煤气报警装置

1、西南科技大学高等教育自学考试毕业论文煤气报警装置摘要：煤气已成为人们生活中必不可少的能源之一，但是煤气泄漏事故时有生，给人们家庭生活造成很多隐患，如何防止煤气中毒和爆炸事故的发生已成为人们迫切需要解决的问题。目前市场上家庭煤气报警器种类繁多。本设计是设计一款家庭煤气泄漏报警装置。该装置将煤气泄漏程度分为正常、少量、超标和危险四个等级，根据煤气泄漏的等级自动做出相应的处理，经过单片机的A/D转换进行数据处理，提高检测精度和可靠性。采取模块化的设计思想，该装置主要划分为五个部分：煤气泄漏检测部分、报警部分、电源部分、人机接口和主控制芯片。针对以上五个部分，本文将详细阐述各部分的软硬件设计，核心芯片

2、的原理和外围电路，芯片与芯片之间的连接电路以及程序设计方法。 本文在最后对整个设计作出总结，说明优缺点并提出不足之处。关键词：煤气泄漏；检测；报警；MSP430F149单片机西南科技大学高等教育自学考试毕业论文The gas alarm deviceAbstract：Gas has become one of indispensable energy in people's life, but the gas leakage accident to happen from time to tome, have caused people to family life, a lot of

3、 hidden trouble, how to prevent gas poisoning and explosion accidents have become a people is an urgent need to solve the problem. There are many different kinds of household gas alarm on the market at present. This design is to design a household gas leak detection alarm device. The device's ex

4、tent of gas leak can be divided into normal, A small, overweight and dangerous four grades, automatically according to the level of leaking gas makes the corresponding processing, through single chip A/D conversion for data processing, improve the detection accuracy and reliability.Adopt modular des

5、ign thought, the device is mainly divided into five parts: part gas leak detection, alarm, power part, man-machine interface and the main control chip. In view of the above five parts, this paper will detail hardware and software design of each part, the principle of core chips and peripheral circui

6、t, the connection between the chip and chip circuit and program design method.In the final summary of the whole design, this paper shows the advantages and disadvantages and shortcomings are put forward.Key words: gas leakage, detection, alarm , MSP430F149 MCU西南科技大学高等教育自学考试毕业论文 目录第一章 前言11.1研究的背景和历史意

7、义11.2 国内外研究动态和现存问题以及研究目标11.2.1 国内外研究动态和现存问题11.2.2 研究目标31.3 本课题的主要研究内容3第二章 煤气传感器MQ-7的技术指标的介绍42.1煤气检测元件42.1.1 MQ-7气体传感器的特点42.1.2 MQ-7气体传感器的应用42.1.3 MQ-7气体传感器的技术指标42.1.4 MQ-7气体传感器基本测试电路52.1.5 MQ-7气体传感器灵敏度特性62.1.6 MQ-7气体传感器温/湿度的影响62.2 MQ-7传感器模块72.2.1 MQ-7传感器模块实物72.2.2 MQ-7传感器模块接口82.2.3 MQ-7传感器使用说明82.3 本

8、章小结8第三章 家庭煤气报警装置的总体设计93.1 家庭煤气泄漏报警装置的主原理框图介绍93.2 家庭煤气泄漏报警装置的功能及工作过程103.2.1 家庭煤气泄漏检测报警装置特点和功能103.2.2 家庭煤气泄漏检测报警装置的基本工作过程103.3 气体传感器选型103.3.1 气体传感器种类113.3.2 传感器选定123.4 本章小结12第四章 家庭煤气报警装置各功能子模块设计134.1 煤气泄漏检测部分134.1.1 报警值的设定134.2输出控制部分144.3 主控制芯片154.3.1 芯片MSP430F149简介154.3.1.1规格：154.3.1.2特点：154.3.2 MSP4

9、30F14单片机外围电路16西南科技大学高等教育自学考试毕业论文4.3.2.1外围电路说明：164.4供电电路174.5 人机接口电路184.6 温度检测电路184.6.1 DS18B20温度转换器件简介184.6.2 DS18B20温度转换器的引脚定义194.6.3 DS18B20温度转换电路19第五章 家庭煤气报警装置的软件设计215.1 编程工具语言工具215.2 主程序的设计215.2.1 主系统初始化程序225.2.2 DS18B20初始化程序235.2.3 12864液晶显示初始化程序29第六章 煤气报警装置的硬件制作和调试356.1 家庭煤气报警装置的硬件制作356.1.1电路板

10、制作注意事项：356.1.1.1安装步骤366.1.1.2锡焊要求366.1.1.3故障排除366.2 家庭煤气报警装置的软件调试366.3 家庭煤气报警装置的硬件调试376.4 家庭煤气报警装置安装注意事项37第七章 结论387.1 工作小结38致谢39参考文献40附录一（总原理图）41附录二（调试、测试图）42西南科技大学高等教育自学考试毕业论文第一章 前言 1.1研究的背景和历史意义随着人们生活水平的提高和科学技术的进步，传统的钻木取火已经被取代，煤气和液化石油气已经成为我国城镇居民的主要燃料之一。现如今，煤气在公寓、宾馆、住宅小区广泛使用，在煤气给人们生活带来了极大方便的同时，由于人们

11、操作不当和设备老化等各种原因引起的煤气泄露事故严重地威胁着人们的生命财产安全。城市管道煤气主要成分为一氧化碳（无色无味有毒，分子式CO，分子量28）是一种可燃性气体，当泄漏浓度超过爆炸下限时，如果拨打电话或使用家用电器，煤气遇到电火花可能发生火灾甚至爆炸事故。人体暴露在浓度为25×106的一氧化碳中即会有中毒的危险，一氧化碳中毒的后果很严重，轻则头晕、头痛耳鸣眼花、四肢无力；重则者恶心、呕吐、烦闷，并且神经受到麻痹而不动弹；更甚者昏迷、惊厥、大小便失常、呼吸困难等，当血液中一氧化碳血红蛋白的浓度达到70%80%时，人就会迅速死亡。近年来，煤气泄漏造成的事故真是让人谈虎色变，煤气燃烧后

12、所产生的一氧化碳气体是致人死亡的罪魁祸首。据统计，在过去的10年间，每年由煤气泄漏所引发的火灾事故呈逐年上升的趋势。2006年我国因发生一氧化碳中毒事件，造成至少3850人中毒，142人死亡。2009年1月11日，南京一家庭因热水器煤气泄漏，家中5口同时中毒死亡。2010年7月29日，南京因煤气事故泄漏发生火灾，事发地方圆100米内的房屋全部倒塌，造成2人死亡，200多人受伤。一旦发生煤气泄漏的时候，及时可靠地探测煤气泄漏的情况，并采取有效措施进行补救，使用正确的处置方法，减少泄漏引发的事故，是避免造成重大财产和人员伤亡的必要条件。 据统计，日本在1970年一共发生大约800起煤气泄漏引起的事

13、故，随着家用煤气泄漏报警器的研制、开发和销售迅速地发展，1998年由煤气泄漏引起的事故仅75起。相关部门长期测试得出结论，燃气报警器是防止煤气中毒和爆炸事故发生有力武器，因此正确安装使用家庭煤气报警装置对预防煤气泄漏引起的事故起到重大作用。鉴于以上所述，设计一款家庭型煤气泄漏报警装置，是很有必要的。它具有完整的检测电路、报警电路以及自动处理设备。该装置对提高家庭煤气使用的安全可靠性，具有重大意义。1.2 国内外研究动态和现存问题以及研究目标 1.2.1 国内外研究动态和现存问题 煤气报警控制器在国外已成为一种相当成熟的产品，历史上最早发明煤气报警器的国家是日本，现有50多年的历史。无论是在气敏

14、元件上的研制，还是在煤气报警器的检测性能上，日本都走在国际的前端。由于日本政府和生产企业大力推广煤气泄漏报警器的使用，当地煤气泄漏和爆炸事故率远远低于欧美等发达国家。家庭应用方面，早在1980年1月日本就制定出了公寓、宾馆和住宅小区必须安装煤气、液化石油气泄漏报警器的法规，1986年5月又确定了安全器具普及和促进的基本方针。美国目前也在16个州立法，规定家庭和公寓都要安装煤气泄漏报警器。 我国最早在70年代初期开始对于湿敏、温度、红外等各类传感器研究，并取得了很大的成就，对煤气报警器及其相应的气敏传感器的研究近十年才开始。目前我国煤气泄漏报警器的型号多样、品种较齐全，产品数量也在不断增加。近年

15、来，在气体选择和产品稳定性上也有很大进步。但是主要是基于引进国外的先进的传感技术和生产工艺基础上，进行研究与开发的，无法形成自己的特色。煤气报警器按运用场合主要可分为两类：工业用煤气报警器和家用煤气报警器。工业用煤气报警器又可分为固定式和便携式，固定式煤气报警器由探测器和控制器两部分大组成，主要用于锅炉房、汽车加气站和液化气站等工业场所；便携式煤气报警器又叫检漏仪，它体积小、便于手持或随身携带，主要用于煤气管理者巡线和查漏。家用煤气泄漏报警器是一种适合家庭使用的小型燃气安全防范产品，主要是安装在厨房，用于煤气泄漏检测，它的发展与微电子技术的发展息息相关，主要可分为三代： 第一代主要由纯分离元器

16、件组成，特点是电路组成复杂，功能单一，可靠性较差，体积较大。 第二代主要由集成芯片和分离元器件组成，特点是电路组成比较复杂，但可以实现多种功能，可靠性比第一代高。 第三代以单片机为核心，外加其它典型外围集成芯片和分离元器件，特点是电路组成比较复杂，但功能齐全、可靠性高、具备一定的智能化功能。 现在市场上主要以第三代为主，前两代由于功能单一的原因已经基本上被淘汰。第三代煤气报警器可分为两类，一类是运用于单个家庭应用的独立报警器，另一类运用于小区联防报警的联网报警系统。这两类虽然已经是相当成熟的产品，但仍存在一些问题： （1）报警器的误报率高，不能准确的检测煤气泄露情况。报警系统误报、漏报现象也是

17、目前家庭煤气报警器行业主要存在的问题，主要原因是检测气体传感器的灵敏度、准确性不够，因此选择一款合适的气体传感器对报警器至关重要。 （2）缺少气敏传感器的自检装置。目前市场上很多煤气泄漏报警器不具有气敏传感器的自检装置，气敏传感器损坏，仍然继续使用，造成误报。 （3）对泄漏的煤气处理方式单一、可靠性差。目前的家庭煤气泄漏报警装置对煤气处理的功能比较单一，有的只有报警并没有处理措施；有的只有自动开启排风扇；有的只能自动关闭煤气阀门等方式。对于煤气泄漏，如果用户无法处理泄漏事故：如室内无人；或是室内的人由于中毒晕倒；亦或是维修人员到达出事地点还需要一段时间，不能得到及时有效的处理，这些都是非常危险

18、的。 （4）小区联网报警系统虽技术先进，但价格昂贵并且须要设专用机房和专人管理，因此应用范围有局限，只能适用于那些物业管理水准较高的住宅区或单位。 （5）报警方式上不能及时通知户主。当户主不在家时，难以通知户主家里煤气泄漏而避免严重事故发生。 （6）电磁阀门安装拆动较为麻烦。有的产品是利用煤气管道专用电磁阀控制气源，其安装需要拆动原管路并报请煤气公司，煤气公司派专人进行处理，十分麻烦，因此也难为广大用户所用。 1.2.2 研究目标 由于考虑制作成本，设计一款对家用有毒有害气体泄漏能够进行自动检测的报警装置，它具有完整的检测电路、报警电路、显示电路。该装置把煤气泄漏程度分为四个等级（分别为正常、

19、少量、超标和危险），能够对煤气泄漏的等级进行准确判断，并做出相应处理（如煤气泄露时，蜂鸣器报警），并把煤气泄漏程度的等级显示在12864液晶显示屏上。1.3 本课题的主要研究内容 本设计主要内容是设计一款家庭煤气泄漏报警装置。本课题的研究内容主要分为以下几个方面： （1）分析家庭煤气泄漏报警器的发展现状及动态，找出目前市场上家庭煤气泄漏报警器存在的问题，根据问题设计一款家庭煤气泄漏报警装置，价格要便宜，功能要实用。 （2）对课题提出家庭煤气泄漏报警的设计方案。 （3）介绍家庭煤气泄漏报警的硬件电路和软件设计原理。 第二章 煤气传感器MQ-7的技术指标的介绍2.1煤气检测元件气体传感器MQ-7所

20、使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。采用高低温循环检测方式低温（1.5V加热）检测一氧化碳，传感器的电导率随空气中一氧化碳气体浓度增加而增大，高温（5.0V加热）清洗低温时吸附的杂散气体。使用简单的电路即可将电导率的变化，转换为与该气体浓度相对应的输出信号。 气体传感器MQ-7对一氧化碳的灵敏度高，这种传感器可检测多种含一氧化碳的气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。2.1.1 MQ-7气体传感器的特点1.对一氧化碳气体有良好的灵敏度 2.长寿命、低成本3.简单的驱动电路即可2.1.2 MQ-7气体传感器的应用1.家庭用气体泄露报警器2.工业用一

21、氧化碳气体报警器3.便携式气体检测器2.1.3 MQ-7气体传感器的技术指标技术指标如下图产品型号MQ-7产品类型半导体气敏元件标准封装塑封标准封装一氧化碳检测浓度10-1000ppmCO标准电路条件回路电压Vc10V  DC加热电压VH5.0V±0.2V ACorDC（高） 1.5V±0.1V ACorDC（低）加热时间TL60±1S（高）90±1S（低）加热时间RL可调标准测试条件下元件特性加热电阻RH31±3（室温）加热功耗PH350mW 敏感体表面电阻Rs2K-20K(in10

22、0ppmCO)灵敏度SRs(in air)/Rs(100ppmCO)5浓度斜率0.6(R300ppm/R100ppm CO)标准测试条件温度、湿度20±2；65%±5%RH标准测试电路Vc:5.0V±0.1V； VH（高）: 5.0V±0.1V； VH（低）: 1.5V±0.1V预热时间不少于48小时敏感体功耗（Ps）值可用计算下式：Ps=Vc2×Rs/(Rs+RL)2传感器电阻（Rs），可用下式计算： Rs=(Vc/VRL-1)×RL2.1.4 MQ-7

23、气体传感器基本测试电路上图是传感器的基本测试电路。该传感器需要施加2个电压：加热器电压（VH）和测试电压（VC）。其中VH用于为传感器提供特定的工作温度。VC则是用于测定与传感器串联的负载电阻（RL）上的电压（VRL）。这种传感器具有轻微的极性，VC需用直流电源。在满足传感器电性能要求的前提下，VC和VH可以共用同一个电源电路。为更好利用传感器的性能，需要选择恰当的RL值。2.1.5 MQ-7气体传感器灵敏度特性图1是传感器典型的灵敏度特性曲线。 图中纵坐标为传感器的电阻比（Rs/Ro），横坐标为气体浓度。Rs表示传感器在不同浓度气体中的电阻值，Ro表示传感器在1000ppm

24、0;氢气中的电阻值。图中所有测试都是在标准试验条件下完成的。2.1.6 MQ-7气体传感器温/湿度的影响图2是传感器典型的温度、湿度特性曲线。 图中纵坐标是传感器的电阻比（Rs/Ro）。Rs表示在含 100ppm一氧化碳、不同温/湿度下传感器的电阻值。Ro 表示在含100ppm一氧化碳、20/65%RH环境条件下传感器的电阻值。2.2 MQ-7传感器模块2.2.1 MQ-7传感器模块实物2.2.2 MQ-7传感器模块接口1 VCC 5V工作电压2 GND 外接GND3 DO 小板数字开关输出接口（0和1）4 AO 小板模拟量输出接口2.2.3 MQ-7传感器使用说

25、明1. MQ-7传感器模块对环境CO气体敏感。2.模块在无CO气体影响或者气体浓度未超过设定阈值时，数字接口DO口输出高电平，模拟接口A0电压基本为0V左右，当CO气体影响超过设定阈值时，模块数字接口D0输出低电平，模拟接口A0输出的电压会随着CO气体的影响慢慢增大。3小板数字量输出D0可以与单片机直接相连，通过单片机来检测高低电平，由此来检测环境CO浓度。4小板模拟量输出A0可以与单片机A/D模块直接相连，通过单片机控制A/D来检测电压的高低，由此来检测环境CO浓度，这种方法能更加精确地检测周围的煤气浓度的变化，本文设计就是采用这种方法来设计的。2.3 本章小结 本章详细介绍了煤气传感器MQ

26、-7的技术指标和使用方法，为后面的具体用法指明了方向。第三章 家庭煤气报警装置的总体设计3.1 家庭煤气泄漏报警装置的主原理框图介绍 家庭煤气泄漏报警装置是一种新型的电子安全报警装置，它将气体探测、自动控制技术相合，从而实现煤气泄漏报警功能。装置总体构成包括煤气泄漏检测部分、报警部分、电源部分、人机接口和主控制芯片这五个部分。家庭煤气泄漏报警装置结构框图如图 3.1 所示。12864液晶显示模块供电电源MSP430F149单片机蜂鸣器DS18B20温度检测MQ-7传感器图3.1家庭煤气泄漏检测报警装置的主原理框图介绍煤气泄漏检测报警装置安装在厨房，用于对居民住宅煤气泄漏的浓度进行探测，并对从探

27、测器采集来的数据进行处理。当出现异常情况时，会根据煤气泄漏的情况做出相应的处理，煤气浓度超标时，蜂鸣器发出警报并在12864液晶显示屏上显示煤气泄漏的等级。（1）煤气泄漏检测部分煤气泄漏检测部分由煤气传感器MQ-7检测电路、传感器处理电路组成。气体传感器负责煤气浓度信号采集，将煤气浓度信号转换为电压信号供A/D检测。（2）输出控制部分 输出控制部分主要是控制蜂鸣器，当煤气超标时，蜂鸣器发出报警声。 （3）人机接口电路用户通过人机接口的显示部分可以查看当前空气中煤气含量的等级（正常、少量、超标和危险）。（4）主控制芯片 主控制芯片采用TI公司的MSP430F149芯片，它是一种集成度高，功耗低，

28、功能强大的单片机，主要工作是接收气体传感器电路中传来的信号，进行数据处理与分析，将温度传感器DS18B20的温度进行处理。并将结果传递给人机接口的显示部分，显示当前煤气泄漏的等级及温度。同时控制蜂鸣器发声。3.2 家庭煤气泄漏报警装置的功能及工作过程 3.2.1 家庭煤气泄漏检测报警装置特点和功能 （1）采用模块化设计，电路设计简单，可靠性较高。 （2）该装置把煤气泄漏程度分为四个等级，分别为正常、少量、超标和危险。对煤气泄漏的不同等级具有不同的处理功能。（3）单片机能够快速、准确地通过传感器检测到现场的异常情况，经确认后及时控制蜂鸣器发出警报，并将等级结果显示在12864液晶屏上。3.2.2

29、 家庭煤气泄漏检测报警装置的基本工作过程煤气泄漏检测报警装置大致工作如下：该装置通过传感器探头对现场进行探测，当有煤气泄漏时，传感器将探测到的煤气浓度转换为电压信号，MSP430F149单片机通过内部A/D检测模块检测采集回来的电压，并控制报警模块和12864液晶显示模块进行工作。3.3 气体传感器选型 家庭煤气报警装置的核心是气体传感器，俗称“电子鼻”。气体传感器是一个气到电的变换器，它的作用是把待测气体在空气中的含量（即浓度）变成电信号。对于煤气泄漏检测报警装置的实现，气敏传感器的选择是相当重要的，是家庭煤气报警装置的重要组成部分之一，其性能对于家庭煤气报警装置的精确度和实现范围都有相当大

30、的影响。气敏传感器的选择体现煤气监控标准的发展方向。3.3.1 气体传感器种类 由于气体的性质各不相同，所以不可能用一种气体传感器检测所有的气体。目前应用最广泛的主要有半导体式气体传感器、红外吸收式气体传感器、接触燃烧式气体传感器、电化学式气体传感器和固体电解质气体传感器。半导体式气体传感器：主要以半导体氧化物为敏感材料，是利用气体在半导体表面的氧化和还原反应导致气体传感器的阻值变化的原理制成的。按照半导体气体传感器的物理特性可分为电阻型和非电阻型两大类，其中电阻型气体传感器是通过检测传感器的电阻随气体浓度的变化而工作的，非电阻型气体传感器是应用传感器的电流或者电压随气体浓度的变化而工作的。这

31、类传感器已经成为当今世界上产量最多，且最具有实用价值的气体传感器之一。其特点是探测的气体范围广，可以对爆炸性气体、可燃性气体、有毒气体、工业气体、环境气体等进行检测，灵敏度高，响应速度快，寿命长，成本低廉, 制造简单，对湿度敏感度低。红外吸收式气体传感器：红外吸收式气敏传感器是根据不同气体的红外吸收峰不同，通过测量和分析红外吸收峰来检测气体。当红外光通过待测气体时，这些气体分子对特定波长的红外光有吸收，其吸收关系服从朗伯比尔(LambertBeer)吸收定律，通过光强的变化测出气体的浓度： I= Io exp(m LC+L+) (3-1）式中，Io、I 分别是输入输出光强; m摩尔分子吸收系数

32、；L光和气体的作用长度；C气体浓度；米氏散射系数；瑞利散射系数； 气体密度波动造成的吸收系数。这类传感器灵敏度高，误报率低，选择性好，可靠性高，响应速度快，但成本高，装置复杂，操作过程历时长。接触燃烧式气敏传感器：在通电状态下，气敏材料的温度约为300600，当有可燃性气体在传感器表面接触燃烧时，燃烧热进一步使电热丝的温度升高，从而引起传感器电阻值发生变化，通过测量电阻变化来测量气体浓度。这类气敏传感器对气体的选择性、受温度、湿度影响小，响应快。但是它对低体积分数可燃性气体灵敏度低,敏感元件受到催化剂侵害后其特性锐减，电热丝易断。电化学式气体传感器：电化学传感器通过与被测气体发生反应并产生与气

33、体浓度成正比的电信号来工作。电化学传感器由工作电极和对比电极组成，并由一个薄电解层隔开。这类气敏传感器低体积分数时气体选择性好，灵敏度高，体积小、重量轻，对气体的反应迅速并可连续探测，但需要定期填充电解液。固体电解质气体传感器：这类传感器的在市场上的销量仅次于半导体气敏传感器，主要是采用固体电解质作为气敏元件的敏感材料，它介于半导体和电化学之间。其原理是气敏材料在通过气体时产生离子，从而形成电动势，测量电动势从而测量气体浓度。这类传感器电导率高、灵敏性和选择性好，因而得到广泛应用，但这种传感器的制造成本高，检测气体的范围有限。3.3.2 传感器选定 本设计采用半导体气敏传感器MQ-7，对一氧化

34、碳的高灵敏度、优异的稳定性、长寿命、大的电信号输出、优异的选择性等特点（详细介绍请看本文第二章）。3.4 本章小结 本章详细介绍了家庭煤气泄漏检测报警装置的总体设计方案，并对系统的各个功能模块的主要功能进行简单介绍，及整个装置的工作过程。首先对目前市场上应用最广泛的几种气敏传感器进行简单介绍，而后介绍了本设计采用的传感器MQ-7。第四章 家庭煤气报警装置各功能子模块设计上一章给出了家庭煤气泄漏报警装置设计思路。本章内容则详细的从每一个功能模块的硬件方面来介绍家庭煤气泄漏检测报警装置。本章主要分为：煤气泄漏检测部分、输出控制部分、主控制芯片、电源和人机接口部分等几个部分。4.1 煤气泄漏检测部分

35、MQ-7是电阻型半导体气体传感器，主要是利用气体在半导体表面的氧化和还原反应导致传感器的阻值变化制成的。由于本文所采用的传感器是一体化传感器，它的实物图如下：其中：VCC供5V、GND接地、A0接单片机A/D采集模块端口。4.1.1 报警值的设定报警值的设定：空气中含有一氧化碳的浓度对人体的影响如表 4.1.1 所示，报警分为四级：正常：设定一氧化碳报警浓度为0100ppm；少量：设定一氧化碳报警浓度为200ppm； 超标：设定一氧化碳报警浓度为800ppm； 危险：设定一氧化碳报警浓度为3200ppm；本系统可以通过图上电位器来改变煤气泄漏的报警值。表 4.1.1 一氧化碳的浓度对人体的影响

36、空气中CO的浓度吸入时间和中毒症状200ppm2-3h前头部轻度头痛400ppm1-2h前头痛恶心2.5-3h后头痛800ppm45min头晕眼花2h精神失常1600ppm20min头晕、眼花2h死亡3200ppm5-10min头晕、头痛、眼花30min死亡6400ppm1-2h头晕、头痛、眼花 10-15min死亡12800ppm1-3min 死亡4.2输出控制部分图中的蜂鸣器采用压电式（约需10mA驱动电流），在这里我们采用一个晶体三极管驱动。当P67输入为低电平“0”时，晶体三级管Q9导通，压电蜂鸣器两端获得约+5V的电压而鸣叫；当OUT1输入为高电平“1”时，三极管Q9截止，蜂鸣器停止

37、发声。P67为MSP430F149单片机的一个引脚端口，BUZZER为5V电源。4.3 主控制芯片 家庭煤气泄漏检测报警装置使用TI公司的芯片MSP430F149为主控器。它主要负责检测气体传感器和DS18B20的数据处理，并控制液晶模块显示等功能。4.3.1 芯片MSP430F149简介4.3.1.1规格：产品种类:微控制器(MCU)数据总线宽度: 16 bit系列: MSP430程序存储器类型: Flash程序存储器大小: 60 KB数据 RAM 大小: 2 KB接口类型: SPI or UART or USART最大时钟频率: 8 MHz可编程输入/输出端数量: 48定时器数量: 2工作

38、电源电压: 1.8V to 3.6V最大工作温度: +85封装 / 箱体: LQFP封装: Tube最小工作温度: -40片上 ADC: 8-chx12-bit4.3.1.2特点：（1）低电压、超低功耗。工作电压3.6V1.8V ，正常工作模式280A、1MHZ、2.2V，待机模式1.6A，RAM数据保存的掉电模式下0.1A。五级节电模式。（2）快速苏醒，从待机模式下恢复工作，只需要不到6S时间。（3）16位精简指令集MCU，命令周期125nS。（4）12位ADC，具有内部参考电压源，并且具有采样、保持、自动扫描等功能。具有12位的模数转换器可以得到很高的精度，并且省去了使用专门的模数转换器给

39、设计电路板带来的麻烦。（5）2个16位计数器。具有捕获、门限功能。（6）具有片内比较器。（7）支持ISP（在线系统编程），方便开发和项目升级。（8）支持序列号，熔丝位烧写。方便简单。（9）双串口（10）支持超小型封装：64P-QFP、64P-QFN。4.3.2 MSP430F14单片机外围电路4.3.2.1外围电路说明： （1）电源：工作电压在为3.6V1.8V，其中正极接1引脚（DVcc）和64引脚（AVcc），负极63引脚（DVss）和62引脚（AVss）。 （2）振荡电路：单片机是一个时序电路，必须要提供脉冲信号才能正常工作，MSP430F149内部也有振荡，但振荡频率较低 。本设计在8

40、、9脚（XIN、XOUT）间外接一个32.768Khz的晶振。在53、52脚（XT2IN、XT2OUT）间外接一个8M的高频晶振。在电路振荡中，对电容C3和C4值的大小影响振荡器的稳定性和起振的快速性，通常选择在1030pf左右，此处C3、C4均为30pf。 （3）复位电路：单片机在工作之前要进行复位，复位主要功能是把PC初始值为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。复位电路由电容C2和电阻R2组成。 （4）I/O引脚分配：MSP430F149单片机有48个I/O引脚，本设计使用了其中的5个I/O引脚。I/O引脚分配如MSP430F149单片机外围电路图4.3.2所示。其中包括了1

41、个引脚用于煤气泄漏等级的输入；一个用于DS18B20温度读取；两个用于控制12864显示；一个用于控制蜂鸣器报警。（4）I/O引脚复用：MSP430F149单片机的很多引脚具有复用功能，在这次毕业设计中，我们主要是用P6这组I/O口的复用功能，它的功能除了普通的I/0管脚外，还有就是内部A/D的管脚输入。图4.3.2 MSP430F149单片机外围电路图4.4供电电路图4.4 MSP430F149单片机供电电路图图4.4中USB输入电压为5V，经过电源稳压芯片LM1117把电压稳到3.3V，给430单片机供电，其中C5、C6、C7、C8为滤波电容，作用是把电路中的交流给虑掉，得到更纯净的直流。

42、4.5 人机接口电路作为一个完整的报警系统，显示部分是必不可少的。本设计中，显示模块采用12864液晶点阵显示屏。该模块具有以下优点： （1）12864液晶点阵显示器可以显示32个汉字，64个字符。 （2）接口简单，仅二根（串行）I/O 线即可驱动。主要功能为： （1）显示屋内煤气泄漏的程度分别为正常、少量、超标、危险。（2）显示DS18B20检测的温度。（3）显示课题名称。在12864液晶显示模块的接口电路中，P25、P24分别接单片机相应的I/O口，由于本设计中12864液晶采用的是串行通信，所以只需要用两个I/O口就可以让液晶屏显示，节省了I/O口，布线简单。但缺点是显示刷新较慢。图 4

43、.5 12864液晶显示屏接口电路图4.6 温度检测电路4.6.1 DS18B20温度转换器件简介1. 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯2. 每个器件有唯一的64位的序列号存储在内部存储器中3. 简单的多点分布式测温应用4. 无需外部器件5. 可通过数据线供电。供电范围为3.0V到5.5V6. 测温范围为-55125（67257）7. 在1085范围内精确度为±58. 温度计分辨率可以被使用者选择为912位9. 温度计分辨率可以被使用者选择为912位10. 最多在750ms内将温度转换为12位数字11. 用户可定义的非易失性温度报警设置12. 应用包括温度控制、工业系统、消费品

44、、温度计或任何热感测系统4.6.2 DS18B20温度转换器的引脚定义符号说明GND接地DQ数据输入/输出引脚。对于单线操作：漏极开路。当工作在寄生电源模式用来提供电源（建“寄生电源”节）。VDD可选的VDD引脚。工作与寄生电源模式时VDD必须接地4.6.3 DS18B20温度转换电路图中R16和单片机P21口相连，R30是一个阻值为4.7K的上拉电阻。图 4.6.3 DS18B20温度转换电路图第五章 家庭煤气报警装置的软件设计5.1 编程工具语言工具在单片机的开发应用系统中，汇编语言作为唯一的单片机软件编程语言已经不能满足实际的需要。虽然使用汇编语言进行软件编程的效率很高，但是编写程序难度

45、太大并且程序的可读性和可移植性都比较差，所以为了提高系统软件的可读性和移植性，因此引入了高级语言，C语言就是其中一种。C语言与汇编语言相比，C语言功能丰富、表达能力强、使用灵活方便、应用广泛、目标程序效率高、可移植性好，既有高级语言的优点，又有低级语言的特点，因此特别适合编写系统软件。本设计采用了IAR软件进行编程，IAR软件是众多单片机应用开发的优秀软件之一。它集编辑、编译和仿真于一体，支持PLM语言、汇编语言和C语言程序设计，界面友好，易学易用。在硬件部分中系统采用的单片机型号是MSP430F149，430系列的单片机支持在线调试，这样就大大降低了软件调试的难度。使用开发软件IAR和一些串

46、口调试工具就可以完成大部分软件开发工作。5.2 主程序的设计主程序的设计体现整个软件的设计思路，要求软件设计者先对整个装置的工作流程有个明确的概念。装置上电后，首先完成液晶显示、I/O口、定时器等初始化设置，然后开始运行主程序循环操作：（1）检测是否有煤气泄漏警情信号。若果有煤气泄漏警情信号，该装置自动报警和LCD显示屏上显示煤气泄漏的等级。（2）显示DS18B20的温度。主程序流程图如图5.1所示。开始DS18B20温度处理系统复位初始化检测煤气是否泄露Y显示煤气泄露程度调用报警处理程序结束5.2.1 主系统初始化程序#include"msp430x14x.h"void

47、CLK_init() P1DIR = 0Xff;P1OUT = 0Xff; P2DIR = 0XFF;P2OUT = 0Xff; P3DIR = 0XFF;P3OUT = 0XFF; P4DIR = 0XFF;P4OUT = 0XFF; P5DIR = 0XFF;P5OUT = 0XFF; P6DIR = 0XFF;P6OUT = 0XFF; unsigned int i; BCSCTL1&= XT2OFF; /*高频晶振 do IFG1 &= OFIFG; /清楚晶体的标志位 for(i=255;i>0;i-); /延时等待外晶体震荡起来 while(IFG1 &

48、; OFIFG);/判断是否起震 BCSCTL2 |=SELM_2+SELS;/选择外高晶体void ADC12_init() P6SEL |= 0x01; / 使能ADC通道 ADC12CTL0 = ADC12ON+SHT0_8+MSC; / 打开ADC，设置采样时间 ADC12CTL1 = SHP+CONSEQ_2; / 使用采样定时器 ADC12IE = 0x01; / 使能ADC中断 ADC12CTL0 |= ENC; /打开转换 void main(void) WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; CLK_init(); /高频时钟初始化 TACTL |= TASSEL

49、_2 + ID_3; /计数时钟选择SMLK=8MHz，1/8分频 Ini_Lcd();/初始化液晶 ADC12_init(); /初始化ADC12 _EINT(); /开中断 while(1) ADC12CTL0 |= ADC12SC; / 开始转换 xianshi_init(); /显示初始化 DS18B20_display(); /温度转换及显示 #pragma vector=ADC_VECTOR /ADC12中断函数_interrupt void ADC12ISR (void) tab=ADC12MEM0; 5.2.2 DS18B20初始化程序#define DQ1 P2OUT |= BIT1#define DQ0 P2OUT &= BIT1#defin