基于低功耗单片机MSP430的新型一氧化碳报警器设计

我国每年都发生多起室内一氧化碳中毒死亡事故，其他各种室内一氧化碳中毒事故也频繁发生，一氧化碳已成为危害人们身体健康的一大杀手。

少量一氧化碳中毒的症状并不明显，很多人开始以为自己得了感冒，但长期如此，就会造成积蓄性的中毒，出现头晕、乏力、恶心等症状。因此，针对目前的实际需要，设计了超低功耗、高可靠性、高适应性、高灵敏性、低成本性的一氧化碳报警器。该报警器的核心部分由性能优越的MSP430F147和高灵敏性的电化学传感器NT-C0-6D构成。

1硬件系统设计

1．1 电化学传感器NT-Co一6D

报警器选择了电化学气体传感器NT-C0-6D，他采用了3个多孔性电极进行一氧化碳浓度的测量，有效地防止了电解液的泄漏。该传感器具有反应时间短(<30 s)、探测范围宽(O～1 000 ppm)以及使用寿命长等特点，完全满足工业现场以及家庭生活的需要。利用该传感器，可做出灵敏度高、稳定性好、使用范围广、工作寿命较长等优良特性的报警器。

1．2 MSP430F147微控制器

报警器选择MSP430F147作为控制器，其共有5种低功耗工作模式(LPM0～LPM4)和1个激活模式(AM)，本系统选用其中的4种低功耗模式LPM0，LPM2，LPM3和LPM4进行工作。其中对MSP430F147的功耗控制是通过系统交替工作于高、低速2种时钟和通过软件设置其不同工作模式来完成，在电源电压为3．O V时，各种模式和其工作电流分别为AM：340 μA；LPM0：70μA；LPM2：17 μA；LPM3：2μA；LPM4：O．1 μA。任何低功耗的模式都可以由任何的中断唤醒，从而回到激活模式，且转换时间低于6 μs。利用MSP430F147的高集成度，可与电源管理电路、时钟电路、外部存储器、复位电路和反馈电路等联合使用。

1．3 ICL7663管理电路

报警器选择了ICL7663管理电路作为电源管理控制系统，其静态工作电流只有10μA，输入电压范围为1．5～16 V，输出电压范围为1．3～16 V，由于他的功耗极低，非常适合该报警器的要求。硬件电路如图1所示。

1．4 时钟电路简介

本系统配置2个外部时钟源，一个为低速的辅助时钟(ACLK)，一个为高速的主时钟(MCLK)，其中ACLK时钟源搭配的是32．768 Hz的手表晶振，他可以为报警器提供稳定的时间基准，还可以降低微控制器的功耗，而为MCLK时钟源配置4 MHz的晶振，采用此电路作为微控制器的外部时钟源部分。

1．5 X25045外部存储器和复位电路简介

参照报警器的功能要求，选用X25045作为报警器的外部存储器和复位电路。X25045将E2PROM、看门狗定时器、电压监控3种功能组合在单个芯片内，集成度高，大大简化了电路设计，缩小了报警器的整体体积，降低了功耗和成本；而且还可以拓展看门狗定时器的功能--可根据不同的要求，对其进行不同的定时没置，而当报警器系统出现故障时，利用其中的复位功能，可慢报警器恢复正常工作，提高了报警器的稳定性。

1．6 D-AB反馈电路简介

为了尽可能地完善报警器的功能，保障其工作状态，设计D-AB电路作为报警器的反馈控制电路部分，其可以分为信号选择分配系统D和浓度反馈控制系统B 3部分，其中D系统主要由脉冲发生器构成，A，B系统共用一个双二一四译码器74LS139，以便进行相应反馈调节。该反馈电路原理简单、元件数目很少、且都是集成器件、体积小、功耗极低、稳定性高、成本低。

整个硬件系统的原理如图2所示。

2软件系统设计

一氧化碳传感器将所测得的浓度数据ω传送到微处理器，并将其和设定值β1，β2，β3相比较：当ω<β1时，输出数据"00"，表示一切正常；当β1<ω<β2时，输出数据"01"，表示有少量气体，打开通风设备；当β2<ω<β3时，输出数据"10"，进行通风的卜司时报警；当ω>β3时，输出数据"1l"，通风同时进行紧急报警处理。程序流程图如图3所示。

3工作原理简介

报警器采用自报模式，当空气中的一氧化碳浓度数据没有明显变化时处于低功耗模式，此时主时钟(MCLK)以及内部的数字整荡器(DC)均不工作，微控制器仪由低速辅助时钟(ACLK)驱动，系统功耗很低。

当一氧化碳浓度发生改变时，由一氧化碳传感器输出一个具有一定宽度的浓度脉冲信号。此信号作为外部中断，唤醒处于低功牦模式的微控制器，在6μs内微控制器恢复到激活工作状态，给处于断电状态的电路和反馈系统供电。然后，微控制器将检测到的浓度信号进行处理，并将相应反馈控制信号传送到反馈系统。进入反馈系统后，经过信号选择分配系统D，将微处理器处理后的数据通过信号脉冲发生器转换成对应的控制脉冲传送到对应的反馈系统A或B中，A系统在相应脉冲的控制下，调整微处理器进入不同的低功耗模式，并使微处理器自动调整到与之相对应的浓度标值；B系统在相应脉冲的的控制下，进行反馈调节，如开通其通风设备，进行报警以及报警的等级，之后进入低功耗摸式，等待下次数据输入。

当微控制器由内部定时中断唤醒后，控制报警器对一氧化碳浓度进行检测，若发现有改变量时，将对应的数据传送到反馈系统，而后转入低功耗模式工作。

4 特点简介

本报警器不仅继承了以往的各种报警器的功能和优点，还对一些方面的功能进行了提高和改进。

(1)低功耗性。报警器内的各组成部分均由低功耗元器件构成，在报警器未工作时，MSP430F147微控制器处于低功耗模式，而其他耗电器件均处于断路状态，实现了最大可能的低功耗。

(2)高可靠性。报警器内的器件均尽可能地采用集成器件，且对个部分的电路进行了优化，并采用无线电源，降低了传输过程中的风险；报警器的复位电路和维修功能、定时检测功能，使报警器的可靠性大为提高。

(3)高灵敏性。报警器选用高灵敏性、高精度的电化学传感器NT-CO一6D，工作模式转换时间低于6μs的MSP430F147微控制器，高速高效的时钟电路，设计周全的反馈系统，均使得报警器的灵敏性更好。

(4)低成本性。报警器在保证性能的前提下，尽可能地选用价格低廉的元器件，并尽可能的优化精简电路，使其性价比尽可能的降低，以最大限度地拓宽使用者范围。

5 结 语

本报警器采用超低功耗的单片机和性能稳定、选择性好的电化学传感器，结合了以往报警器的优点。经验证，能有效地完成报警任务。