0 引言
近年來(lái)，全球每年發(fā)生火災(zāi)600～700萬(wàn)起，其中住宅火災(zāi)約占80%以上。根據(jù)2003-2006年期間的一份統(tǒng)計(jì)報(bào)告《美國(guó)家庭火災(zāi)煙霧報(bào)警器》發(fā)現(xiàn)：每1000場(chǎng)報(bào)道的火災(zāi)中，如果有煙霧報(bào)警器和濕式噴頭存在，火災(zāi)導(dǎo)致的死亡率就能降低84%。國(guó)外對(duì)家庭火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的安裝早已開(kāi)始推廣并實(shí)行，并有許多國(guó)家以相應(yīng)的法律法規(guī)嚴(yán)格規(guī)定執(zhí)行。而我國(guó)現(xiàn)行的《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50016-2006)未對(duì)住宅部分安裝火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)有所規(guī)定。通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有煙霧探測(cè)器容易失效、連接斷開(kāi)或電池?fù)p壞，缺少電池欠壓檢測(cè)，存在誤報(bào)警的情況，工作極不穩(wěn)定。因此，本文設(shè)計(jì)了一款功耗低、可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的家用煙霧報(bào)警器。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
系統(tǒng)由主控芯片、煙霧檢測(cè)模塊、報(bào)警模塊和電源模塊四部分組成。主控芯片采用16位超低功耗單片機(jī)MSP430F2012，每隔8s進(jìn)行一次煙霧檢測(cè)，通過(guò)F2012芯片I/O口輸出32768Hz信號(hào)驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射部分發(fā)出紅外線，同時(shí)使用片內(nèi)10位ADC對(duì)經(jīng)過(guò)放大的紅外信號(hào)進(jìn)行連續(xù)4次的數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換，取平均值作為檢測(cè)結(jié)果。同時(shí)將檢測(cè)結(jié)果與預(yù)設(shè)報(bào)警門(mén)限值進(jìn)行比較，從而發(fā)送預(yù)警信息。同時(shí)還利用了430內(nèi)部低頻時(shí)鐘VLO準(zhǔn)確定時(shí)，高頻時(shí)鐘DCO高速工作，在降低系統(tǒng)成本的同時(shí)提高了系統(tǒng)的可靠性。
2 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)
2.1 主控芯片MSP430F2012
MSP430F2012是TI公司新推出的一款高性能16位微控制器。其特點(diǎn)如下：電源電壓采用1.8～3.6V的低電壓;超低功耗，活動(dòng)模式(1MHz，2.2V時(shí)為200 μA)，待機(jī)模式(0.7μA)，掉電模式(RAM數(shù)據(jù)保持，0.1 μA);5種省電模式;從待機(jī)到喚醒不超過(guò)1μs;16位精簡(jiǎn)指令集，指令周期125ns;帶有兩個(gè)捕獲/比較寄存器的16位定時(shí)器(TIMERA);A/D轉(zhuǎn)換器;10位200-ksps，通用串行接口USI;支持SPI和I2C;程序代碼熔絲保護(hù);零功耗BOR復(fù)位保護(hù)功能。本文采用Spy-Bi-Wire的JTAG調(diào)試接口，只需連接四根線，即可實(shí)現(xiàn)用仿真器在線編程調(diào)試程序。同時(shí)，MSP430F2012擁有2kB+256B的FLASH存儲(chǔ)器，128B的RAM，足夠系統(tǒng)代碼量的需求。
2.2 煙霧檢測(cè)模塊電路
煙霧檢測(cè)方式主要有離子感煙探測(cè)和光電感煙探測(cè)。離子感煙探測(cè)對(duì)電路和工藝要求高，探測(cè)器受濕度和氣流等影響大，維護(hù)費(fèi)用高于制造費(fèi)用。本文采用光電感煙探測(cè)方式，電路如圖2所示。采用特制的光學(xué)迷宮作為煙霧接收裝置，內(nèi)裝有紅外發(fā)射二極管(IRdiode)和紅外接收二極管(IR receiver)，主控芯片MSP430F2012的P2.7口定期驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射部分發(fā)射紅外線，若有煙霧進(jìn)入光學(xué)迷宮，則產(chǎn)生光的散射，紅外接收二極管接收光信號(hào)后產(chǎn)生電流信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算放大器LM358轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，送入主控芯片ADC模塊通道A3進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換，當(dāng)判斷迷宮內(nèi)出現(xiàn)煙霧后，主控芯片驅(qū)動(dòng)壓電蜂鳴器發(fā)出煙霧報(bào)警聲音。
2.3 報(bào)警電路
系統(tǒng)報(bào)警電路采用RE46C100來(lái)驅(qū)動(dòng)壓電蜂鳴器，該芯片電壓工作范圍寬(6～16V)，低功耗(空閑電流小于100nA)，采用9V電池供電。該芯片使能端HRNEN與MSP430的P2.6口連接，當(dāng)HRNEN為高電平時(shí)，壓電蜂鳴器產(chǎn)生自激振蕩而發(fā)出報(bào)警聲音。通過(guò)軟件設(shè)置Timer A不同的定時(shí)輸出，可使之發(fā)出煙霧檢測(cè)、電池欠壓兩種不同方式的報(bào)警信號(hào)。
