【正文】 ......................................... 26 報警模塊 .............................................. 27 功率放大器 LM386 ............................... 27 LM386 內(nèi)部原理 .................................. 28 顯示模塊 ............................................. 31 LCD1602 基本參數(shù)及引腳功能 ..................... 31 1602LCD 主要技術(shù)參數(shù) ...................... 32 引腳功能說明 ............................... 32 第 4 章 軟件部分 .......................................... 36 最小系統(tǒng)設(shè)計 ......................................... 36 采 集模塊 .............................................. 38 鍵盤輸入模塊 .......................................... 39 顯示模塊 .............................................. 42 報警模塊 .............................................. 45 總結(jié) ....................................................... 46 致謝 ....................................................... 47 參考文獻 .................................................. 48 附 錄 ..................................................... 49 基于 MSP430 單片機的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報警系統(tǒng)設(shè)計 1 第 1 章 緒論 本章簡要介紹 單片機技術(shù)在工業(yè)上 生活中 的主要應(yīng)用， MSP430 單片機的概述及特點，以及課題研究的主要內(nèi)容及論文安排。這個系列采用 20 腳封裝，內(nèi)存容量、片上功能和 I/O 引腳數(shù)比較少，但是價格比較低廉。 F41x 系列單片機有 48 個 I/O 口，96 段 LCD 驅(qū)動。 BOOTSTRAP 具有很高的保密性，口令可達到 32 個字節(jié)的長度。 超低功耗 MSP430 單片機之所以有超低的功耗 ， 是因為其在降低芯片的電源電壓和靈活而可控的運行時鐘方面都有其獨到之處。由于系統(tǒng)運行時開啟的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有著顯著的不同。對于 OPT 型和 ROM 型的器件是使用仿真器開發(fā)成功之后燒寫或掩膜芯片；對于 FLASH 型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因為器件片內(nèi)有 JTAG 調(diào)試接口，還有可電擦寫的 、 FLASH 存儲器，因此采用先下載程序到 FLASH 內(nèi)，再在器件內(nèi)通過軟件控制程序的運行，由 JTAG 接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計者調(diào)試使用的方法進行開發(fā)。 第 2 章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 本章主要介紹系統(tǒng)的原理圖以及測量原理，然后介紹本設(shè)計的核心部件 MSP430F149 單片機和 MQ2 氣敏傳感器 。如測量 H2S 的YSTAuWO測量 NH3 的 NH+4CaCO3 等。 （ 4） .高分子氣體傳感器 國外在高分子氣敏材料的研究和開發(fā)上有了很大的進展，高分子氣敏材料由于具有易操作性、工藝簡單、常溫選擇性好、價格低廉、易與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲表面波器件相結(jié)合等特 點，在毒性氣體和食品鮮度等方面的檢測具有重要作用。主要氣敏材料有聚異丁烯、氟聚多元醇等，用來測量苯乙烯和甲苯等有機蒸汽。 穿過屏障擴散的 氣體與傳感電極發(fā)生反應(yīng)，傳感電極可以采用氧化機理或還原機理。 （ 7） .紅外傳感器 利用紅外線的物理性質(zhì)來進行測量的傳感器。熱敏電阻受到紅外線輻射時溫度升高，電阻發(fā)生變化，通過轉(zhuǎn)換電路變成電信號輸出。雖然將阻緩的傳感器再放回新鮮空氣環(huán)境中有得到某種程度的恢復(fù)的可能，但是如果長期暴露在這樣的環(huán)境中，其靈敏度會不斷下降，導(dǎo)致該傳感器最終喪失檢測煙霧的能力。因此，本設(shè)計采用半導(dǎo)體氣敏傳感器作為報警器氣體信息采集部分的核心。P1 與 P2。 ? 超低功耗。 ? 方便的調(diào)試功能。 16位定時器可以用作看門狗定時器，實現(xiàn)在秒數(shù)量級上的定時。轉(zhuǎn)換的結(jié)果 保存在 16 個轉(zhuǎn)換寄存器中，這樣 ADC12 可以進行多次轉(zhuǎn)換而不需要軟件干頂，這一 點提高了系統(tǒng)性能，也減少了軟件開銷 [2]。該兩種敏感器件靈敏度均 ≤10ppm。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃性氣體時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃性氣體濃度的增加而增大。 符號 參數(shù)名稱 技術(shù)條件 備注 Tao 使用溫度 10℃－＋ 50℃ Tas 儲存溫度 20℃－＋ 70℃ RＨ 相對濕度 小于 95% RＨ O2 氧氣濃度 21%(標(biāo)準(zhǔn)條件 ) 氧氣濃度會影響靈敏度特性 最小值大于２％ 符號 參數(shù)名稱 技術(shù)參數(shù) 備注 Rs 敏感體表面電阻 2KΩ 20KΩ (2020ppm C3H8 ) 適用范圍： 500020200ppm 天然氣 α (R3000ppm/ R1000ppm C3H8) 濃度斜率 ≤ 標(biāo)準(zhǔn)工作條件 溫度： 20℃177。 其原理圖如下圖 ： 圖 MQ2 原理圖 電路如圖 所示， MQ－ 2 為煙霧傳感器， FAN 為 5V 電機。 調(diào)試電路主要通過調(diào)試可變電阻 ，可以調(diào)節(jié)煙霧傳感器的靈敏度，以獲得滿意的煙霧濃度風(fēng)扇啟動點。復(fù)位模塊 采用MAX809 芯片。另外單片機還有模擬電源的輸入端，因此在這里需要考慮干擾問題，在該系統(tǒng)中的干擾比較小，因此模擬地和數(shù)字地共地，模擬電源基于 MSP430 單片機的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報警系統(tǒng)設(shè)計 24 輸入端增加一個濾波電容以減少干擾。 為了減小電源的干擾，還需要在復(fù)位芯片的 電源 的 輸入端 加一個 的電容來實現(xiàn)濾波，以減小輸入端受到的干擾。 鍵盤的工作 原理具體如下 :首先將 、 、 、 出，將 、 、 、 設(shè)置為輸入，并 將 、 、 、 設(shè)置為低電平觸發(fā)中斷方式 。 功率放大 器 LM386 LM386 是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點的功率放大器，廣泛應(yīng)用于錄音機和收音機之中。 圖 37 LM386 內(nèi)部原理圖 LM386 內(nèi)部原理 第一級為 差分放大電路 T1 和 T T2 和 T4 分別構(gòu)成復(fù)合管，作為差分放大電路的放大管；T5 和 T6 組成 鏡像電流源 作為 T1 和 T2 的有源負載； T3 和 T4 信號從管的基極輸入，從 T2 管的集電極輸出，為雙端輸入單端輸出差分電路。 電阻 R7 從輸出 端連接到 T2 的發(fā)射極，形成反饋通路，并與 R5 和R6 構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，從而引入了深度電壓串聯(lián)負反饋，使整個電路具有穩(wěn)定的電壓增益。如果系統(tǒng)中有多組電源，由于電壓不同、負載不同以及并聯(lián)的去耦電容不同，每組電源的上升、下降時間必有差異。 （ 8） 減少輸出耦合電容。 顯示模塊 系統(tǒng)的顯示電路采用 LCD 液 晶 顯示器顯示，這樣的方式能滿足該系統(tǒng)的要求，也可很容易的完成。 （ 7） 第 7～ 14 腳 D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 （ 4） 指令 4：顯示開關(guān)控制。 （ 11） 指令 11：讀數(shù)據(jù)。由于報警的上限和下限需要設(shè)置，另外考慮到對數(shù)據(jù)基于 MSP430 單片機的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報警系統(tǒng)設(shè)計 37 的保存，因此主程序先檢查門限是否在 FLASH 里面有，如果沒有則進行等待設(shè)置數(shù)據(jù)，設(shè)置完成后才進入下一步處埋，也就是程序必須在有設(shè)置數(shù)據(jù)的情況下才能正常運行。 *pData=nValue。 void FLASH_cir(int *pData) { PCTL1=0xA502。 采集模塊重要是通過 DS18B20 溫度傳感器獲得數(shù)據(jù)，并對采集來的數(shù)據(jù)進行處理后送給 MSP430F149。在設(shè)計時為了程序設(shè)計的方便性，鍵盤的列線采用的是 、 、 、 ，這樣可以利用該管腳的中斷功能。 基于 MSP430 單片機的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報警系統(tǒng)設(shè)計 39 圖 42 采集模塊程序流程圖 鍵盤輸入模塊 鍵盤輸入電路主要是用來輸入數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)人機交互。 *pData=0。 PCTL1=0xA540。 void FLASH_ww(int *pData int nValue) { PCTL3=0xA500。 基于 MSP430 單片機的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報警系統(tǒng)設(shè)計 36 圖 311 顯示電路 第 4 章 軟件部分 本章介紹 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 ， 主要包括采集模塊、鍵盤輸入模塊、顯示模塊、報警模塊和主處理模塊。 （ 7） 指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設(shè)置。 表 32 控制命令表 序號 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標(biāo)返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置輸入模 式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 顯示開 /控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標(biāo)或字 符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 基于 MSP430 單片機的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報警系統(tǒng)設(shè)計 34 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符發(fā)生貯存期地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存儲器地址 8 置數(shù)據(jù)存儲器地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存儲器地址 9 讀忙標(biāo)志 或地址 0 1 BF 計數(shù)器地址 10 寫數(shù)據(jù)到CGRAM或DDRAM 1 0 要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容 11 從 CGRAM讀數(shù) 1 1 讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容 下面介紹 LCD1602 的 11條指令： （ 1） 指令 1：清顯示，指令碼 01H,光標(biāo)復(fù)位到地址 00H 位置。 （ 4） 第 4 腳 RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。減小該電容值，可使噪聲能量沖擊的幅度變小、寬度變窄；太低還會使截止頻率提高。 （ 6） 第 7 腳（ BYPASS）的旁路電容不可少！實際應(yīng)用時， BYPASS 端基于 MSP430 單片機的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報警系統(tǒng)設(shè)計 30 必須 外接一個電解電容到地，起濾除噪聲的作用。 下面介紹改進措施： （ 1） 通過接在 1 腳、 8 腳間的電容（ 1 腳接電容 +極）來改變增益，斷開時增益為 20dB。二極管基于 MSP430 單片機的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報警系統(tǒng)設(shè)計 29 D1 和 D2 為輸出級提供合適的偏置電壓，可以消除交越失真。 （ 4） 電壓增益可調(diào)， 20200。鍵盤的掃描時間很短，僅僅幾微秒 的時間，然而按鍵的時間一次至少需要幾十毫秒，所以只要有按鍵按下的話是都可以被掃描到的。 圖 35 鍵盤輸入電路 該矩陣掃描鍵盤由行線和列線組成， 、 、 、 構(gòu)成鍵盤的行線， 、 、 和 構(gòu)成鍵盤的列線。 考慮到硬件系統(tǒng)對電源要求具有穩(wěn)壓功能和紋波小等特點，另外也考慮到硬件系統(tǒng)的低功耗特點，因此該硬件系統(tǒng)的電源部分采用 TI 公司的 TPS76033 芯片實現(xiàn)，該芯片能很好的滿足該硬件的系統(tǒng)的要求，另外該芯片具有很小的封裝， 因此能有效的節(jié)約 PCB 板的面積 [8]。 硬件電路圖 單片機的最小系統(tǒng)如圖 31