【正文】 ely could trigger, the big bang to people39。 本論文以半導(dǎo)體氣敏傳感器和單片機(jī)技術(shù)為核心設(shè)計(jì)的氣體報(bào)警器可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警功能，是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉、智能化的氣體報(bào)警器，具有一定的實(shí)用價(jià)值。 基于 MSP430 單片機(jī)的 室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 總計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 47 頁 表格 6 個(gè) 插圖 19 幅 基于 MSP430 單片機(jī)的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) I 摘 要 隨著天然氣的大量使用 ,每一座居民大樓都被天然氣所 “ 籠罩 ” 。使用天然氣報(bào)警器是對(duì)付燃?xì)鉄o形殺手的重要手段之一。 關(guān)鍵詞 氣敏傳感器 報(bào)警器 msp430單片機(jī) 溫度傳感器 基于 MSP430 單片機(jī)的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) II Abstract With the wide use of natural gas, each residential towers were enveloped by the gas. The popularity of natural gas to public life brought convenient, reduce the city39。 DS18B20 的技術(shù)性能： ............ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 DS18B20 使用中注意事項(xiàng) .......... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。稱之為混合信號(hào)處理器，主要是其針對(duì)實(shí)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(gè)芯片上。這也表明了這幾個(gè)系列的開發(fā)模式，即：用戶可以用 EPROM 型開發(fā)樣機(jī)；用 OTP 型進(jìn)行小批量生產(chǎn)；而 ROM 型適應(yīng)大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。它的許多重要特性如：片內(nèi)串行通信接口、硬件乘法器、足夠的 I/O引腳等，只有 33x 系列才具備。 2020 年 7 月推出了 F13x/F14x 系列，在 2020 年 7 月到 2020 年又相繼推出 F41x、 F43x、F44x。并且相應(yīng)地調(diào)整了顯示存儲(chǔ)器在存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的地址 ,為以后的發(fā)展拓展了空間。 2020 年 TI 公司又公布了 BOOTSTRAP LOADER 技術(shù)，利用它可在燒斷熔絲以后只要幾根線就可更改并運(yùn)行內(nèi)部的程序。在這一新的系列中，有了兩個(gè)方面的發(fā)展。這些特點(diǎn)保證了可以編制出高效的源程序 。因而可使其在 1MHz 的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯 片的電流最低會(huì)在 165μA 左右， RAM 保持模式下的最低功耗只有 。由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CPU和各功能所需的時(shí)鐘。在實(shí)時(shí)時(shí)鐘模式下，可達(dá) ，在 RAM 保持模式下，最低可達(dá) 。 MSP430 系列單片機(jī)的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。開發(fā)語言有匯編語言和 C 語言 。 (2) 硬件電路部分： 第 3 章詳細(xì)介紹了 系統(tǒng)的硬件電路圖， MSP430的結(jié)構(gòu)圖及外圍電路。 圖 21 控制系統(tǒng)原理圖 基于 MSP430 單片機(jī)的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 氣體傳感器的選型 氣體傳感器屬于氣敏傳感器，是氣 電變換器，它將可燃性氣體在空氣中的含量 (即濃度 )轉(zhuǎn)化成電壓或者電流信號(hào)，通過 A/D 轉(zhuǎn)換電路，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到單片機(jī)，進(jìn)而由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、濃度處理及報(bào)警控制等工作。其原理是氣敏材料在通過氣體時(shí)產(chǎn)生離子，從而形成電動(dòng)勢(shì)，測(cè)量電動(dòng)勢(shì)從而測(cè)量氣體濃度。大大提高氣體泄漏事故處置的工作效率和安全性，對(duì)于控制事故損失具有重要的作用。例如，在 Pt 絲上涂敷活性催化劑 Rh 和 Pd 等制成的傳感器，具有廣譜特性，即可以檢測(cè)各種可燃?xì)怏w。其主要優(yōu)點(diǎn)是制作工藝簡(jiǎn)單、成本低廉。兩者之間的區(qū)域淀積了能吸附 VOC 的聚合物膜。 SAW 傳感器輸出為準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)，因此可簡(jiǎn) 便地與微處理器接口。 氣體首先通過微小的毛管型開孔與傳感器發(fā)生反應(yīng)，然后是憎水屏障，最終到達(dá)電極表面。 通過電極間連接的電阻器，與被測(cè)氣濃度成正比的電流會(huì)在正極與負(fù)極間流動(dòng)。它的測(cè)量原理是：將加熱后的鉑電阻線圈置于目標(biāo)煙霧中，由于向目標(biāo)氣體傳送熱量造成溫度降低，引起電阻值變化，傳感器即測(cè)量電阻值的變化情況 。任何物質(zhì)，只要它本身具有一定的溫度（高于絕對(duì)零度），都能輻射紅外線。檢測(cè)元件按工作原理可分為熱敏檢測(cè)元件和光電 檢測(cè)元件。 紅外線傳感器常用于無接觸溫度測(cè)量，氣體成分分析和無損探傷，在醫(yī)學(xué)、軍事、空間技術(shù)和環(huán)境工程等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 使用接觸燃燒式氣敏傳感器，其探頭的阻緩及中毒 ,是不可避免 的問題。當(dāng)懷疑檢測(cè)環(huán)境中存在這些物質(zhì)時(shí)，經(jīng)常對(duì)探頭進(jìn)行標(biāo)定，是必須且有效的辦法。半導(dǎo)體氣敏傳感器的性能主要看其靈敏度、選擇性 (抗干擾性 )和穩(wěn)定性 (使用壽命 )。 MSP430F149 單片機(jī) 本設(shè)計(jì)采用 MSP430F149 單片機(jī)作為核心部件。 ? 帶有 7 個(gè)捕獲 /比較寄存器的 16 位定時(shí)器 Timer_B7。P P P5 與 P6。 ? 一個(gè)硬件乘法 器。就是在 (、 1MHz)條件下電流只有 280uA。 A/D 轉(zhuǎn)換器具有采樣保持和自動(dòng)掃描 特點(diǎn)。通過集成的 IDE 開發(fā)環(huán)境，使用戶很容易調(diào)試程序。 ? 安全熔絲的程序代碼保護(hù) 。另外，定時(shí)器還具有捕獲模式，我們可以通過定時(shí)器的捕獲功能實(shí)現(xiàn)各種測(cè)量，比如脈沖寬度測(cè)量 。可以在單通道上實(shí)現(xiàn)單基于 MSP430 單片機(jī)的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 次轉(zhuǎn)換或多次轉(zhuǎn)換，也可以在序列通道上實(shí)現(xiàn)單次轉(zhuǎn)換或重復(fù)轉(zhuǎn)換。并且，它具有靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間快、使用壽命長(zhǎng)及價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，成 為世界上產(chǎn)量最大、使用最廣的傳感器之一。硫化氫氣敏傳感器是采用 MOS 場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu) ,利用過渡金屬作柵極的氣敏元件 ,當(dāng)空氣中存在硫化氫時(shí) ,場(chǎng)效應(yīng)晶體管的開啟電壓發(fā)生變化 ,變化的幅度與硫 化氫的濃度成比例。感應(yīng)時(shí)間均≤1 秒。如果半導(dǎo)體的功函數(shù)大于吸附分子的離解能，則吸附分子將向器件釋放出電子，而形成正離子吸附。 （ 1） 靈敏度特性： 圖傳感器典 基于 MSP430 單片機(jī)的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 型的靈敏度特性曲線 注：圖中縱坐標(biāo)為傳感器的電阻比（ Rs/Ro），橫坐標(biāo)為氣體濃度。 3Ω 室溫 PH 加熱功耗 ≤ 900mW 20 10 0 10 20 30 40 50 ℃Rs/R060%RH30%RH85%RH 基于 MSP430 單片機(jī)的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 B. 環(huán)境條件 C. 靈敏度特性 敏感體功耗（ Ps）值： Ps=Vc2 Rs/(Rs+RL)2 傳感器電阻（ Rs）值： Rs=(Vc/VRL1) RL 結(jié)構(gòu)，外形 MQ2氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖 4所示 (結(jié)構(gòu) A或 B), 由微型 Al2O3陶瓷管、 SnO2 敏感層 ,測(cè)量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。 V 相對(duì)濕度： 65%177。 部件 材料 1 氣體敏感層 二氧化錫 2 電極 金（ Au） 3 測(cè)量電極引線 鉑（ Pt） 4 加熱器 鎳鉻合金（ NiCr） 5 陶瓷管 三氧化二鋁 6 防爆網(wǎng) 100目雙層不銹鋼（ SUB316） 7 卡環(huán) 鍍鎳銅材（ NiCu） 8 基座 膠木或尼龍 9 針狀管腳 鍍鎳銅材（ NiCu） 圖 基于 MSP430 單片機(jī)的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 此次的 MQ2傳感器因?yàn)樵?protues 的元器件庫(kù)中無法找到，然后只能利用 protel 進(jìn)行設(shè)計(jì)。 穩(wěn)壓電壓同時(shí)供控制電路 工作，接在繼電器、通電指示燈和風(fēng)扇上。當(dāng)煙霧逐漸減少，傳感器 MQ－ 2導(dǎo)電率升 高，加在電極間兩端 H— H的電壓升高，輸出電壓變小，晶體管 9013 截止，則繼電器 JRC－ 4100F 兩端電壓為零，繼電器跳轉(zhuǎn)為常態(tài)，風(fēng)扇 FAN 停止轉(zhuǎn)動(dòng)，通電指示燈變亮。由于每片DS18B20 含有唯一的硅串行數(shù)，從 DS18B20 讀出的信息或?qū)懭?DS18B20的信息，僅需要一根口線（單線接口）。 基于 MSP430 單片機(jī)的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 第 3 章 硬件部分 本章主要介紹硬件部分的各個(gè)模塊，這些模塊包括電源 模塊 及復(fù)位模塊，鍵盤輸入模塊，報(bào)警模塊，顯示模塊。 報(bào)警模塊 采用 LM386 芯片，實(shí)現(xiàn)報(bào)警控制。該系統(tǒng)的時(shí)鐘部分是采用晶體振蕩器實(shí)現(xiàn)的 [7]。為了方便起見，本系統(tǒng)采用電池（如 2 節(jié)普通 5 號(hào)電池）供電，因此輸出電壓為 3V。電源電路具體如 圖 33 所示。該系統(tǒng)的鍵盤設(shè)計(jì)是采用掃描方式實(shí)現(xiàn)的矩陣鍵盤。在設(shè)計(jì)時(shí)為了程序設(shè)計(jì)的方便性，鍵盤的列線采用的是 、 、 、 ，這樣可以利用該管腳的中 斷功能。如果沒有按鍵按 下 的話，則 、 和 上為高電平，不會(huì)進(jìn)入中斷服務(wù)程序。 模塊 該部分電路主要是驅(qū)動(dòng)一個(gè)蜂鳴器 ，這樣只需要將蜂鳴器的一端接地，另一端以單片機(jī)進(jìn)行相接就可以了。 （ 2） 工作電壓范圍寬， 412v 或 518v。 基于 MSP430 單片機(jī)的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28 圖 36 LM386 LM386 內(nèi)部電路原理圖 如 圖 37 所示。 第二級(jí)為共射放大電路 T7 為放大管，恒流源作有源負(fù)載，以增大放大倍數(shù)。電路由單電源供電，故為 OTL 電路。 查 LM386 的 datasheet，電源電壓 412V或 518V(LM386N4)；靜態(tài)消耗電流為 4mA；電壓增益為 20200dB；在 8 腳開路時(shí)，帶寬為300KHz；輸入阻抗為 50K；音頻功率 。 （ 3） 選好調(diào)節(jié)音量的電位器。 （ 5） 盡可能采用雙音頻輸入 /輸出。增大這個(gè)電容的容值，減緩直流基準(zhǔn)電壓的上升、下降速度，有效抑 制噪聲。隔斷直流電壓，直流電壓過大有可能會(huì)損壞喇叭線圈；耦合音頻的交流信號(hào)。 圖 38 為放大增益為 20 接線圖。 （ 2） 第 2腳 VDD 接 5V 正電源。當(dāng) RS 和 R/W 共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS為低電平 R/W 為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS 為高電平 R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。 （ 9） 第 16腳 是 背光源負(fù)極。 （ 3） 指令 3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。 （ 5） 指令 5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。 （ 9） 指令 9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。 是用來顯示數(shù)據(jù)， 分別與對(duì)應(yīng) LCD1602 的 D0— D7 相連接， P2 . 和 是用來控制數(shù)碼管的選通狀態(tài)。 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 主處理模塊主要是將各個(gè)模塊進(jìn)行協(xié)調(diào)處理和實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。 圖 41主處理器流程圖 考慮到需要對(duì)設(shè)置數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫，這樣需要對(duì) FLASH 進(jìn)行操作，下面給出 FLASH 操作的函數(shù)。 PCTL1=0xA540。 基于 MSP430 單片機(jī)的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 38 void FLASH_wb(char *pData char nValue) { PCTL3=0xA500。 *pData=nValue。 PCTL3=0Xa500。以下為具體的程序。 DS18B20 每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工 作時(shí)序和通信協(xié)議。該矩陣掃描鍵盤由行線和列線組成， 、 、 、 構(gòu)成鍵盤的行線， 、 、 、 構(gòu)成鍵盤的列線。 鍵盤的工作原理具體如下 :首先將 、 、 、 設(shè)置為輸出，將 、 、 、 設(shè)置為輸入，并將 、 、 、 設(shè)置為低電平觸發(fā)中斷方式，將 設(shè)置為低電平，如果 該行上有按鍵按下的話，則 、 、 、或者 ，就會(huì)觸發(fā)中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)