MSP430F149的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

摘要：以單片機(jī)MSP430F149 為主控芯片，設(shè)計(jì)出一款高精度、高集成度、超低功耗的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。以環(huán)境溫度、煙霧濃度作為判斷火災(zāi)的依據(jù)，完成了對火災(zāi)的預(yù)警。主要由單片機(jī)控制模塊、時(shí)鐘模塊、煙霧濃度測量模塊、DS18B20 溫度測量模塊、聲光報(bào)警模塊、1602液晶顯示模塊和電源構(gòu)成。并且該系統(tǒng)以MSP430F149 為下位機(jī)，完成數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理以及對現(xiàn)場裝置的控制，以 PC 機(jī)為上位機(jī)，完成各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和對單片機(jī)的控制。設(shè)計(jì)的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)具有較高的可靠性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確度高，對不同類型的火災(zāi)都具有較高的靈敏度，達(dá)到了降低誤報(bào)率的目的。

　　引言

　　火災(zāi)嚴(yán)重威脅著人類的生命財(cái)產(chǎn)安全，每年我國由火災(zāi)引起的災(zāi)難數(shù)不勝數(shù)，然而，準(zhǔn)確、及時(shí)的對火災(zāi)進(jìn)行預(yù)測已成為迫在眉睫的事情。目前，火災(zāi)探測技術(shù)是預(yù)防火災(zāi)發(fā)生的最有效的手段，根據(jù)火災(zāi)發(fā)生初期的跡象來判斷并進(jìn)行預(yù)測，從而使人們在第一時(shí)間對這些跡象進(jìn)行處理，有效的減少了火災(zāi)的發(fā)生。

　　普通可燃物燃燒的表現(xiàn)形式是：首先產(chǎn)生燃燒氣體和煙霧，在氧氣供應(yīng)充足的條件下才能達(dá)到完全燃燒，產(chǎn)生火焰并發(fā)出一些可見光與不可見光，同時(shí)釋放大量的熱，使得環(huán)境溫度升高。普通可燃物由初起陰燃階段開始，到火焰燃燒、火勢漸大，最終釀成火災(zāi)的起火過程。在該系統(tǒng)中我們以環(huán)境溫度、煙霧濃度作為判斷火災(zāi)的依據(jù)。

　　傳統(tǒng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)有結(jié)構(gòu)簡單、準(zhǔn)確度低、存在誤報(bào)和漏報(bào)等問題，針對智能建筑中火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)這些問題，本文設(shè)計(jì)了基于MSP430F149 的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有較高的可靠性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確度高。

　　1 硬件電路設(shè)計(jì)

　　該系統(tǒng)以單片機(jī)MSP430F149 為核心，以環(huán)境溫度、煙霧濃度作為判斷火災(zāi)的依據(jù)，完成了對火災(zāi)的預(yù)警。主要由單片機(jī)控制模塊、時(shí)鐘模塊、煙霧濃度測量模塊、DS18B20 溫度測量模塊、聲光報(bào)警模塊、1602 液晶顯示模塊和電源構(gòu)成。

　　圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

　　1.1 單片機(jī)微處理器

　　MSP430F149 是一種16 位的單片機(jī)，它具有集成度高，外圍設(shè)備豐富、超低功耗等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。內(nèi)部集成有8 路12 位A/D 轉(zhuǎn)換器、片內(nèi)看門狗定時(shí)器、一個(gè)硬件乘法器以及48 個(gè)I/O 引腳。

　　1.2 溫度測量模塊

　　設(shè)計(jì)中采用支持“一線總線”接口、抗干擾性強(qiáng)、外部電路簡單、精確度高的DS18B20溫度傳感器對溫度的實(shí)時(shí)測量。其中，DS18B20 管腳2 即DQ 接在MSP430F149 的P2.0 管腳，如圖所示。

　　圖2 溫度測量

　　1.3 聲光報(bào)警模塊

　　蜂鳴器在微處理器判斷為火災(zāi)時(shí)發(fā)出報(bào)警指示音。由于單片機(jī)的I/O 口驅(qū)動(dòng)能力有限，選用PNP型晶體管2N5401 組成晶體管驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)壓電式蜂鳴器。

　　圖3 聲光報(bào)警模塊圖

　　 1.4 1602液晶顯示模塊

　　在液晶模塊上顯示時(shí)間、測量溫度、煙霧濃度等參數(shù)，以便我們更加方便的讀出目前溫度值、煙霧濃度值。

　　圖4 1602 液晶顯示模塊圖

　　1.5 串口通信模塊

　　本設(shè)計(jì)采用 MSP430F149 作為下位機(jī)，PC 機(jī)作為上位機(jī)，通過RS-232 將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C 機(jī)上，我們可以更加方便的監(jiān)測各個(gè)測量參數(shù)。電路圖如下：

　　圖5 串口通信電路

　　1.6 時(shí)鐘模塊

　　DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31 字節(jié)靜態(tài)RAM 通過簡單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路提供秒、分、時(shí)、日、日期、月、年的信息每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整時(shí)鐘操作可通過AM/PM 指示決定采用24 或12 小時(shí)格式。DS1302 與單片機(jī)之間能簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信僅需用到三個(gè)口線RES 復(fù)位、I/O 數(shù)據(jù)線、SCLK 串行時(shí)鐘。

　　圖6 時(shí)鐘電路

　　1.7 煙霧濃度測量模塊

　　本系統(tǒng)決定采用NIS-09C型離煙霧探測器，它是NEMOTO 公司專為檢測煙霧而精心設(shè)計(jì)的新型探測器。內(nèi)部使用了微量的放射性物質(zhì)镅241，傳感器本身被金屬制電極所覆蓋，放射性物質(zhì)不會(huì)泄露。NIS-09C 屬于低功耗、靈敏度高的探測器，適用于火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中。

　　2 軟件電路設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)軟件流程圖

　　上電后首先對單片機(jī)、1602 和DS1302 進(jìn)行初始化，初始化完成后，對溫度和煙霧濃度進(jìn)行測量，將測量值與設(shè)定值進(jìn)行比較，如果超出設(shè)定范圍，則進(jìn)行報(bào)警，如果未超出，則在液晶上顯示時(shí)間、溫度值和煙霧濃度值。

　　圖7 主程序流程圖

　　2.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

　　上位機(jī)界面采用VC 進(jìn)行編程，主要是對所有節(jié)點(diǎn)的所有溫度、煙霧濃度傳感器所檢測的值進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，以及對上下限值的設(shè)置和超過設(shè)定值時(shí)發(fā)出報(bào)警。這樣工作人員不需到井下也可以監(jiān)測到各個(gè)區(qū)域現(xiàn)在的情況。這樣能夠?qū)崟r(shí)的、安全的、可靠的得知溫度和煙霧濃度，提前做好防范工作。

　　3 結(jié)論

　　火災(zāi)是一種在時(shí)間和空間上失去控制的燃燒所造成的災(zāi)害，由此引發(fā)的重大安全事故比比皆是，對人類生命財(cái)產(chǎn)和社會(huì)安全構(gòu)成了極大的威脅。由此可見，對火災(zāi)進(jìn)行準(zhǔn)確、及時(shí)、有效地報(bào)警顯得愈來愈重要，這是防火減災(zāi)的重要研究課題之一。

　　該系統(tǒng)提高對火災(zāi)探測的快速性、準(zhǔn)確性和對環(huán)境的適應(yīng)能力，有效降低火災(zāi)誤報(bào)的概率，提高了靈敏度和整個(gè)系統(tǒng)的智能化程度。