【正文】 器；一個 1 K 的電阻；一個三腳的開關(guān)；晶體管采用 9013 型號；繼電器采用 JRC－ 4100F 5V 的型號； 通電指示燈采用 的淡綠發(fā)光二極管；風(fēng)扇 FAN 為 5V 的單轉(zhuǎn)向小型風(fēng)扇 。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。5% VH: 177。 2℃ Vc:177。封裝好的氣敏元件有６只針狀管腳，其中４個用于信號取出，２個用于提供加熱電流 。0. 2V ACorDC RL 負(fù)載電阻 可調(diào) RH 加熱電阻 31Ω177。 Rs 表示傳感器在 不同濃度氣體中的電阻值 Ro 表示傳感器在 1000ppm不同氣體中的電阻值 （ 2）溫 /濕度的影響： 圖 傳感器典型的溫度、濕度特性曲線 圖中縱坐標(biāo)是傳感器的電阻比（ Rs/Ro）。使 用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。具有正離子吸附傾向的氣體有 H CO,碳?xì)浠衔锖痛碱惖龋环Q為還原型氣體或電子供給型氣體 半導(dǎo)體氣敏傳感器的參數(shù) 1）工作電壓： 5VDC 2）靜 態(tài)功耗： ≤15mW 3）工作溫度：－ 10℃ ~50℃ 4）相對濕度： ≤95% 5）初期穩(wěn)定時間： ≤3 min. 6）檢測濃度范圍： 0~2020ppm（一氧化碳） MQ2 的相關(guān)參數(shù) 采用的 MQ2氣體傳感器， MQ2氣敏傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫。具有負(fù)離子吸附傾向的氣體，如基于 MSP430 單片機的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報警系統(tǒng)設(shè)計 15 O2 和 NON,等被稱為氧化型氣體或電子接收型氣體。 半導(dǎo)體氣敏傳感器的原理 當(dāng)半導(dǎo)體器件被加熱到穩(wěn)定狀態(tài)時，氣體接觸半導(dǎo)體表面而被吸附，吸附的分子首先在表面自由擴散，失去運動能量，一部分分子被蒸發(fā)掉，另一部分殘留分子產(chǎn)生熱分解而固定在吸附處。 響應(yīng)時間均 ≤0 秒 。一氧化碳?xì)饷魝鞲衅魇抢靡远趸a為基體的鉑－銻－二氧化錫敏感材料制成的表面電阻控制型敏感器件 ,當(dāng)空氣中有微量的一氧化碳存在時 ,器件的電阻急劇下降。 半導(dǎo)體氣敏傳感器包括硫化氫氣敏傳感器和一氧化碳?xì)饷魝鞲衅鲀蓚€敏感器件。 半導(dǎo)體的分類 半導(dǎo)體氣敏傳感器有 多種 分類方法，主要一種是將其分為兩類 — 電導(dǎo)控制型氣敏傳感器和電壓控制氣敏傳感器。 MSP430F149 單片機管腳如圖 22 所示 ： 圖 22 MSP430F149 單片機管腳 半導(dǎo)體 氣敏傳感器 半導(dǎo)體的基本介紹 半導(dǎo)體傳感器是一種采用半導(dǎo)體氣敏為主要使用材料的傳感裝置，它利用與其氣體接觸時使半導(dǎo)體的導(dǎo)電率等物理性質(zhì)發(fā)生變化來檢測待基于 MSP430 單片機的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報警系統(tǒng)設(shè)計 14 測氣體的成分和濃度。對于序列通道轉(zhuǎn)換，采樣順序完全由用戶定義。 ADC12 有 4 種 工 作模式。 12位 A/D 轉(zhuǎn)換用到 2 個參考電平，即 Vr+和 Vr ，作為轉(zhuǎn)換范圍的上 下 限和讀數(shù)的量程值和 0 值。其中有 2個中斷向量，便 于處理各種定時中斷。 MSP430F149 的定時器及轉(zhuǎn)換模塊 在 MSP430F149中有一個 16位定時器和一個 12位轉(zhuǎn)換模塊 ADC12。 ? 提供 六個數(shù)據(jù)端口，能為用戶提供更多的處理功能。 ? 片內(nèi)提供模擬信號比較器、較多的儲存器。 ? 單片機是 FLASH 型的，可以實現(xiàn)寫入和擦除，再加上次單片機提供JTAG 口，能實現(xiàn)能很好的在線調(diào)試仿真功能。 ? 具有靈活的時鐘設(shè)計。 ? 片內(nèi)有 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)提供參考電壓。 ? 使用中斷請求將 CPU從低功耗模式 下 喚醒 時間： 6us ? 快速的指令執(zhí)行時間。在休眠條件下上作電流只有 。 [2] 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 12 MSP430F149 的特點 ? 低電壓 (電壓范圍是 }，超低功耗 ( 1MHz 280uA ) 。 ? 兩通道串行通信接口可用于異步或同步 (USART0、 USA1T1)。 ? 模擬比較器 pator_A。 ? 四個 8 位并行端口 。 ? 兩個具有中斷功能的 8 位并行端口 。 ? 帶有 3 個捕獲 /比較寄存器的 16 位定時器 Timer_A3。 MSP430F149 的組成 ? 基礎(chǔ)時鐘模塊，包括一個數(shù)控振蕩器 (DCO)、 一個高速晶體振蕩器 (最高 8MHz)和一個低速晶體振蕩器 (32768Hz）。而在眾多半導(dǎo)體氣敏傳感器中，本設(shè)計選用 MQ2型氣敏傳感器，這種型號的傳感器具備一般半導(dǎo)體氣敏傳感器靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強、壽命長等優(yōu)點 。 經(jīng)過對比上述兩種氣敏傳感器的應(yīng)用特性，發(fā)現(xiàn)半 導(dǎo)體氣敏傳感器的優(yōu)點更加突出：靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾性好、使用方便、價格便宜，且不會發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護成本較低等。 半導(dǎo)體氣敏傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為敏感體制作的氣體傳感器以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的氣體傳感器，它具有靈敏度高，響應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、價格便宜等優(yōu)點，因而得基于 MSP430 單片機的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報警系統(tǒng)設(shè)計 11 到廣泛應(yīng)用。 因此，經(jīng)常對傳感器進(jìn)行標(biāo)定，是保證其準(zhǔn)確性的必要的途徑。中毒是如果環(huán)境空氣中含有硅烷之類的物質(zhì)時，則傳感器將使催化元件產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的中毒，以致靈敏度很快就喪失。阻緩是當(dāng)在氣體與空氣的混合物中含有硫化氫等含硫物質(zhì)的情況下，則有可能在無焰燃燒的同時，有些固態(tài)物質(zhì)附著在催化元件表面，阻塞載體的微孔，從而引起響應(yīng)緩慢反應(yīng)滯緩，靈敏度降低。 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。例如采用紅外線傳感器遠(yuǎn)距離測量人體表面溫度的熱像圖，可以發(fā)現(xiàn)溫度異常的部位，及時對疾病進(jìn)行診斷治療（見熱像儀）；利用人造衛(wèi)星上的紅外線傳感器對地球云層進(jìn)行監(jiān)視，可實現(xiàn)大范圍 的天氣預(yù)報；采用紅外線傳感器可檢測飛機上正在運行的發(fā)動機 的過熱情況等。光電檢測元件常用的是光敏元件，通常由硫化鉛、硒化鉛、砷化銦、砷化銻、碲鎘汞三元合金、鍺及硅摻雜等材料制成。熱敏元件應(yīng)用最多的是熱敏電阻。光學(xué)系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不同可分為透射式和反射式兩類。紅外線傳感器測量時不與被測物體直接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，響應(yīng)快等優(yōu)點。紅外線又稱紅外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質(zhì)。溫度的變化情況是目標(biāo)氣體熱傳導(dǎo)率的函數(shù)，而對于一種給定的氣體，熱傳導(dǎo)率是它固有的物理特性。 （ 6） .熱傳導(dǎo)傳感器 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 9 熱傳導(dǎo)傳感器與接觸燃燒式傳感器具有類似的結(jié)構(gòu)形式，但是測量原理不同。測量該電流即可確定氣體濃度。這些反應(yīng)由針對被測氣體而設(shè)計的電極材料進(jìn)行催化。采用這種方法可以允許適量氣體與傳感電極發(fā)生反應(yīng)，以形成充分的電信號，同時防止電解質(zhì)漏出傳感器。典型的電化學(xué)傳感器由傳感電極（或工作電極）和反電極組成，并由一個薄電解層隔開。此外， SAW 傳感器采用半導(dǎo)體平面工藝，易于將敏感器與相配的電子器件結(jié)合在一起，實現(xiàn)微型化、集成化，從而降低測量成本。其優(yōu)勢在于選擇性高、靈敏度高、在很寬的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定、對濕度響應(yīng)低和良好的可重復(fù)性。被吸附的分子增加了傳感器的質(zhì)量，使得聲波在材料表面上的傳播速度或頻率發(fā)生變化，通過測量聲波的速度或頻率來測量氣體體積分?jǐn)?shù)。 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 8 3)聲表面波 (SAW)式氣體傳感器 SAW 氣體傳感器制作在壓電材料的襯底上，一端的表面為輸入傳感器，另一端為輸出傳感器。但這種氣體傳感器要通過電聚合過程來激活，這既耗費時間，又會引起各批次產(chǎn)品之間的性能差異。高分子氣體傳感器根據(jù)氣敏特性主要可分為下列幾種： l)高分子電阻式氣體傳感器 該類傳感器是通過測量高分子氣敏材料的電阻來測量氣體的體積分?jǐn)?shù)，目前的材料主要有歐菁聚合物、 LB膜、聚毗咯等。接觸燃燒式氣體傳感器在環(huán)境溫度下非常穩(wěn)定，并能對爆炸下限的絕大多數(shù)可燃性氣體進(jìn)行檢測，普遍應(yīng)用于石油化工廠、造船廠、礦井隧道、浴室、廚房等處的可燃性氣體的監(jiān)測和報警 。這種傳感器只能測量可燃?xì)怏w，對不燃性氣體不敏感。 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 7 （ 3） .接觸燒式氣體傳感器 接觸燃燒式氣體傳感器 可分為直接接觸燃燒式和催化接觸燃燒式兩種。 開發(fā)新的氣體傳感器，特別是開發(fā)和完善智能氣體傳感系統(tǒng)，使之可以在氣體泄漏事故中起到報警、檢測、識別、智能決策等方面的作用。由于這種傳感器電導(dǎo)率高，靈敏度和選擇性好，得到了廣泛的應(yīng)用，幾乎打入了石化、環(huán)保、礦業(yè)等各個領(lǐng)域，僅次于金屬氧化物半導(dǎo)體氣體 傳感器。 氣體傳感器介紹 （ 1） .半導(dǎo)氣體傳感器 這種類型的傳感器在氣體傳感器中約占 60%，根據(jù)其機理分為電導(dǎo)型和非電導(dǎo)型，電導(dǎo)型中又分為表面型和容積控制型 . （ 2） .固體電解質(zhì)氣體傳感器 固體電解質(zhì)氣體傳感器固體電解質(zhì)氣體傳感器使用固體電解質(zhì)氣敏材料做氣敏元件。氣體傳感器作為 燃?xì)庑孤﹫缶?的信號采集部分，是儀表的核心組成部分之一。 控制系統(tǒng)的原理圖 本設(shè)計 的 控制系統(tǒng)主要包括五部分：采集模塊，鍵盤輸入模塊，電源及復(fù)位模塊，報警模塊，顯示模塊，具體結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。 (3)軟件部分 ： 介紹了系統(tǒng)的軟件流程圖。 論文安排 (1) 原理部分： 第 1 章主要介紹了 MSP430 單片機 的特點，結(jié)構(gòu)和工基于 MSP430 單片機的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報警系統(tǒng)設(shè)計 5 作原理。 課題研究的主要內(nèi)容 研究 內(nèi)容 本設(shè)計以實現(xiàn) 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 為主要目標(biāo)，主要內(nèi)容有： 介紹 MSP430 單片機 的結(jié)構(gòu)及工作原理； 實現(xiàn) 對可燃性氣體進(jìn)行檢測，可燃?xì)怏w濃度達(dá)到報警設(shè)定值時，應(yīng)能報警。這種方式只需要一臺 PC 機和一個 JTAG 調(diào)試器，而不需要仿真器和編程器。 方便高效的開發(fā)環(huán)境 MSP430 系列有 OPT 型、 FLASH 型和 ROM 型三種類型的器件，這些器件的開發(fā)手段不同。其中，看門狗可以使程序失控時迅速復(fù)位；模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時器，可設(shè)計出 A/D 轉(zhuǎn)換器； 16 位定時器（ Timer_A 和 Timer_B）具有捕獲 /比較功能，大量的捕獲 /比較寄存器，可用于事件計數(shù)、時序發(fā)生、 PWM 等；有的器件更具有可實現(xiàn)異步、同步及多址訪問串行通信接口可方便的實現(xiàn)多機通信等應(yīng)用；具有較多的 I/O 端口， P0、 P P2 端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入； 10/12 位硬件 A/D 轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá) 200kbps，能夠滿足大多數(shù)數(shù) 據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動液晶多達(dá) 160 段；實現(xiàn)兩路基于 MSP430 單片機的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報警系統(tǒng)設(shè)計 4 的 12 位 D/A 轉(zhuǎn)換；硬件 I2C 串行總線接口實現(xiàn)存儲器串行擴展；以及為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，而采用的 DMA 模塊。 片內(nèi)資源豐富 MSP430 系列單片機的各系列都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。在系統(tǒng)中共有一種活動模式（ AM）和五種低功耗模式（ LPM0~LPM4）。并且這些時鐘可以在指令的控制下，打開和關(guān)閉，從而實現(xiàn)對總體功耗的控制?？梢灾皇褂靡粋€晶體振蕩器（ 32768Hz），也可以使用兩個晶體振蕩器。 其次，獨特的時鐘系統(tǒng)設(shè)計。首先， MSP430 系列單片機的電源電壓采用的是 。 運算速度快 MSP430 系列單片機能在 25MHz 晶體的驅(qū)動下，實現(xiàn) 40ns 的指令周期 16 位的數(shù)據(jù)寬度、 40ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能實基于 MSP430 單片機的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報警系統(tǒng)設(shè)計 3 現(xiàn)乘加運算）相配合 ,能實現(xiàn)數(shù)字信號處理的某些算法（如 FFT 等）。 MSP430 的特點 [1] 處理能力強 MSP430 系列單片機是一個 16 位的單片機，采用了精簡指令集（ RISC） 結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（ 7 種源操作數(shù)尋址， 4 種目的操作數(shù)尋址），簡介的 27 條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可以參加多種運算；還有高效的 查表處理命令。一是從存儲器方面來說，將 RAM 容量大大增加，如 F1611 的 RAM 容量增加到了 10KB。 TI 公司在 2020 年底和 2020 年期間又陸續(xù)推出了 F15x 和 F16x系列的產(chǎn)品。這為系統(tǒng)軟件的升級提供了又一方便的手段。這種以 Flash 技術(shù)與 FET 開發(fā)工具組合的開發(fā)方式，具有方便、廉價、實用等優(yōu)點，給用戶提供了一個較為理想的樣機開發(fā)方式。 MSP430 系列的部分產(chǎn)品具有 Flash 存儲器，在系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)調(diào)試及實際應(yīng)用上都表現(xiàn)出較明