引言

　　國現(xiàn)行的《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GB 50016-2006)未對住宅部分安裝火災自動報警系統(tǒng)有所規(guī)定。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有煙霧探測器容易失效、連接斷開或電池損壞，缺少電池欠壓檢測，存在誤報警的情況，工作極不穩(wěn)定。因此，本文設(shè)計了一款功耗低、可靠性高、實時性強的家用煙霧報警器。

　　1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

　　系統(tǒng)由主控芯片、煙霧檢測模塊、報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MSP430F2012，每隔8s進行一次煙霧檢測，通過F2012芯片I/O口輸出32768Hz信號驅(qū)動紅外發(fā)射部分發(fā)出紅外線，同時使用片內(nèi)10位ADC對經(jīng)過放大的紅外信號進行連續(xù)4次的數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換，取平均值作為檢測結(jié)果。同時將檢測結(jié)果與預設(shè)報警門限值進行比較，從而發(fā)送預警信息。同時還利用了430內(nèi)部低頻時鐘VLO準確定時，高頻時鐘DCO高速工作，在降低系統(tǒng)成本的同時提高了系統(tǒng)的可靠性。

　　2 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計

　　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。其特點如下：電源電壓采用1.8～3.6V的低電壓;超低功耗，活動模式(1MHz，2.2V時為200 μA)，待機模式(0.7μA)，掉電模式(RAM數(shù)據(jù)保持，0.1 μA);5種省電模式;從待機到喚醒不超過1μs;16位精簡指令集，指令周期125ns;帶有兩個捕獲/比較寄存器的16位定時器(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;零功耗BOR復位保護功能。本文采用Spy-Bi-Wire的JTAG調(diào)試接口，只需連接四根線，即可實現(xiàn)用仿真器在線編程調(diào)試程序。同時，MSP430F2012擁有2kB+256B的FLASH存儲器，128B的RAM，足夠系統(tǒng)代碼量的需求。

　　2.2 煙霧檢測模塊電路

　　煙霧檢測方式主要有離子感煙探測和光電感煙探測。離子感煙探測對電路和工藝要求高，探測器受濕度和氣流等影響大，維護費用高于制造費用。本文采用光電感煙探測方式，電路如圖2所示。采用特制的光學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)動紅外發(fā)射部分發(fā)射紅外線，若有煙霧進入光學迷宮，則產(chǎn)生光的散射，紅外接收二極管接收光信號后產(chǎn)生電流信號，經(jīng)運算放大器LM358轉(zhuǎn)換為電壓信號，送入主控芯片ADC模塊通道A3進行采樣轉(zhuǎn)換，當判斷迷宮內(nèi)出現(xiàn)煙霧后，主控芯片驅(qū)動壓電蜂鳴器發(fā)出煙霧報警聲音。

　　2.3 報警電路

　　系統(tǒng)報警電路采用RE46C100來驅(qū)動壓電蜂鳴器，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HRNEN為高電平時，壓電蜂鳴器產(chǎn)生自激振蕩而發(fā)出報警聲音。通過軟件設(shè)置Timer A不同的定時輸出，可使之發(fā)出煙霧檢測、電池欠壓兩種不同方式的報警信號。

　　2.4 電源電路

　　系統(tǒng)需要提供9v和3.3V兩個工作電壓，9V供給RE46C100，3.3V是單片機MSP430F2012的工作電壓，本電路選用穩(wěn)壓器TPS715333。

　　TPS71533是一款采用SC-70封裝的高輸入電壓LDO(低壓降)穩(wěn)壓器，其與微處理芯片MSP430F1232同屬于美國的TI公司。該穩(wěn)壓器的特點是：高輸入、低壓降、低功耗和小型封裝。芯片的輸入電壓范圍為2.5～24V，低壓降和低靜態(tài)電流(最大靜態(tài)電流為3.2 μA)使該芯片的功耗處于極低的水平，適用于電池供電的場合。

　　同時系統(tǒng)還實現(xiàn)了電池欠壓檢測，將電源電壓直接引入MSP430F2012 ADC模塊的輸入P1.2口，與程序中預先設(shè)定的閥值電壓進行比較，當電源電壓過低時，通過報警電路提醒用戶及時更換電池。