0 导言
近年来，全球每年发生火灾600～700万起，其间住所火灾约占80%以上。依据2003-2006年期间的一份核算陈述《美国家庭火灾烟雾报警器》发现：每1000场报导的火灾中，假如有烟雾报警器和湿式喷头存在，火灾导致的死亡率就能下降84%。国外对家庭火灾报警体系的设备早已开端推行并实施，并有许多国家以相应的法律法规严厉规则履行。而我国现行的《建筑规划防火标准》(GB 50016-2006)未对住所部分设备火灾自动报警体系有所规则。经过调研发现，现有烟雾勘探器简单失效、衔接断开或电池损坏，短少电池欠压检测，存在误报警的状况，作业极不安稳。因而，本文规划了一款功耗低、可靠性高、实时性强的家用烟雾报警器。
1 体系整体规划计划
体系由主控芯片、烟雾检测模块、报警模块和电源模块四部分组成。主控芯片选用16位超低功耗单片机MSP430F2012，每隔8s进行一次烟雾检测，经过F2012芯片I/O口输出32768Hz信号驱动红外发射部分宣布红外线，一起运用片内10位ADC对经过扩大的红外信号进行接连4次的数据收集转化，取平均值作为检测成果。一起将检测成果与预设报警门限值进行比较，然后发送预警信息。一起还利用了430内部低频时钟VLO准确守时，高频时钟DCO高速作业，在下降体系本钱的一起提高了体系的可靠性。
2 体系硬件电路的规划
2.1 主控芯片MSP430F2012
MSP430F2012是TI公司新推出的一款高性能16位微操控器。其特色如下：电源电压选用1.8～3.6V的低电压;超低功耗，活动形式(1MHz，2.2V时为200 μA)，待机形式(0.7μA)，掉电形式(RAM数据坚持，0.1 μA);5种省电形式;从待机到唤醒不超越1μs;16位精简指令集，指令周期125ns;带有两个捕获/比较寄存器的16位守时器(TIMERA);A/D转化器;10位200-ksps，通用串行接口USI;支撑SPI和I2C;程序代码熔丝维护;零功耗BOR复位维护功用。本文选用Spy-Bi-Wire的JTAG调试接口，只需衔接四根线，即可完结用仿真器在线编程调试程序。一起，MSP430F2012具有2kB+256B的FLASH存储器，128B的RAM，满足体系代码量的需求。
2.2 烟雾检测模块电路
烟雾检测办法主要有离子感烟勘探和光电感烟勘探。离子感烟勘探对电路和工艺要求高，勘探器受湿度和气流等影响大，维护费用高于制造费用。本文选用光电感烟勘探办法，电路如图2所示。选用特制的光学迷宫作为烟雾接纳设备，内装有红外发射二极管(IRdiode)和红外接纳二极管(IR receiver)，主控芯片MSP430F2012的P2.7口守时驱动红外发射部分发射红外线，若有烟雾进入光学迷宫，则发生光的散射，红外接纳二极管接纳光信号后发生电流信号，经运算扩大器LM358转化为电压信号，送入主控芯片ADC模块通道A3进行采样转化，当判别迷宫内呈现烟雾后，主控芯片驱动压电蜂鸣器宣布烟雾报警声响。
2.3 报警电路
体系报警电路选用RE46C100来驱动压电蜂鸣器，该芯片电压作业规模宽(6～16V)，低功耗(闲暇电流小于100nA)，选用9V电池供电。该芯片使能端HRNEN与MSP430的P2.6口衔接，当HRNEN为高电平时，压电蜂鸣器发生自激振荡而宣布报警声响。经过软件设置Timer A不同的守时输出，可使之宣布烟雾检测、电池欠压两种不同办法的报警信号。
2.4 电源电路
体系需求供应9v和3.3V两个作业电压，9V供应RE46C100，3.3V是单片机MSP430F2012的作业电压，本电路选用稳压器TPS715333。
TPS71533是一款选用SC-70封装的高输入电压LDO(低压降)稳压器，其与微处理芯片MSP430F1232同归于美国的TI公司。该稳压器的特色是：高输入、低压降、低功耗和小型封装。芯片的输入电压规模为2.5～24V，低压降和低静态电流(最大静态电流为3.2 μA)使该芯片的功耗处于极低的水平，适用于电池供电的场合。
一起体系还完结了电池欠压检测，将电源电压直接引进MSP430F2012 ADC模块的输入P1.2口，与程序中预先设定的阀值电压进行比较，当电源电压过低时，经过报警电路提示用户及时替换电池。
3 体系软件的规划与完结
为了便于体系维护和功用扩展，体系软件选用了模块化的规划办法，选用了C言语编程。体系软件包含主程序、中止唤醒子程序、烟雾信号检测子程序和电池电压检测子程序。主程序流程图如图3所示。
初始化时，将校准的1MHz DCO值送入DCO操控寄存器，再依据已校准的DCO时钟源校准VLO，MCU作业在低功耗形式LPM3。TA0每8s中止一次，MCU退出LPM3形式，调用烟雾信号检测子程序。为了防止误报警，体系只要接连3次勘探到烟雾信号，才发动报警电路报警。第1次勘探到烟雾信号后，VLO时钟源经4分频作为守时器A信号源，即第2次采样距离4s;假如第2次仍勘探到烟雾信号，守时器A时钟源直接由VLO输入1s采样;假如第3次仍勘探到烟雾信号，体系开端警报，烟雾勘探器持续以1s周期进行采样。为了下降体系功耗，在烟雾采样转化期间，MCU进入LPM3形式。
在烟雾信号检测子程序中，首要经过P2.7和P1.4口别离翻开LED和运放，将ADC10设定成4次单通道接连转化，经过ADC10的DTC特性将转化成果暂存到MCU的RAM中，运放经延时安稳后发动ADC，MCU进入LPM3形式，在完结4次AD转化后DTC中止，DTC中止服务程序回来，MCU进入活动形式，然后红外发射管翻开，相同延时安稳后再进行一轮4次接连AD转化，采样完毕后封闭运放、红外发射管、ADC及发光二极管，最终调用核算平均值子程序，核算两次接连4次AD转化的平均值，主程序调用核算成果确认是否勘探到烟雾信号。
4 完毕语
本文规划了一款根据MSP430单片机的家用烟雾报警器，完结了对烟雾信号和电池欠压的准确检测。在硬件选型和软件规划中，充分考虑家用体系低本钱、低功耗的要求。此体系契合国标GB20517-2006《独立式感烟火灾勘探报警器》认证的要求。实践证明，此体系具有体积小、功耗低、灵敏度高、使用灵敏、可靠性高、实时性强等特色，是高性能家用烟感的最佳挑选计划。
