便携式气体报警仪的设计

李瑞福

（辽宁石化职业技术学院自动化系，锦州 121001）

便携式气体报警仪的设计

李瑞福

（辽宁石化职业技术学院自动化系，锦州 121001）

针对一氧化碳事故多发的现状，本文设计了以一氧化碳为被测气体，基于MSP430F135控制器的便携式气体报警仪，该报警仪不但具有体积小，携带方便，同时具有振动、光及声音为一体的报警功能，能够实时监测一氧化碳浓度，若其浓度超过报警上限值时，会立即启动振动、闪光及蜂鸣三位一体的报警功能，具有推广应用价值。

一氧化碳；气体报警仪；MSP430

0 引言

本文所设计的是一个简单实用的便携式一氧化碳浓度检测报警仪。设计优点在于： （1）成本低廉，功耗低，性能稳定耐用，并能对一氧化碳浓度准确探测并报警 ；（2）该报警仪方便简捷，无需专业人员操作就能对一氧化碳气体进行监测，避免中毒事故的发生。该产品的核心部件是TI公司的MSP430F135主控制器及智能红外气体传感器MH-740A。其低功耗和便携性会使其具有较强的市场竞争力。

1 系统总体设计

一氧化碳气体报警仪采用单片机主控模块MSP430F135，普通段式LED显示模块，红外气体传感器MH-740A，TC1047温度传感器，声光振动报警方式，设置2个按健。该报警仪的组成有电源、报警控制、显示、数据采集与处理等。采集的数据是一氧化碳浓度，因而选择红外气体传感器MH-740A来测量浓度，为了系统的稳定工作，需要采集现场的温度对该测量值进行补偿，所以还应选择温度传感器检测现场温度。该报警仪系统框图如图1所示。

2 硬件系统设计

（1）主控制器

该系统的主控制器是TI公司的MSP430F135单片机，16KB+256B的闪速存储器及512B的RAM，存储容量大，共64个引脚。内部带12位A/D转换芯片，避免了过多的I/O口，缩小了体积，也降低了成本。 该芯片具有处理能力强、运算速度快、超低功耗的特点。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的时钟条件下运行时，芯片的最低电流在165μA左右，此外具有独特的时钟系统设计，在MSP430系列中有两个不同的时钟系统：基本时钟系统、锁频环（FLL和FLL+）时钟系统和DCO数字振荡器时钟系统。可以只使用一个晶体振荡器（32768Hz），也可以使用两个晶体振荡器。并且这些时钟可以在指令的控制下，打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。由于系统运行时开启的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有着显著的不同。在系统中共有一种活动模式（AM）和五种低功耗模式（LPM0～LPM4）。在实时时钟模式下，可达2.5μA，在RAM保持模式下，最低可达0.1μA。

测得的浓度通过A/D转换送到单片机中，如果超过了报警值就启动报警程序。

（2）传感器

智能红外气体传感器MH-740A利用非色散红外原理，进行被测气体的测量，具有较高的灵敏度，功耗很低，具有快速的响应恢复特性，稳定性高，，抗干扰能力强，具有较强的选择性，对氧气没有依赖，输出0～2.5V的标准电压信号，体积小巧，使用寿命长。

（3）显示电路

TI公司的MSP430F135单片机，内部集成了LCD控制器，能直接驱动段码液晶。该硬件连接的驱动方式采用2MUX驱动方式。I/O口与LCD采用直接连接式，不需要外接上拉电阻。R选择1MΩ。液晶显示器（LCD）具有重量轻、体积小、能耗低、外形薄、较低的工作电压、显示信息量大和无辐射等优点。

（4）报警电路

声音报警电路如图3所示。单片机输出数字信号，经转换后送到三极管，蜂鸣器两端会产生交变的电流信号，压电陶瓷片就会形变，从而产生声音报警信号。

图1 报警仪系统框图Fig.1 System chart of the alarming

图2 MSP430单片机与LCD公共端连接电路Fig.2 Circuit of MSP430 singlechip and LCD common port

图3 声音报警电路Fig.3 Sound alarm circuit

光报警电路如图4所示。采用一个发光二极，通过电路与单片机的一个I/O口相连接，通过软件变换该管脚的高低电平和延时等实现光报警。

振动报警电路如图5所示。采用一个马达，通过单片机I/O口输出高电平会使马达转动，从而引起马达上偏心轮的转动，从而引起有规律的振动，达到提示振动报警的目的。

图4 光报警电路Fig.4 Light alarm circuit

图5 振动报警电路Fig.5 Vibration alarm circuit

图6 系统主程序流程Fig.6 System main program

3 软件设计

系统主程序流程如图6所示

主程序包括系统上电，A/D初始化；液晶初始化，自检程序；浓度温度的采集与处理；显示；报警。以上的功能分别由主程序、气体信号测量子程序、数字滤波算法子程序、按健中断程序、显示子程序及声、光、振动报警三个子程序。

4 结论

本文设计的便携式一氧化碳气体报警仪，功能简单实用，经试运行，性能稳定，灵敏度高，携带方便，功耗低，应用前景非常广泛，有着较高的实用价值，可以在实际中推广应用，该产品如果能够推广，一定能有效避免因各种原因导致的一氧化碳中毒事故的发生。

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A Design of Portable Gas Alarming

LI Rui-fu
(Dept, ofAutomation, Liaoning Petro-chemical Vocational Technical College, Jinzhou, 121001, china)

In this paper, a portable gas alarming is designed in case of the current situation of carbon monoxide accident, which uses carbon monoxide as the measured gas and MSP430F135 as its controller. The alarm instrument not only has the advantages of small size and portability, but also has the alarming functions of vibration, light and sound as a whole. It can monitor the concentration of carbon monoxide in real time. It will turn on the alarming functions of vibration, light and sound, when the concentration exceeds the alarm limit. It deserves to be popularized and applied

Carbon monoxide; Gas alarming; MSP430

10.19335/j.cnki.2095-6649.2016.12.009

:LI Rui-fu. A Design of Portable Gas Alarming[J]. The Journal of New Industrialization, 2016, 6(12) : 49-52.

李瑞福（1964-），男，副教授、硕士研究生，研究方向为嵌入式技术

本文引用格式：李瑞福.便携式气体报警仪的设计[J]. 新型工业化，2016，6（12）：49-52.