【正文】 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。 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。 *pData=0。 void FLASH_cir(int *pData) { PCTL1=0xA502。 PCTL1=0xA540。 *pData=nValue。 void FLASH_ww(int *pData int nValue) { PCTL3=0xA500。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。 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。 （ 11） 指令 11：讀數(shù)據(jù)。 （ 7） 指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設(shè)置。 （ 4） 指令 4：顯示開關(guān)控制。 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。 （ 7） 第 7～ 14 腳 D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 （ 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。 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。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。 （ 8） 減少輸出耦合電容。 （ 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。如果系統(tǒng)中有多組電源，由于電壓不同、負(fù)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。 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。 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(fù)反饋，使整個電路具有穩(wěn)定的電壓增益。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。 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(fù)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。 （ 4） 電壓增益可調(diào)， 20200。 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。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。 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 。 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。 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。 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]。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。 硬件電路圖 單片機的最小系統(tǒng)如圖 31 所示 ： 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 23 圖 31 單片機最小系統(tǒng)電路 單片機電路作為整個系統(tǒng)的核心控制部分，主要完成與其他電路的接口，從而獲得數(shù)據(jù)進行處理，將處理的結(jié)果采用某種方式表現(xiàn)出來，比如顯示 或報警 。復(fù)位模塊 采用MAX809 芯片。 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 21 圖 25溫度采集電路 通過圖 25可以看出該集成電路具有簡單，實用等特點。 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。風(fēng)扇產(chǎn)生吸力將煙霧吸入裝有活性炭過濾篩的殼體，先經(jīng)過一層活性炭過濾后，再經(jīng)過負(fù)離子發(fā)生器，從而除掉有害物質(zhì)。 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。 V 預(yù)熱時間 不少于 48小時 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 18 圖 MQ2/MQ2S氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形 MQ2氣體傳感器對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣和其它可燃蒸汽的檢測也很理想。 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。 Rs表示在 含 1000ppm 甲烷、不同溫 /濕度下 傳感器 的電阻值 Ro表示在含 1000ppm 甲 烷、 20℃ /65%RH環(huán)境條件 下 傳感器 的電阻值 表 傳感器的相關(guān)的參數(shù) （ 3） 規(guī)格： （ 4） 符號 參數(shù)名稱 技術(shù)條件 備注 Vc 回路電壓 ≤ 24V DC VH 加熱電壓 177。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。當(dāng)半導(dǎo)體的功函數(shù)小于吸附分子的 電子 親和力時，則吸附分子 將從器件奪得電子而變成負(fù)離子吸附，半導(dǎo)體表面呈現(xiàn)電荷層。該兩種敏感器件靈敏度均 ≤10ppm。其中電導(dǎo)控制型一般以金屬氧化物 半導(dǎo)體材料 如 SnO、 ZnO、 FeO 系為基體，加入合適的催化金屬和添加劑，采用燒結(jié)、厚膜或薄膜工藝制成。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]。轉(zhuǎn)換數(shù)值在輸入信號大于等 于 Vr+時為滿量程，小 于 等 于 Vr 時為 ’0’。 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。 ? 串口通信模塊， USART0 USART1。 ? 方便的調(diào)試功能。 MSP430F149 為 16 位 RISC 結(jié)構(gòu)，指令周期為150ns。 ? 超低功耗。 ? 2 位 200kbps 的 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC12，自帶采樣保持。P1 與 P2。 ? 看門狗定時器 Watch Timer，可用作通用定時器。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。一般連續(xù)使用兩個月后應(yīng)對傳感器進行量程校準(zhǔn)，這種經(jīng)常性對傳感器的維護，無形中加大了工作人員的工作量，同時增加了報警器的維護成本。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。 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 10 氣體傳感器的選定 天 燃?xì)庑孤﹫缶?主要應(yīng)用在石油、化工、冶金、油庫、液化氣站、噴漆作業(yè)等易發(fā)生可燃?xì)怏w泄漏的場所，根據(jù)報警器檢測氣體種類的要求，一般選用接觸燃燒式氣敏傳感器和半導(dǎo)體氣敏傳感器。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。 紅外線傳感器包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測元件和轉(zhuǎn)換電路。 （ 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。由于該過程中會產(chǎn)生電流，電化學(xué)傳感器又常被稱為電流氣體傳感器或微型燃料電池。 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。 （ 5） .電化學(xué)傳感器 電化學(xué)傳感器通過與被測氣體發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電信號來工作。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。 2)濃差電池式氣體傳感器 濃差電池式氣體傳感器的工作原理是：氣敏材料吸收氣體時形成濃差電池，測量輸出的電動勢就可測量氣體體積分?jǐn)?shù)， 目前主要有聚乙烯醇 磷酸等材料。 （ 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。其工作原理是：氣敏材料在通電狀態(tài)下，可燃性氣體氧化燃燒或在催化劑作用下氧化燃燒，產(chǎn)生的熱量使電熱絲升溫，從而使其電阻值發(fā)生變化，測量電阻變化 從而測量氣體濃度。如測量 H2S 的YSTAuWO測量 NH3 的 NH+4CaCO3 等。由此可見，氣體傳感器的選型是非 常重要的。 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 。 控制系