一氧化碳、二氧化碳等 。 ME2CO 型電化學(xué)元件根據(jù)電 化學(xué)的原理工作，利用待測氣體在電解池中工作電極電位上的電化學(xué)氧化過程，待測氣體電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的電流與其濃度成正比并遵循法拉第定律，通過測定電流的大小就可以確定待測氣體的濃度。 電化學(xué)傳感器 具有良好的選擇性和高靈敏度 ，然而在搭建外圍放大電路時發(fā)現(xiàn)該傳感器對放大電路要求較高。 8 圖 33 ME2CO 傳感器放大輸出波形 結(jié)果證明要使用電化學(xué)型傳感器，必須要搭建可靠性高，偏執(zhí)電流更小，抗干擾的放大電路。半導(dǎo)體型 傳感器 成本低廉、制造 工藝 簡單、靈敏度高、響應(yīng)速度快、對濕度敏感低 ，所需要的硬件 電路簡單。 MQ7傳感器和 MQ9傳感器一氧化碳的靈敏度高，長壽命、低成本，簡單的驅(qū)動電路即可得到與空氣中一氧化碳濃度相對應(yīng)的可用于采樣的信號，同時量程可以滿足本設(shè)計的 1000ppm 的要求，適合于家庭用氣體泄漏報警器、便攜式氣體檢測器等。 MQ9 一氧化碳傳感器模塊能夠直接輸出能夠被 AD 進(jìn)行采樣的模擬信號，所以要做的只是將其通電采樣，并通過處理芯片對一氧化碳的濃度進(jìn)行溫度和濕度的補(bǔ)償。 Ac or Dc RL 負(fù)載電阻 可調(diào) RH 加熱電阻 31Ω 177。 2℃ 相對濕度： 65%177。 預(yù)熱時間 ≥ 48h 探測范圍： 101000ppm 一氧化碳 1001000ppm 可燃?xì)怏w 以下是傳感器放大電路原理圖 34。以下是 MQ9 一氧化碳傳感器模塊在空氣中輸出圖 35 和存在一氧化碳的輸出圖36： 圖 35 空氣中 MQ9 傳感器模塊輸出波形 11 圖 36 存在可燃?xì)怏w空氣中 MQ9 傳感器模塊輸出波形 從圖 35 和圖 36 比較看來 MQ9 一氧化碳傳感器模塊感應(yīng)速度快，輸出穩(wěn)定，適合 AD 采樣。 STC89C51 是一種 8 位的單片機(jī) 片 ， 內(nèi)含 8K Bytes 的可反復(fù)擦寫 1000 次的Flash 只讀 程序存儲器 。 51 單片機(jī)價格便宜，但在使用時端口較少，雖然本系統(tǒng)使用的端口并不多，但如果使用 51 單片機(jī)則必須要進(jìn)行外部端口的擴(kuò)展。而在軟件調(diào)試方面， MSP430 使用 C 語言為開發(fā)語言，使用 IAR Embedded Workbench 作為開發(fā)平臺，具有很好的可操作性，調(diào)試程序更為方便。 圖 37 MSP430f169 單片機(jī)的引腳圖 無線傳輸模塊的選擇 無線 傳輸 模塊 是利用無線技術(shù)進(jìn)行無線傳輸?shù)囊环N模塊。 藍(lán)牙，是一種支持設(shè)備短距離通信的 無線電 技術(shù) ， 能在包括移動電話、 PDA、無線耳機(jī) 、 筆記本電腦 、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進(jìn)行無線信息交換。 nRF 系列的通訊模塊有很多種類，本系統(tǒng)考慮市場上使用比較常見的nRF2401 或者 nRF905。在市面上，根據(jù)制造的工藝不同一對 n