烟雾报警器和基于CC2541的蓝牙酒精传感器

1、学 号天津城建大学实习报告（生产实习）起止日期： 2015年6月29日 至 2015年7月24日学生姓名班级12电信2班成绩指导教师(签字)计算机与信息工程学院2015年 7 月 24 日1天津城建大学生产实习任务书20142015学年第2学期计算机与信息工程学院电子信息工程专业班级 12电信2班学号设计题目：基于CC2541的蓝牙酒精传感器 完成期限：自 2015 年 6 月 29 日至 2015 年 7 月 24 日共 4 周设计依据、要求及主要内容：一设计的目的1.进一步熟悉和掌握单片机系统设计和编程原理。2.掌握单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性、控制方法。3.通过设计，掌握以单片

2、机核心的电路设计的基本方法和技术。4.通过实际程序设计和调试，掌握模块化程序设计方法和调试技术。5.通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，了解开发单片机应用系统的全过程，为今后从事相应开发打下基础。二设计的基本要求1.认真认识设计的意义，掌握设计工作程序，学会使用工具书和技术参考资料，并培养科学的设计思想和良好的设计作风。2.提高模型建立和设计能力，学会应用相关设计资料进行设计计算的方法。3.提高独立分析、解决问题的能力，逐步增强实际应用训练。4.设计的说明书要求简洁、通顺，电路图内容完整、清楚、规范。三设计主要内容a) 设计实现功能用MSP430F149作为主控芯片，设计蓝牙酒精传感

3、器，实现功能：1.可利用传感器进行酒精检测，并将检测到的浓度显示在手机或LCD上。2.同时利用蜂鸣器报警，浓度越高，蜂鸣器报警频率越快。b) 原理图设计1.原理图设计要符合项目的工作原理，连线要正确。2.图中所使用的元器件要合理选用，电阻、电容等器件的参数要正确标明。3.原理图要完整，CPU、外围器件、外扩接口、输入/输出装置要一应俱全。c) 程序调计1.根据要求，将总体功能分解成若干个子功能模块，每个功能模块完成一个特定的功能。2.根据总体要求及分解的功能模块，确定各功能模块之间的关系，设计出完整的程序流程图。d) 程序调试1.编写相关程序，并进行仿真。2.将程序下载到单片机，进行运行调试。

4、e) 设计说明书1.原理图设计说明简要说明设计目的，原理图中所使用的元器件功能及在图中的作用，各器件的工作过程及顺序。2.程序设计说明对程序设计总体功能及结构进行说明，对各子模块的功能以及各子模块之间的关系作较详细的描述。3.画出工作原理图，程序流程图并给出相应的程序清单。指导教师（签字）： g 才风教研室主任（签字）： g批准日期： 2015 年 6 月 29 日目 录第一部分煤气报警器1第1章器件电路介绍11.1主要器件11.1.1MQ-K1 空气污染传感器11.1.2音乐芯片11.1.3集成电路 LM32411.2报警电路图2第2章焊接过程3第3章调试过程4第4章总结5第二部分单片机部分

5、6第1章总体设计方案61.1 基本方案及原理框图61.1.1 基本方案61.1.2 原理框图6第2章单元模块原理72.1 电路原理图72.2 单元电路的设计9第3章软件编写流程103.1 软件编写103.2 软件流程图10第4章调试过程114.1 蓝牙及AD程序11第5章结果分析125.1 调试结果12第6章总结13第一部分 煤气报警器第1章器件、电路介绍1.1主要器件煤气报警电路用到的器件有：空气污染传感器MQ-K1、音乐芯片、运算放大器LM324主要器件及电阻、电容、三极管、蜂鸣器、电位器等常用器件。1.1.1MQ-K1 空气污染传感器主要用于当传感器所处环境中存在污染气体，如氨气、硫化物

6、、苯系蒸汽，对烟雾和其它有害气体的进行监测，该传感器可检测多种有害气体。1.1.2音乐芯片音乐芯片外形和管脚说明如图1-1所示，触发音乐芯片工作，音乐芯片上电就由 2 脚输出音频信号（一般有 110 声、119 声、120 声）。图1-1 音乐芯片外形和管脚说明1.1.3集成电路 LM324LM324 是四运放集成电路，电路符号与管脚图如图1-2所示。它内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。11 脚接负电源，4 脚接正电源。图1-2 LM324 电路符号与管脚图1.2报警电路图“煤气泄漏检测器”电路原理图如图1-3所示：图 1-3 电路原理图电源指示灯电路：当电

7、路通电后，电源 VCC 通过 R9 给电容 C2 充电，当 C2 的正极（U1C 的 10 脚）电位高于 U1C 的 9 脚电位后，U1C 的 8 脚输出高电平，使三极管 Q4 导通，电源指示灯 LED1 点亮。有害气体检测、报警电路：当传感器 Y1 检测到有有害气体后 U1A 的 3 脚电压升高，当 3 脚电压高于 2 脚电压（RW1 可以调节电路检测的灵敏度） ，U1A 的 1 脚输出高电平，经过 U1B 跟随器，使 Q1 导通，使语音芯片 U2 得电，其 2 脚输出信号，该信号经 Q2、Q3 组成的达林顿管放大及三脚电感 L1提升电压，使蜂鸣片 Y2 发出报警声。第2章 焊接过程焊接是根

8、据原理图、分清器件、电路板的分析等步骤，焊接顺序先低后高。对于电阻，通过色环法辨认电阻阻值进行焊接。表2.1 元器件清单序号参数代号封装/备注数量11KR2、R3、R7、R12424.7R6134.7KR51410R11510KR4、R8、R10361MR917470R1118220K片上电阻（音乐芯片）19104C1、C321010UFC4111100UFC21128050Q1、Q3、Q43139014Q2114100K电位器RW1115发光二极管LED1116三脚电感L1117煤气传感器MQ-K1Y1没有底座118蜂鸣片（大）Y2119LM324U112014脚底座U1的IC座121音乐芯

9、片U2122接9V直流电J1123二极管4007D0124电路板125外壳1第3章 调试过程经过多次的调试，最后发现音乐芯片是坏的，通过更换芯片解决问题。通过用万用表将LM324的2脚和11脚的电压值调到2.2伏左右，即阈值电压。上电预热2分钟，指示灯变亮，当3脚和11脚之间的电压值超过阈值电压时蜂鸣片会发出报警声。图3-1 实物焊接图在烟雾报警器的LM324运算放大器的3脚和11脚分别焊接两根引线分别接stc12c5a60s2的P1.7 脚和GND管脚相接。然后通过单片机的A/D转换，测得浓度的值，然后在1602液晶上显示出来，如图3-2所示。图3-2液晶显示第4章 总结 通过四个星期的学习

10、，我觉得自己在以下几个方面与有收获： 一、对电子工艺的理论有了初步的系统了解。我们了解到了焊接普通元件与电路元件的技巧、焊接的基本方法、电烙铁的使用、万用表工作原理与组成元件的作用等。这些知识不仅在课堂上有效，对以后的电子工艺课的学习有很大的指导意义，在日常生活中更是有着现实意义。 二、对自己的动手能力是个很大的锻炼。实践出真知，纵观古今，所有发明创造无一不是在实践中得到检验的。没有足够的动手能力，就奢谈在未来的科研尤其是实验研究中有所成就。在实习中，我锻炼了自己动手技巧，提高了自己解决问题的能力。比如做万用表组装与调试时，好几个焊盘的间距特别小，稍不留神，就焊在一起了，有的甚至将元件装错，但

11、是我还是完成了焊接。 三、对自己的专业的发展的方向有了更深的了解。电子信息工程这个专业和我们生活秘密联系，而且在各个行也都有用，比如在安防、建筑、城市规划等。这也提醒我自己多掌握一门知识的重要性，自己可以更好的把握就业的方向。第二部分 单片机部分第1章 总体设计方案1.1 基本方案及原理框图1.1.1 基本方案 总体设计方案分为五大部分组成，分别是电源、酒精传感器、微处理器、蓝牙及手机接收终端。 原理框图如下图4-1 所示。电源采用3.3V 供电，微处理器、传感器，蓝牙供电。传感器用MQ-3探头，将检测的酒精浓度转变为电信号，送给微处理器处理。蓝牙4.0将处理的结果发送给手机终端。电源采用LM

12、1117-3.3V 5V转3.3V供电，微处理器采用TI公司的msp430f149,具有低功耗，内部资源丰富等优点。传感器采用MQ-3酒精传感器，具有价格低廉，原理简单，将检测的酒精浓度转变为电信号，送给微处理器处理。蓝牙4.0是将处理的结果发送给手机终端，建立微处理器与手机的连接。1.1.2 原理框图图 4-1 蓝牙酒精传感器原理框图第2章 单元模块原理2.1 电路原理图 总体电路图按照系统框图分为四部分，分别为msp430f149最小系统电路图，如图4-2所示，MQ-3 电路图如图4-3所示，蓝牙4.0电路图和电源电路图分别为图4-4、4-5所示。图 4-2 msp430f149最小系统电

13、路图图4-3 蓝牙4.0 电路图图4-4 MQ-3酒精传感器电路图图4-5 电源电路2.2 单元电路的设计 最小系统的电路由晶振电路，电源电路及复位电路组成，构成了该系统的微处理器电路，设计参考了TI公司的MSP430系列的数据手册。MSP430是德州公司新开发的一类具有 16位总线的带 FLASH 的单片机,由于其性价比和集成度高,受到广大技术开发人员的青睐.它采用 16位的总线,外设和内存统一编址,寻址范围可达64K,还可以外扩展存储器.具有统一的中断管理,具有丰富的片上外围模块,片内有精密硬件乘法器、两个 16位定时器、一个 14路的 12位的模数转换器、一个看门狗、6路 P口、两路 U

14、SART通信端口、一个比较器、一个 DCO内部振荡器和两个外部时钟,支持 8M 的时钟.由于为 FLASH型,则可以在线对单片机进行调试和下载,且 JTAG口直接和 FET(FLASH EMULATION TOOL)的相连,不须另外的仿真工具,方便实用,而且,可以在超低功耗模式下工作,对环境和人体的辐射小,测量结果为 100mw左右的功耗(电流为 14mA左右),可靠性能好,加强电干扰运行不受影响，适应工业级的运行环境,适合与做手柄之类的自动控制的设备. BLE-CC41-A蓝牙模块采用TI公司的CC2541芯片，配置256KB空间，遵循V4.0BLE蓝牙规范。支持AT指令，用户可根据需要更改

15、串口波特率、设备名称、配对密码等参数，使用灵活。 由上图原理图可以分析，当传感器检测到被测气体时，比较器LM393管脚2点的电压值，跟传感器检测到气体的浓度成正比，当浓度值超过电位器RP设定的阀值时，比较器2脚的点位高于3脚的点位，这个时候，比较器1脚输出低电平，LED灯亮，R3为LED灯限流电阻，C1为滤波电容。传感器输出低电平，反之，当没有信号的时候，传感器输出高电平，等于电源电压。如果选择AOUT，模拟量输出，那样就不用管电位器了，直接将AOUT脚接AD转换的输入端或者，带有AD功能的单片机。对于电源电路采用了线性稳压芯片LM1117-3.3V，具有稳压性好，价格低廉，体积小的优点，第3

16、章 软件编写流程3.1 软件编写 F14X系列的软件结构也针对低功耗而设计。如从休眠模式唤醒MCU仅需6US。其中断和子程序调用无层次限制，这种强大的中断能力减少了系统查询的需要，可以方便地设计出中断结构的数据采集程序。软件将通过精密放大器来的传感器信号进行AD转换，并把转换后的数字量进行一定处理，找出浓度信号平稳后的最大值，再通过蓝牙发送到手机。并且根据不同的要求，可键盘设置酒精浓度的阀值。该仪器软件程序主要使用C语言编写，采用了模块化结构程序设计方法。包括主程序、中断子程序等。系统在开机或复位后，首先进行初始化，自检，然后进入中断等待状态。中断子程序包括AD转换子程序、数据处理、预设阀值、

17、显示、报警。3.2 软件流程图图5-1 程序流程图第4章 调试过程4.1 蓝牙及AD程序void main() WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; /关闭看门狗 P3DIR|=(rs|rw|e); /液晶控制口设置 P6DIR|=BLK; P6OUT|=BLK; /点亮液晶背光灯 P6SEL=0x01; /将P6.0口设置为模拟信号输入通道 ADC12CTL0=SHT0_15|ADC12ON; /低八个通道采样周期为1024个ADC时钟 ADC12CTL1=SHP; /采用脉冲采样方式 ADC12IE=0x0001; ADC12CTL0|=ENC; /使能ADC12 lcd_init(

18、); /液晶初始化 ADC12CTL0|=ADC12SC; /触发ADC12 _EINT(); /使能全局中断 LPM3; /进入LPM3低功耗模式#pragma vector=ADC12_VECTOR_interrupt void ADC12_ISR() tempi+=ADC12MEM0; if(i=10) for(i=0;i<10;i+)ave+=tempi; ave/=10; /进行10次采样求平均 volt_display(); /电压显示 i=0; ave=0; ADC12IFG=0; /清除ADC中断标志位 ADC12CTL0|=ADC12SC; /再次触发ADC12void main(void) WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; /关闭看门狗 U0MCTL=0x4a; /配置波特率为9600 U0ME|=(URXE0|UT