便携式CO气体泄漏报警器设计

1、装订线便携式CO气体泄漏报警器设计 便携式CO气体泄漏报警器设计 摘 要随着经济的发展，人们越来越重视对生活质量的提高和生活环境的改善，液化气、煤气进入家庭的使用为人们带来了方便，也改善了城市的环境，但同时也给人们带来了潜在的危险，其中一氧化碳是最重要的危险源。及时准确的对一氧化碳进行浓度检测和报警成为保障群众生命安全和国家财产安全的一项必不可少的工作。 本文针对目前气体泄露检测报警装置存在检测精度低、报警方式单一等问题，设计一种便携式CO气体泄漏报警仪。报警仪以MSP430F135芯片为控制核心，以声光、震动、短信模块为报警主体，通过一氧化碳传感器获得CO浓度，经过数据去噪、放大、A/D转换

2、、安全验证、报警触发和实时显示等流程完成气体泄漏的实时监测和处理、为了同时满足安装和便携两种方式，内置了外置供电和充电模块自动切换，实时显示电量和提醒充电。 经过实验室测试和现场测试，该气体报警仪具有便捷、高精度、低功耗、多模式报警、操作方便等多种优点，系统结构设计合理，检测CO精度高，硬件电路稳定，能较好的满足CO检测报警需求，并且本仪器使用方便简捷无需专业人员操作。关键字：一氧化碳报警仪，多模式报警，便携式仪器，GSM短息报警 ABSTRACTWith economic development, there is growing emphasis on improving the qual

3、ity of life and improving the living environment, gas, coal gas into the home to use for people to bring convenience, but also improve the urban environment, but also to people with to the potential dangers of carbon monoxide is one of the most important sources of danger. Timely and accurate concen

4、tration of carbon monoxide detection and alarm to protect people's lives and become state property an essential safety work.Aiming at the existence of gas leak detection accuracy is low, the alarm mode single issues such as detection and alarm system, designed a portable CO gas leak alarm. Alarm

5、 with MSP430F135 chip as the control center to sound and light, vibration, SMS alarm module body, the CO concentration obtained by carbon monoxide sensors, through data de-noising, amplification, A / D conversion, secure authentication, real-time display and alarm trigger other processes complete re

6、al-time monitoring and processing gas leak, in order to satisfy both installed and portable two ways, built an external power supply and charging module automatically switches, real-time display battery charge and reminders.After laboratory tests and field tests, the gas alarm with convenient, high-

7、precision, low power, multi-mode alarm, easy to operate, and other advantages, reasonable system architecture design, high precision CO detection, the hardware circuit stability, can be better CO detection alarm to meet the demand, and the instrument is simple and easy to use without professional op

8、eration.KEY WORDS:carbon monoxide alarm，muli-mode alarm，portable instruments，GSM alarm short interest 目录第一章 引言51.1本课题研究的目的及意义51.2国内外研究概况51.2.1 国外便携式CO气体泄漏报警仪的发展现状5 1.2.2 国内便携式CO气体泄漏报警仪的发展现状51.3现有技术51.4 所要解决的技术问题61.5小结6第二章 基础理论概述62.1 一氧化碳传感器62.1.1 红外点式传感器72.1.2 半导体气敏传感器72.1.3 电化学传感器72.2 智能仪器82.3 便携式C

9、O气体泄漏报警仪的功能82.4小结8第三章 便携式CO气体泄漏报警器硬件设计93.1系统的总体设计及工作原理93.2 4CO-500一氧化碳传感器及信号处理电路93.3 LCD显示模块103.4 用户交互模块113.5充电模块123.6 GSM短信模块133.7 电池电量采集模块133.8 稳压模块143.9 微处理器模块143.10小结16第四章 便携式CO气体泄漏报警器软件设计164.1 仪器程序主流程图164.2 LCD显示程序设计214.3 AT指令224.4 GSM发送中文短信224.5 CO浓度计算程序设计254.6用户交互模块程序314.7其他部分程序334.8小结33第五章 实

10、验及总结345.1 报警仪的技术参数34 5.1.1 4CO-500传感器性能特性34 5.1.2 4CO-500交叉敏感度345.2 实验355.3 小结35结论与展望35致 谢35附 件37 第一章 引言1.1本课题研究的目的及意义随着经济的发展，人们越来越重视对生活质量的提高和生活环境的改善，液化气、煤气进入家庭的使用为人们带来了方便，也改善了城市的环境，但同时也给人们带来了潜在的危险，其中一氧化碳是最重要的危险源。一氧化碳是一种无色无味的气体，由于它与人体内的血红蛋白有高度的亲和力，所以当它被吸入体内后，使人发生疲惫、气短、恶心和头昏眼花等不良症状，体内吸入过多时甚至会导致因缺氧而死亡

11、。同时，一氧化碳也是一种易燃易爆的危险气体。因此，及时准确的对室内一氧化碳进行浓度检测和报警成为保障群众生命安全和国家财产安全的一项必不可少的工作。为此，设计一种便携式CO气体泄漏多模式报警仪。1.2国内外研究概况1.2.1 国外便携式CO气体泄漏报警仪的发展现状气体泄漏报警器在国外已发展成为一种相当成熟的产品，应用面相当广泛，就家庭应用而言，几乎每个家庭都安装有一只以上的气体报警仪器，并且已经体现在法律之中。气体泄漏报警器种类繁多，有电化学、红外点式、红外成像、半导体、超声波、全息等类型，并且不断有更先进的、检测精度更高、使用寿命更长的仪器出现。日本早在1980年就开始实施安装城市煤气、液化

12、气报警器法规。美国目前已有6个州立法，规定家庭、公寓等都要安装CO报警器。有用于一般家庭、集体住宅、饮食餐店、医院、学校、工厂的各种气体报警器和系统，有单体分离型报警器、外部报警系统、集中监视系统、遮断连动系统、防止中毒报警防护系统等。结构型式有袖珍型便携式、手推型、固定式报警等，气体检测技术与计算机相结合，实现了智能化、多功能化。有的仪器可以实现多种气体的检测，采用统一的软件，只需要换气体传感器，如美国General Monitors公司在传感器中嵌入微处理器，使气体传感器具有控制校准和监视故障状况功能，实现了智能化。即可实现对特定气体检测。国外的气体传感器发展很快，一方面由于人们的安全意识

13、增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高，另一方面由于传感器市场增长受到政府安全法规的推动。1.2.2 国内便携式CO气体泄漏报警仪的发展现状我国对于湿度、温度、红外等各类传感器的研究和开发已有10多年的历史，并取得了很大的成就，但对于气体报警器及其相应的气敏传感器的研究工作在近十年才展开。在中国步入工业化的同时，中国每年的工业事故也屡屡发生。煤矿爆炸、厂房起火、工人中毒等层数不穷。这些事故的发生主要因为工业环境中使用易燃易爆、有毒有害气体不当造成。目前，现有的一氧化碳检测仪器主要面对工矿企业或者公共场所，产品主要应用与石油、化工、冶金、煤矿、液化气等企业，价格昂贵，对家庭也不太适用。但随着国内

14、”西气东输”公司的快速发展，以天然气为代表的清洁能源产业已经快速崛起，未来天然气几乎是家庭的主要能源，这必将大大增加对气体泄漏仪器，特别是CO这种对人体危害很大的气体检测仪器的需求。1.3现有技术一氧化碳是一种无形、无色、无味、无刺激，但是对人类有相当大的危害，这就是一氧化碳报警器的重要性。现有的CO报警器设计分为分线制一氧化碳报警器、总线制一氧化碳报警器以及便携式一氧化碳报警器。分线制一氧化碳报警器主要是由控制主机、CO探测器、计算机监视器、被控设备和声光的报警系统。控制主机有LCD液晶屏显示测量浓度，内部有两组可编程继电器，无源常开、常闭触电，并需要220V±10%的工作电压。控

15、制主机与CO探测器和光电报警系统都采用三线制3*1.0mm2连接，与计算机监视器通信采用串口485通信协议，并保持探测器的运行数据。总线制一氧化碳报警器主要由总线控制器、探测器、计算机监视器、声光报警系统、被控设备以及信号电缆。总线控制器包括显示模块、电源转换模块、中继器模块、联动控制模块、执行器和485转换器。总线控制器不仅具有分线制控制主机的功能，还有总线控制CO探测器和报警系统的功能。总线控制器采用两线制的信号线和两根电源线。家庭便携式一氧化碳报警器都是有微控制器、现场的声和光报警、以及简单的按键，并需要220V±10%工作电压。家庭便携式CO报警器功耗小、使用寿命较长，能够有

16、效的避免火灾、爆炸、窒息等事故的发生。缺点：（1）分线制和总线制CO报警器系统结构复杂，包括控制器、探测器以及声光报警系统等多结构；（2）总线制采用的两线制比分线制报警系统三线制减少，各个模块集成在总线控制器当中，总线的传输距离也增大。但是，接线的数量仍然比较大，适应于大型工厂，对于家庭或者小型公司不合适。（3)分线制和总线制报警系统都需要与计算机监视器连接，并保存探测器的数据和状态，一些公司则没有必要保留数据，该功能需要动态选择。但是，计算器监视器不能忽视，因为计算机要处理通过控制器传入的探测器数据。（4）家庭便携式报警器省功耗，但是需要AD220V±10%工作电压，并且该报警器只

17、有提示报警作用，没有总线制和分线制的被控设备，不能采取相关的救急措施，保证安全。1.4 所要解决的技术问题 （1）精确的检测CO的浓度。现有仪器对CO的检测不够准确，容易受到硫化氢、二氧化硫等交叉气体的干扰，本仪器使用4CO-500传感器，它内部设置了一个小孔来限制气体的扩散，并且CO检测模块对信号进行了放大，使其具有很高的灵敏度。同时，对探测的CO转换成的电压信号进行三次滤波处理，提高CO浓度的测定精确度。 （2）改善报警系统的结构。设计的CO报警仪由探测模块和CO采集模块、显示模块、按键模块、充电模块、GSM短信报警模块、处理器模块集成统一组成。处理器模块对获取的数据处理，保存报警时的时间

18、、CO浓度数据等少量数据。GSM短信模块可以在检测到CO浓度超过安全阀值时向设定的手机号码发送报警短信。 （3）本设计不需要AD220V±10%工作电压，采用充电的锂电池对各个模块充电，符合USB的规则，充电方便，可便携式携带也可固定安装。（4）现有的便携式CO报警仪只是报警声提示，但实际中小孩、老人等群体对这些信息不能及时的感知，不能有效的保障人员安全。本仪器通过报警声、光提示，可以在CO浓度危及人员生命安全时发出声、光、震动等警示信息，同时有GSM短信模块，可以将报警信息发送至家人手机，让家人及时知晓家中危险情况，及时采取报警等措施，有效保障人员的生命安全。 1.5小结本章介绍了

19、本文的主要研究内容，了解了目前国内外便携式CO气体泄漏报警仪的发展现状及现有技术和所要解决的技术问题。CO报警仪的研究设计对提高生活质量，保障人员生命安全具有重要，其中便携式CO报警仪由于其简捷、方便、精确度高等优点得到广泛研究。本文针对目前CO报警仪存在的缺陷，设计一款精度高、包括GSM短信报警在内的多模式报警仪。 第二章 基础理论概述2.1 一氧化碳传感器一氧化碳传感器属于化学传感器，主要由识别系统、传导或转换系统组成。识别系统把待测物的某一化学参数(常常是浓度)与传导系统连结起来。传导系统接受识别系统响应信号，通过电极等敏感元件将响应信号以电压、电流或光强度等的变化形式，传送到电子系统进

20、行放大或进行转换输出，最终使识别系统的响应信号转变为系统的响应信号。一氧化碳传感器是报警器中的核心检测元件。主要包括红外点式传感器，超声波传感器，电化学气体传感器，以及半导体传感器。2.1.1 红外点式传感器 特定的分子只能吸收特定频率的红外线辐射，当红外辐射通过传感器腔中的特定化合物时，只有那些频率相符的红辐射被吸收，从而产生特定吸收带，得到一个红外谱图，就像"指纹"一样，可以用来确定未知的化合物。表示吸收的有两种方式：透射比和吸收比，它们的关系是：吸收比 = log(1/透过比)。红外辐射包含很广的光谱含量。当该辐射与气体分子的自振频率相同时，这些能量会被吸收，而剩余的

21、能量会被透射。由于气体分子吸收辐射，分子会获取能量并产生更为强烈的振动。这种振动会导致气体分子温度上升，温度上升与气体浓度成正比，检测器会检测到这种温度上升。它的优点：寿命长，能达到十年，允许无氧工作。缺点：结构复杂、价格较贵、功耗较大。2.1.2 半导体气敏传感器 半导体气敏传感器利用半导体气敏元件同气体接触后，造成半导体性质的变化来检测特定气体的成分或测量其含量。半导体气敏传感器大体上可以分为电阻式和非电阻式两类。前者是利用敏感元件吸收气体后电阻值随着被测气体的浓度改变来检测气体的浓度。后者是利用二极管伏安特性和场效应管的阀值电压变化来检测被测气体。电阻式是利用气敏半导体材料，如氧化锡(S

22、nO2)、氧化锰(MnO2)等金属氧化物制成的气敏元件，当吸收可燃气体，会发生还原反应，放出热量，使元件温度相应增高，电阻发生变化。利用半导体材料的这种特性，将气体成分和浓度转换成电信号，进行检测和报警。2.1.3 电化学传感器(1)电化学传感器工作原理 气体扩散进入电化学传感器就在敏感电极上发生氧化反应，每一反应均可用标准化学方程式的形式表示。一氧化碳在敏感电极上的氧化可用方程式表示如（1）所示： (1) 在对电极上发生的反应正好与敏感电极上的反应平衡。对电极上的反应如（2）所示： (2) 两个电极的反应方程式如（3）所示： (3) (2)二端电化学传感器 基于电化学原理工作的传感器其最简单

23、的一种型式是两电极系统。其敏感电极和对电极由一薄层电解液隔开并经由一个很小的电阻联通外电路。当气体扩散进入传感器后，在敏感电极表面进行氧化或还原反应，产生电流并通过外电路流经两个电极。该电流的大小比例于气体的浓度，可通过外电路的负荷电阻予以测量。为了让反应能够发生，敏感电极的电位必须保持在一个特定的范围内。但气体的浓度增加时，反应电流也增加，于是导致对电极电位改变(极化)。由于两电极通过一个简单的负荷电阻连接起来，虽然敏感电极的电位也会随着对电极的电位一起变化。如果气体的浓度不断地升高，敏感电极的电位最终可能移出其允许范围。此时传感器将不成线性，因此两电极气体传感器检测的浓度受到一定限制。(3

24、)三端电化学传感器对电极的极化所受的限制可以用引进第三电极，参考电极，和利用一外部的恒电位工作电路来予以避免。在这样一种装置中，敏感电极曲线相对于参考电极保持一固定值。在参考电极中无电流流过，因此这两个电极均维持在一恒定的电位。对电极仍然可以进行极化，但对传感器而言已不产生任何限制作用。因此三电极传感器所能检测浓度范围要比两电极大的多。 2.2 智能仪器随着微电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成度越来越高，单片机的出现，引起了仪器仪表结构的根本变革。以单片机为主体取代传统仪器仪表的常规电子线路，将计算机技术与测量控制技术结合在一起，组成智能仪器。智能仪器的组成如图1所示。当大型的仪表要进行复

25、杂的数据处理，复杂的控制功能时就需要在单片机外部片外扩展存储器。被测量的模拟信号经过A/D转换后，进入单片机内部；单片机根据由键盘置入的各种命令经过A/D转换成为能够完成某种控制功能的模拟电压。通信接口的功能是功过GPIB或RS-232接口总线与其他仪器甚至计算机作远距离通信。智能仪器的整个工作过程都在软件程序的控制下自动完成。装在仪器内部的ERRROM中的监控程序由许多程序模块组成，每个模块完成一种特定的功能，例如实现莫忠算法、执行某一中断服务程序、接收并分析键盘输入命令等。 图1 智能仪器的基本组成2.3 便携式CO气体泄漏报警仪的功能(1)实时精确的检测和显示CO的浓度。(2)通过按键设

26、置CO报警阀值，当CO浓度高于设定的阀值，声音报警，震动并灯光警示。(3)采用可充电的锂电池，并内置充电电路，可通过显示屏实时的显示电量使用情况，在电量过低时进行报警。(4)当发现CO浓度高于阀值，存在危险时，报警器发送报警短信。2.4小结CO传感器是报警仪的核心，本章开始介绍了现常用的三种CO传感器：红外点式、半导体气敏、电化学传感器的反应原理及优缺点。其中最常用的为电化学CO传感器，本设计采用的CO传感器属于电化学传感器。电化学CO传感器经过两端、三端、四端的改变，性能不断的提高。同时本设计的便携式CO气体泄漏报警器属于智能仪器的范畴。在本章中介绍了智能仪器的相关知识，这将是本仪器设计的基

27、础理论。 第三章 便携式CO气体泄漏报警器硬件设计 3.1系统的总体设计及工作原理便携式CO气体泄漏报警仪系统设计框图如图2所示。系统由MSP430F135处理器、4CO-500一氧化碳传感器组成的一氧化碳采集及信号处理模块、SIM900A GSM短信模块、LED及蜂鸣器组成的报警模块、LCD显示模块、按键组成的用户交互模块、电源模块、充电模块组成。4CO-500一氧化碳传感器的浓度检测范围为0500ppm，传感器输出为电流，4CO-500传感器的输出电流与CO浓度成线性关系，灵敏度为0.070uA/ppm,经信号处理模块转换为03.3V电压，电压经过A/D转换成相对应的气体浓度，并在LCD1

28、602上实时显示。用户通过按键组成的用户交互模块设置CO报警阀值及GSM短信报警模块的手机号码，当CO浓度高于CO报警阀值时，LED闪烁，蜂鸣器发出报警声，同时GSM模块向设定的手机上发送警报信息。仪器电源采用可充电的锂电池，用户可方便的用普通的适配器或USB对仪器进行充电。同时避免因仪器电量不足不能正常工作，仪器实时显示电池的电量，当电量低于工作电压时发出报警，提醒用户充电。 图2系统总体框图 3.2 4CO-500一氧化碳传感器及信号处理电路4CO-500一氧化碳传感器属于三端电化学传感器，输出电流与CO浓度成正比。信号处理模块主要由4部分组成。模块(1)在4CO-500的R_E(参考电极

29、)和R_S(工作电极)之间形成稳定电压，4CO-500将CO经过电化学反应形成电流，从R_S(工作电极)流出，R_C（对电极）流入，模块(2)为积分模块将从R_S（工作电极）流出的电流转换为电压，输入MSP430的P6_2口即A/D转换通道，模块(4)为同向比例放大器，放大倍数为（1+R11/R16）=1+（820/220）=4.73倍，输入MSP430的P6_1口即A/D转换通道，模块(3)为缓冲器，将R_E(参比电极)和R_S（工作电极）之间的稳定电压输入MSP430的P6_0口即A/D转换通道。电路图如图3所示： 图3 信号处理模块3.3 LCD显示模块本仪器采用的是LCD1602液晶显

30、示。实时的显示CO的浓度和电池的电量，LCD的背光可以设置，长时间不用背光自动熄灭以达到省电的目的。1602LCD工作电压为4.5-5.5V,采用16脚接口，VSS接电源地，VDD接5V电源，VO为液晶显示器对比调节端，接10k的电位器调整对比度，RS为寄存器选择端，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器，接MSP430F135的P6_3.R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。R/W接MSP430F135 P6_5口。E端为

31、使能端，当E端由高电平条变为低电平时，液晶屏执行命令，接MSP430F135 P6_4.D0-D7为8位双向数据线，接MSP430F135 P3.0-P3.7口。V+为背光源正极，接电源正极。V-接由9013三级管组成的开关电路，由MSP430F135的P6_6控制三极管的开关，当P6_6为低电平时，V-接地，当P6_6为高电平时，V-接电源正极。电路图如图4所示： 图4 LCD显示模块3.4 用户交互模块由电源控制按键(S1)，设置按键(S2)，递增按键(S3)，递减按键(S4)组成，按键的一端接地，另一端接MSP430F135 的I/O端口，当按键断开时，输入I/O的为高电平，当按键按下时

32、，输入I/O口的为低电平，通过检测I/O电平的高低来检测按键。程序控制当电源按键（S1）短按时实现背光的开关控制，长按实现仪器电源的开关，设置键（S2）和递增按键(S3)，递减按键(S4)组合完成各种功能的设置。电路图如图5 所示： 图5 用户交互模块3.5充电模块 主要由CN3052A组成，本仪器采用可充电的锂电池，通过充电模块可以方便的实现对锂电池的充电。CN3052A内部包括功率晶体管，应用时只需要极少的外围元器件，并且符合USB总线技术规则，非常适用于便携式应用的领域。充电电流通过一个外部电阻调整。当输入电压掉电时，CN3052A自动进入低功耗的睡眠模式，此时电池的电流消耗小于3微安。

33、CN3052A开始对电池充电，CHRG管脚输出低电平，表示充电正在进行。如果电压低于3V，充电器用小电流对电池进行预充电。当电池电压超过3V时，充电器采用恒流模式对电流充电，充电电流由ISET管脚和GND之间的电阻RISET确定。当电池电压接近电池端调制电压时，充电电流逐渐减小，CN3052A进入恒压充电模式。当充电电流减小到充电结束阀值时，充电周期结束，CHRG端输出高阻态，表示充电周期结束，充电结束阀值是恒流充电电流的10%。电路图如图6所示： 图6 充电模块 3.6 GSM短信模块SIM900A模块是一款尺寸紧凑的GSM/GPRS模块，基于STE的单芯片案，采用ARM926EJ-S架构，

34、性能强大。支持中文信息，工作在EGSM900和GSM1800双频段，电压范围3.24.8V;待机模式电流低于18mA，sleep模式低于2mA;SIM900A的数据接口(CMOS电平)通过AT命令可双向传输指令和数据，支持Text和PDU格式的短信，可通过AT命令实现故障恢复。MCP430的串口发送接口TXD和串口接收接口RXD，分别与SIM900A的RXD和TXD口连接，实现串口数据的发送和接收。如图7所示： 图7 GSM短信模块 3.7 电池电量采集模块电池电压采集模块，由三个电阻R45、R46、R48组成，电池的电压范围为0-3.3,MSP430的A/D通道没有外接参考电压，所以A/D转

35、换的最大电压值为2.5V，所以R45与R46阻值相等，对电池电压进行1/2分压，则电池的电压在A/D转换的范围之内，MSP430的A/D转换通道，为12位的逐渐逼近型A/D转换，转换精度为2.5/4096。R46起限流作用，C16起滤波作用，将电压模拟信号输入到P6_3（A/D通道3中）。电路8如图所示： 图8 电池电量采集模块3.8 稳压模块本仪器的电源来源于3.3V可充电锂电池经过TPS76301稳压芯片的输出。TPS76301稳压芯片有低漏失电压、低功耗的特点，在便携式系中电池的工作显著增加，低压差电压特性和低功耗得到优化。它使用简单，无需太多外围元件。五管脚封装：IN(电压输入端)、E

36、N(输出使能端高电平有效)、OUT(稳压输出端)、GND(接地端)、NC（在使用可以不接）。本仪器可以工作在锂电池下，也可以工作在外接电源下，仪器开始工作时，按下开按键，则EN为高电平，输出使能系统正常工作，程序设计让P5_3输出高电平则系统开始正常工作。USB+为外接电源，当外接电源时，系统也可以正常工作。 电路图如图9所示： 图9 稳压模块 3.9 微处理器模块本便携式CO气体泄漏报警器设计采用MSP430微处理器它具有以下特点：（1）处理能力强： MSP430系列单片机是一个16位单片机，采用了精简指令（RISC）结构，具有丰富的寻址方式（7 种源操作数寻址、4 种目的操作数寻址）、简洁

37、的 27 条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。 （2）运算速度快: MSP430 系列单片机能在25MHz晶体的驱动下，实现40ns的指令周期。16位的数据宽度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加运算）相配合，能实现数字信号处理的某些算法。 （3）超低功耗： MSP430 单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压和灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。首先，MSP430 系列单片机的电源电压采用的是1.8-3.6V 电压。因而可使其在1MHz 的时钟条件下运

38、行时，芯片的电流最低会在165A左右，RAM保持模式下的最低功耗只有0.1A。 （4）片内资源丰富： MSP430 系列单片机的各系列都集成了较丰富的片内外设。它们分别是看门狗、模拟比较器A、定时器A0（Timer_A0）、定时器A1（Timer_A1）、定时器B0（Timer_B0）、UART、SPI、I2C、硬件乘法器、液晶驱动器、DMA、I/O端口、基本定时器（Basic Timer）和USB控制器等若干外围模块的不同组合。其中，看门狗可以使程序失控时迅速复位；模拟比较器进行模拟电压的比较，配合定时器，可设计出A/D 转换器；16 位定时器（Timer_A 和 Timer_B）具有捕获/

39、比较功能，大量的捕获/比较寄存器，可用于事件计数、时序发生、PWM等；有的器件更具有可实现异步、同步及多址访问串行通信接口可方便的实现多机通信等应用；具有较多的 I/O 端口，P0、P1、P2 端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入；10/12位硬件 A/D 转换器有较高的转换速率，最高可达200kbps ，能够满足大多数数据采集应用；能直接驱动液晶多达 160 段；实现两路的 12 位D/A转换；硬件I2C串行总线接口实现存储器串行扩展；以及为了增加数据传输速度，而采用的DMA模块。MSP430 系列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便。电路图如图10所示： 图10 微

40、处理器模块3.10小结本章介绍了便携式CO气体泄漏报警器的硬件设计。本仪器主要由MSP430F135处理器、4CO-500一氧化碳传感器组成的一氧化碳采集及信号处理模块、SIM900A GSM短信模块、LED及蜂鸣器组成的报警模块、LCD显示模块、按键组成的用户交互模块、电源模块、充电模块组成。传感器经信号调理、A/D转换成相对应的气体浓度，并在LCD1602上实时显示。用户通过按键组成的用户交互模块设置CO报警阀值及GSM短信报警模块的手机号码，当CO浓度高于CO报警阀值时，LED闪烁，蜂鸣器发出报警声，同时GSM模块向设定的手机上发送警报信息。硬件结构设计合理、能满足系统的功能要求。 第四

41、章 便携式CO气体泄漏报警器软件设计4.1 仪器程序主流程图系统程序主流程图如图11所示。首先进行系统初始化：设置系统的工作频率、初始化LCD以来显示电池电量和CO浓度、初始化ADC以来转换CO浓度和电池电量、初始化定时器及其中断以模拟多任务来完成多项工作。设置四种定时器分别为：50ms：每隔50ms扫描按键及时响应用户的输入；100ms：开启ADC，采样CO设置计算CO浓度标志；250ms：LCD刷新频率；1000ms：采样电池电量，设置LCD电池电量刷新标志。 在main中不断进行循环，判断各种标志，如果计算标志设置了，计算CO的浓度，如果浓度高于设定的CO安全阀值，控制报警模块进行报警并

42、发送报警短信到设定的手机上；如果CO浓度刷新标志设置了，在LCD显示新的CO浓度；如果电池电量刷新标志设置了，计算电池电量，将新的电池电量显示在LCD上，如果电池电量低于最低工作电压，进行电池电量过低报警，提醒用户更换。 图11 软件流程图（1） 定时中断程序如下所示：#pragma vector = TIMERA0_VECTOR_interrupt void Timer_A(void) TickCount+; /*-100ms-*/ if(TickCount % 2) = 0) ADC12CTL0 &= ENC; ADC12CTL0 |= 0x0030; ADC12CTL0 |= E

43、NC; gas.SystemStatusFlag |= Second_Fit_Flag; unsigned int Temp = 0; if(Start=1) if(gas.LastPPMValue<=Biaovalue) Temp=0; else Temp = gas.LastPPMValue-Biaovalue; if(Temp>=CO_alarm_int) GSM(); if(TickCount%4=0) ALARM_LED_ON(); BEEP_ON(); ZhenDong(); else ALARM_LED_OFF(); BEEP_OFF(); ZhenDong_OFF(

44、); /*-250ms-*/ if(TickCount % 5) = 0) double BT_Temp=(double)tempbattery; unsigned BT = 0; if(BatteryStart=1) if(tempbattery!=4095) BT_Temp = (BT_Temp/(biaobattery+1)*100; BT = (int)BT_Temp; if(BT<=BT_alarm_int) if(TickCount%10=0) BT_LED_ON(); BEEP_ON(); else BT_LED_OFF(); BEEP_OFF(); /*-1000ms-*

45、/ if(TickCount % 20) = 0) gas.SystemStatusFlag |= Battey_Refresh_Flag; if(TickCount>=10000) TickCount=0; _BIS_SR(LPM3_EXIT); （2）主程序如下所示：/*/ 主程序/*void main(void) unsigned int i = 0; unsigned char LastPPMCount = 0; unsigned int LastPPM10; unsigned int Battery10; unsigned char BatteryCount = 0; Syst

46、em_Init(); /系统初始化 LCD_init(); /液晶参数初始化设置 LCD_clear(); /清屏 GlobalValue_Init(); /全局变量初始化，从Flash读出 _EINT(); /开全局中断使能 LCD_clear(); /仪器开始工作 LCD_write_str(0,0,"CO ALARM"); delay_ms(2000); LCD_clear(); Display_battey(3); Display_unti(); while(1) Read_Key();/是否有按键按下 if(gas.SystemStatusFlag & Second_Fit_Flag) SecondaryFiltering();/进行滤波片 ADC12CTL0 |= ADC12SC;/开启AD转化 gas.SystemStatusFlag &= Second_Fit_Flag; continue; if(gas.SystemStatusFlag & Display_Refresh_Flag) gas.