基于MSP430的室内煤气天然气报警系统设计毕业论文.doc

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1、室内煤气与天然气泄漏报警装置学生姓名： 学生学号： 指导教师： 所在学院： 信息技术学院专业班级： 电子信息工程信息技术学院课 程 设 计 任 务 书 信息技术学 院 电子信息工程 专业 10 级，学号 姓名 一、课程设计课题：室内煤气与天然气泄漏报警装置二、课程设计工作日自 年 月 日至 年 月 日三、课程设计进行地点： 四、 程设计任务要求： (详细内容见课程设计文档)1.课题来源:教师下发2.目的意义:1、培养理论联系实际的正确思想，训练综合应用已经学过的理论知识和生产实际知识去综合解决工程实际问题的能力。2、学习较复杂电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、数字电路等知识解决电子信息方

2、面常见实际问题的能力，由有学生自行设计和调试。3、进行基本技能和技术训练，如掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用绘图软件和仿真软件等。3.基本要求:1、能够通过相应的气体传感器实时检测室内的煤气、天然气信息，具有显示功能；2、当煤气和天然气浓度高于设定界限值时自动报警（声光报警），提醒用户燃气泄漏；3、设计键盘，能够输入界限浓度值；4、主要单元电路和元器件参数选择；5、用绘图软件画出总体电路图；6、提交格式符合要求，内容完整的设计报告。课程设计评审表指导教师评语：成绩： 签字： 日期： 摘 要随着天然气的大量使用,每一座居民大楼都被天然气所“笼罩”。天然气的普及给公共生活带来了方便,减少了城

3、市的污染,提高了生活质量和效率,但是同时,天然气也是潜在的“危险品”,一旦发生大面积泄漏,处置不及时就可能引发大爆炸,给居民的生命财产安全带来巨大的威胁。面对燃气泄漏而造成的种种事故威胁，我们需要一个解决办法。使用天然气报警器是对付燃气无形杀手的重要手段之一。本论文以半导体气敏传感器和单片机技术为核心设计的气体报警器可实现声光报警功能，是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的气体报警器，具有一定的实用价值。其中选用MQ-2传感器实现对气体的检测，具有灵敏度高、响应快、抗干扰能力强等优点，而且价格低廉，使用寿命长。经msp430单片机处理，并对处理后的数据进行分析，是否大于或等于某

4、个预设值(也就是报警限)，如果大于则会自动启动报警电路发出报警声音，反之则为正常状态，而且在此设计中我们通过DS18B20温度传感器和msp430单片机进行连接，将温度信号转换成单片机可识别的数字信号，经过单片机处理并对其进行分析，最终将温度还有气体的浓度显示1602液晶显示器中。关键词: MQ-2传感器 报警器 msp430单片机 温度传感器 ABSTRACTWith the wide use of natural gas, each residential towers were enveloped by the gas. The popularity of natural gas to

5、public life brought convenient, reduce the citys pollution and improve the life quality and efficiency, but at the same time, natural gas is also potential dangerous, once produce large leak, disposal not timely could trigger, the big bang to peoples life and property safety brought great threat. Fa

6、cing the gas leak all kinds of accidents caused by threats, we need a solution. Use of natural gas alarm is deal with gas invisible killer one of the important means. This papers to the semiconductor gas sensors and single chip microcomputer as the core design can realize the gas alarm sound-light a

7、larm functions, is a kind of simple structure, stable performance, easy to use, inexpensive and intelligent gas alarm, has certain practical value. Among them we choose MQ-2 of gas detection sensor, it has a high sensitivity, fast response, strong anti-jamming capability etc, and the price is low, s

8、ervice life long. by msp430 for processing the data and analysis, whether is equal to or greater than the a default value (that is, the alarm limit), if beyond the limit than it will automatically start alarm circuit warning voice, otherwise conversely for normal state. In this design, we connected

9、DS18B20 temperature sensor and the msp430 micr- ocontroller ,it turns the temperature signals into the digital signal which the microcontroller can identify. Finally the temperature of gas will be displayed on the LED display tube.Keywords ：MQ-2 gas sensor alarm msp430 single chip microcomputer temp

10、erature sensor目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 MSP430单片机概述11.2 MSP430的特点121.3课题研究的主要内容31.3.1研究内容31.3.2论文安排32 系统总体方案设计42.1控制系统的原理图42.2 气体传感器的选型42.2.1 气体传感器介绍52.2.2 气体传感器的选定62.3 MSP430F149单片机72.3.1 MSP430F149的组成72.3.2 MSP430F149的特点72.3.3 MSP430F149的定时器及转换模块82.4 半导体气敏传感器92.4.1 半导体的基本介绍92.4.2 半导体的分类92.4.3 半导体气

11、敏传感器的原理92.4.4 MQ-2的相关参数102.4.5结构，外形123 硬件部分143.1 硬件电路图143.2 电源及复位模块153.3 键盘输入模块173.4报警模块183.4.1 功率放大器LM386183.4.2 LM386内部原理193.5 显示模块213.5.1 LCD1602 基本参数及引脚功能224 软件部分264.1 最小系统设计264.2 键盘输入模块274.4显示模块294.5 报警模块32总 结33参考文献34附 录35 1 绪论本章简要介绍单片机技术在工业上生活中的主要应用，MSP430单片机的概述及特点，以及课题研究的主要内容及论文安排。 1.1 MSP430

12、单片机概述MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器（Mixed Signal Processor）。称之为混合信号处理器，主要是其针对实际应用需求，把许多模拟电路，数字电路和微处理器集成在一个芯片上。德州仪器1996年到2000年初，先后推出了31X、32X、33X等几个系列，这些系列具有LCD驱动模块，对提高系统的集成度较有利。每一系列有ROM型（C）、OTP型（P）、和 EPROM型（E）等芯片。EPROM 型的价格昂贵，运行环境温度范围窄，主要用于样机开发。这也表明了这几个系列的开发模式，即：用户可以用 EPROM 型开发样机

13、；用OTP型进行小批量生产；而ROM型适应大批量生产的产品。2000年推出了11X/11X1系列。这个系列采用20脚封装，内存容量、片上功能和I/O引脚数比较少，但是价格比较低廉。这个时期的MSP430已经显露出了它的特低功耗等的一系列技术特点，但也有不尽如人意之处。它的许多重要特性如：片内串行通信接口、硬件乘法器、足够的I/O引脚等，只有33x系列才具备。33x系列价格较高，比较适合于较为复杂的应用系统。当用户设计需要更多考虑成本时，33x并不一定是最适合的。而片内高精度A/D转换器又只有32x系列才有。2000年7月推出了F13x/F14x系列，在2001年7月到2002年又相继推出F41

14、x、F43x、F44x。这些全部是 Flash 型单片机。F41x系列单片机有48个I/O口，96段LCD驱动。F43x、F44x系列是在13x、14x的基础上，增加了液晶驱动器，将驱动LCD的段数由3xx系列的最多120段增加到160段。并且相应地调整了显示存储器在存储区内的地址,为以后的发展拓展了空间。MSP430系列的部分产品具有Flash存储器，在系统设计、开发调试及实际应用上都表现出较明显的优点。TI公司推出具有Flash 型存储器及JTAG边界扫描技术的廉价开发工具MSP-FET430X110，将国际上先进的JTAG技术和Flash在线编程技术引入MSP430。这种以Flash 技

15、术与FET开发工具组合的开发方式，具有方便、廉价、实用等优点，给用户提供了一个较为理想的样机开发方式。2001年TI公司又公布了BOOTSTRAP LOADER技术，利用它可在烧断熔丝以后只要几根线就可更改并运行内部的程序。这为系统软件的升级提供了又一方便的手段。BOOTSTRAP具有很高的保密性，口令可达到32个字节的长度。TI公司在2002年底和2003年期间又陆续推出了F15x和F16x系列的产品。在这一新的系列中，有了两个方面的发展。一是从存储器方面来说，将 RAM 容量大大增加，如F1611的RAM容量增加到了10KB。二是从外围模块来说，增加了I2C、DMA、DAC12 和SVS等

16、模块13。2 系统总体方案设计本章主要介绍系统的原理图以及测量原理，然后介绍本设计的核心部件MSP430F149单片机和MQ-2气敏传感器。2.1 控制系统的原理图本设计的控制系统主要包括五部分：采集模块，键盘输入模块，电源及复位模块，报警模块，显示模块，具体结构如图2-1所示。图2-1 控制系统原理图2.2 气体传感器的选型气体传感器属于气敏传感器，是气-电变换器，它将可燃性气体在空气中的含量(即浓度)转化成电压或者电流信号，通过A/D转换电路，将模拟量转换成数字量后送到单片机，进而由单片机完成数据处理、浓度处理及报警控制等工作。气体传感器作为燃气泄漏报警器的信号采集部分，是仪表的核心组成部

17、分之一。由此可见，气体传感器的选型是非常重要的。2.2.1 气体传感器介绍1.气体传感器的分类 半导气体传感器这种类型的传感器在气体传感器中约占60%，根据其机理分为电导型和非电导型，电导型中又分为表面型和容积控制型.固体电解质气体传感器 固体电解质气体传感器固体电解质气体传感器使用固体电解质气敏材料做气敏元件。其原理是气敏材料在通过气体时产生离子，从而形成电动势，测量电动势从而测量气体浓度。由于这种传感器电导率高，灵敏度和选择性好，得到了广泛的应用，几乎打入了石化、环保、矿业等各个领域，仅次于金属氧化物半导体气体传感器。如测量H2S的YST-Au-WO3、测量NH3的NH+4CaCO3等。

18、开发新的气体传感器，特别是开发和完善智能气体传感系统，使之可以在气体泄漏事故中起到报警、检测、识别、智能决策等方面的作用。大大提高气体泄漏事故处置的工作效率和安全性，对于控制事故损失具有重要的作用。接触烧式气体传感器接触燃烧式气体传感器 可分为直接接触燃烧式和催化接触燃烧式两种。其工作原理是：气敏材料在通电状态下，可燃性气体氧化燃烧或在催化剂作用下氧化燃烧，产生的热量使电热丝升温，从而使其电阻值发生变化，测量电阻变化从而测量气体浓度。这种传感器只能测量可燃气体，对不燃性气体不敏感。例如，在Pt丝上涂敷活性催化剂Rh和Pd等制成的传感器，具有广谱特性，即可以检测各种可燃气体。接触燃烧式气体传感器

19、在环境温度下非常稳定，并能对爆炸下限的绝大多数可燃性气体进行检测，普遍应用于石油化工厂、造船厂、矿井隧道、浴室、厨房等处的可燃性气体的监测和报警。高分子气体传感器 国外在高分子气敏材料的研究和开发上有了很大的进展，高分子气敏材料由于具有易操作性、工艺简单、常温选择性好、价格低廉、易与微结构传感器和声表面波器件相结合等特点，在毒性气体和食品鲜度等方面的检测具有重要作用。高分子气体传感器根据气敏特性主要可分为下列几种：2.2.2 气体传感器的选定天燃气泄漏报警器主要应用在石油、化工、冶金、油库、液化气站、喷漆作业等易发生可燃气体泄漏的场所，根据报警器检测气体种类的要求，一般选用接触燃烧式气敏传感器

20、和半导体气敏传感器。使用接触燃烧式气敏传感器，其探头的阻缓及中毒,是不可避免的问题。阻缓是当在气体与空气的混合物中含有硫化氢等含硫物质的情况下，则有可能在无焰燃烧的同时，有些固态物质附着在催化元件表面，阻塞载体的微孔，从而引起响应缓慢反应滞缓，灵敏度降低。虽然将阻缓的传感器再放回新鲜空气环境中有得到某种程度的恢复的可能，但是如果长期暴露在这样的环境中，其灵敏度会不断下降，导致该传感器最终丧失检测烟雾的能力。中毒是如果环境空气中含有硅烷之类的物质时，则传感器将使催化元件产生不可逆转的中毒，以致灵敏度很快就丧失。当怀疑检测环境中存在这些物质时，经常对探头进行标定，是必须且有效的办法。 因此，经常对

21、传感器进行标定，是保证其准确性的必要的途径。一般连续使用两个月后应对传感器进行量程校准，这种经常性对传感器的维护，无形中加大了工作人员的工作量，同时增加了报警器的维护成本。 半导体气敏传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的气体传感器以及用单晶半导体器件制作的气体传感器，它具有灵敏度高，响应快、体积小、结构简单，使用方便、价格便宜等优点，因而得到广泛应用。半导体气敏传感器的性能主要看其灵敏度、选择性(抗干扰性)和稳定性(使用寿命)。 经过对比上述两种气敏传感器的应用特性，发现半导体气敏传感器的优点更加突出：灵敏度高、响应快、抗干扰性好、使用方便、价格便宜，且不会发生探头阻缓及中毒现象，

22、维护成本较低等。因此，本设计采用半导体气敏传感器作为报警器气体信息采集部分的核心。而在众多半导体气敏传感器中，本设计选用MQ-2型气敏传感器，这种型号的传感器具备一般半导体气敏传感器灵敏度高、响应快、抗干扰能力强、寿命长等优点。2.3 MSP430F149单片机本设计采用MSP430F149单片机作为核心部件。2.3.1 MSP430F149的组成l 基础时钟模块，包括一个数控振荡器(DCO)、一个高速晶体振荡器(最高8MHz)和一个低速晶体振荡器(32768Hz）。l 看门狗定时器Watch Timer，可用作通用定时器。l 带有3个捕获/比较寄存器的16位定时器Timer_A3。l 带有7

23、个捕获/比较寄存器的16位定时器Timer_B7。l 两个具有中断功能的8位并行端口;P1与P2。l 四个8位并行端口;P3、P4、P5与P6。l 模拟比较器compator_A。l 2位200kbps的A/D转换器ADC12，自带采样保持。l 两通道串行通信接口可用于异步或同步(USART0、USA1T1)。l 一个硬件乘法器。MSP430F149单片机管脚如图2-2所示：图2-2MSP430F149单片机管脚 2.4 半导体气敏传感器2.4.1 半导体的基本介绍半导体传感器是一种采用半导体气敏为主要使用材料的传感装置，它利用与其气体接触时使半导体的导电率等物理性质发生变化来检测待测气体的成

24、分和浓度。并且，它具有灵敏度高、响应时间和恢复时间快、使用寿命长及价格低等优点，成为世界上产量最大、使用最广的传感器之一。2.4.2 半导体的分类半导体气敏传感器有多种分类方法，主要一种是将其分为两类电导控制型气敏传感器和电压控制气敏传感器。其中电导控制型一般以金属氧化物半导体材料如SnO、ZnO、FeO系为基体，加入合适的催化金属和添加剂，采用烧结、厚膜或薄膜工艺制成。半导体气敏传感器包括硫化氢气敏传感器和一氧化碳气敏传感器两个敏感器件。硫化氢气敏传感器是采用MOS场效应晶体管结构,利用过渡金属作栅极的气敏元件,当空气中存在硫化氢时,场效应晶体管的开启电压发生变化,变化的幅度与硫化氢的浓度成

25、比例。一氧化碳气敏传感器是利用以二氧化锡为基体的铂锑二氧化锡敏感材料制成的表面电阻控制型敏感器件,当空气中有微量的一氧化碳存在时,器件的电阻急剧下降。该两种敏感器件灵敏度均10ppm;响应时间均0秒;感应时间均1秒。2.4.3 半导体气敏传感器的原理当半导体器件被加热到稳定状态时，气体接触半导体表面而被吸附，吸附的分子首先在表面自由扩散，失去运动能量，一部分分子被蒸发掉，另一部分残留分子产生热分解而固定在吸附处。当半导体的功函数小于吸附分子的电子亲和力时，则吸附分子将从器件夺得电子而变成负离子吸附，半导体表面呈现电荷层。具有负离子吸附倾向的气体，如O2和NON,等被称为氧化型气体或电子接收型气

26、体。如果半导体的功函数大于吸附分子的离解能，则吸附分子将向器件释放出电子，而形成正离子吸附。具有正离子吸附倾向的气体有H2、CO,碳氢化合物和醇类等，被称为还原型气体或电子供给型气体半导体气敏传感器的参数1）工作电压：5VDC2）静态功耗：15mW3）工作温度：10504）相对湿度：95%5）初期稳定时间：3min.6）检测浓度范围：02000ppm（一氧化碳）2.4.4 MQ-2的相关参数采用的MQ-2气体传感器，MQ-2气敏传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡。当传感器所处环境中存在可燃性气体时，传感器的电导率随空气中可燃性气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导

27、率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。（1） 灵敏度特性：图3.1传感器典型的灵敏度特性曲线注：图中纵坐标为传感器的电阻比（Rs/Ro），横坐标为气体浓度。Rs 表示传感器在不同浓度气体中的电阻值Ro 表示传感器在1000ppm不同气体中的电阻值（2）温/湿度的影响： 注：图中纵坐标是传感器的电阻比（Rs/Ro）。Rs表示在含1000ppm 甲烷、不同温/湿度下传感器的电阻值Ro表示在含1000ppm 甲烷、20/65%RH环境条件下传感器的电阻值图 3.2 传感器典型的温度、湿度特性曲线表3.3 传感器的相关的参数（1） 规格：（2） A.标准工作条件符号参数名称技术条件备注Vc回路电

28、压24VDCVH加热电压5.0V0.2VACorDCRL负载电阻可调RH加热电阻313室温PH加热功耗900mW B. 环境条件符号参数名称技术条件备注Tao使用温度-1050Tas储存温度-2070R相对湿度小于95% RO2氧气浓度21%(标准条件)氧气浓度会影响灵敏度特性最小值大于 C. 灵敏度特性符号参数名称 技术参数 备注Rs敏感体表面电阻2K-20K(2000ppm C3H8 )适用范围： 5000-20000ppm天然气(R3000ppm/R1000ppm C3H8)浓度斜率0.6标准工作条件温度： 202 Vc:5.0V0.1V相对湿度： 65%5% VH: 5.0V0.1V预

29、热时间不少于48小时敏感体功耗（Ps）值：Ps=Vc2Rs/(Rs+RL)2 传感器电阻（Rs）值：Rs=(Vc/VRL-1)RL2.4.5 结构，外形MQ-2气敏元件的结构和外形如图4所示(结构A或 B), 由微型Al2O3陶瓷管、SnO2 敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有只针状管脚，其中个用于信号取出，个用于提供加热电流。部件材料1气体敏感层二氧化锡2电极金（Au）3测量电极引线铂（Pt）4加热器镍铬合金（Ni-Cr）5陶瓷管三氧化二铝6防爆网100目双层不锈钢（SUB316）7卡环镀镍铜材（Ni

30、-Cu）8基座胶木或尼龙9针状管脚镀镍铜材（Ni-Cu）图3.4图3.4 MQ-2/MQ-2S气敏元件的结构和外形MQ-2气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。此次的MQ-2传感器因为在protues的元器件库中无法找到，然后只能利用protel进行设计。元器件选择电源采用输入AC：220V 50Hz，输出DC：稳压5V的电源变压器；烟雾传感器MQ2；一个50K 的电位器；一个1 K 的电阻；一个三脚的开关；晶体管采用9013型号；继电器采用JRC4100F 5V的型号；通电指示灯采用3

31、.5V的淡绿发光二极管；风扇FAN为5V的单转向小型风扇。其原理图如下图3.5：图3.5 MQ-2原理图电路如图3.5所示， MQ2为烟雾传感器，FAN为5V电机。电路采用交流供电，220V交流市电从插头引入电路，经电源变压器降压后变为直流，直流电压直接供传感器MQ2的加热丝H-H工作，加热丝给传感器MQ2预热一定时间后，才能正常检测烟雾。 稳压电压同时供控制电路工作，接在继电器、通电指示灯和风扇上。当MQ2所处的环境烟雾在允许范围内时，其两端输出电极H-H间导电率很低，则加在电极间两端HH电压很低，则输出电压升高，晶体管9013导通，此时加在继电器JRC4100F两端的电压达到它的启动电压（

32、V），继电器跳转，通电指示灯熄灭；风扇FAN电路接通，风扇工作，开始吸收烟雾。风扇产生吸力将烟雾吸入装有活性炭过滤筛的壳体，先经过一层活性炭过滤后，再经过负离子发生器，从而除掉有害物质。过滤筛可以拆下来清理或更换，活性炭也可以更换。当烟雾逐渐减少，传感器MQ2导电率升高，加在电极间两端HH的电压升高，输出电压变小，晶体管9013截止，则继电器JRC4100F两端电压为零，继电器跳转为常态，风扇FAN停止转动，通电指示灯变亮。注：为了使到在烟敏器件电路发生故障的时候烟灰缸还能工作，我们另外接了一个手动的开关（如电路图中的开关K），这样，当电路发生故障的时候，我们可以手动的开启电机，一样能达到抽烟

33、过滤的功能。调试电路主要通过调试可变电阻 ，可以调节烟雾传感器的灵敏度，以获得满意的烟雾浓度风扇启动点。 3 硬件部分本章主要介绍硬件部分的各个模块，这些模块包括电源模块及复位模块，键盘输入模块，报警模块，显示模块。电源模块采用TI公司的TPS76033芯片，保证MSP430F149单片机的工作电压。复位模块采用MAX809芯片。键盘输入模块主要是用来输入数据，从而实现人机交互。报警模块采用LM386芯片，实现报警控制。显示模块采用LCD1602显示温度。3.1 硬件电路图单片机电路作为整个系统的核心控制部分，主要完成与其他电路的接口，从而获得数据进行处理，将处理的结果采用某种方式表现出来，比

34、如显示或报警。从单片机最小系统电路可以看出，单片机接口电路非常简单，分别采用单片机的一般I/O口实现与其他电路的连口，在单片机的时钟设计上与其他单片机有一定的区别，MSP430F149单片机采用两个时钟的输入，一个32kHz的时钟信号，一个8MHz的时钟信号。该系统的时钟部分是采用晶体振荡器实现的7。考虑到电源的输入纹波对单片机的影响，在电源的管理脚增加一个0.1uF的电容来实现滤波，以减小输入端受到的干扰。另外单片机还有模拟电源的输入端，因此在这里需要考虑干扰问题，在该系统中的干扰比较小，因此模拟地和数字地共地，模拟电源输入端增加一个滤波电容以减少干扰。单片机的最小系统如图3-1所示： 图3

35、-1 单片机最小系统电路3.2 电源及复位模块本模块采用TPS76033（低功耗 50mA 低压降 (LDO) 稳压器 ）芯片实现。电压电路：由于MSP430F149单片机的工作电压一般是1.8v3.6v,并且功率极低。为了方便起见，本系统采用电池（如2节普通5号电池）供电，因此输出电压为3V。而整个系统采用3.3V供电。考虑到硬件系统对电源要求具有稳压功能和纹波小等特点，另外也考虑到硬件系统的低功耗特点，因此该硬件系统的电源部分采用TI公司的TPS76033芯片实现，该芯片能很好的满足该硬件的系统的要求，另外该芯片具有很小的封装，因此能有效的节约PCB板的面积8。为了使输出电源的纹波小，在输

36、出部分用了一个2.2uF和0.1uF的电容，另外在芯片的输入端也放置一个0.1uF的滤波电容，减少输入端受到的干扰。电源电路具体如图3-3所示。图3-3 电源电路复位电路：在单片机系统里，单片机需要复位电路，复位电路可以采用RC复位电路，也可以采用复位芯片实现的复位电路，RC复位电路具有经济性，但可靠性不高，用复位芯片实现的复位电路具有很高的可靠性，因此为了保证复位电路的可靠性，该系统采用复位芯片实现的复位电路，该系统采用MAX809芯片1。为了减小电源的干扰，还需要在复位芯片的电源的输入端加一个0.1uF的电容来实现滤波，以减小输入端受到的干扰。复位电路如图3-4所示： 图3-4 复位电路3

37、.3 键盘输入模块键盘输入电路主要是用来输入数据，从而实现人机交互。该系统的键盘设计是采用扫描方式实现的矩阵键盘。该系统的键盘电路图如图3-5所示。图3-5 键盘输入电路该矩阵扫描键盘由行线和列线组成，P1.0、P1.1、P1.2、P1.3构成键盘的行线，P1.4、Pl.5、Pl.6和Pl.7构成键盘的列线。键盘的行线作为键盘的控制输出端，键盘的列线作为键盘的输入端。在设计时为了程序设计的方便性，键盘的列线采用的是Pl.4、Pl.5、P1.6 、Pl.7，这样可以利用该管脚的中断功能。这样在没有按键按下的情况下，该四个管脚的电平为高电平，如果有按键按下时，则相应的列线管脚为低电平，这时通过设置

38、Pl.4、Pl.5、P1.6、P1.7为低电平触发中断方式，低电平就触发中断而进入中断服务程序，从而获得输入的数据。键盘的工作原理具体如下:首先将P1.0、P1.1、P1.2、P1.3.设置为输出，将P1.4、P1.5、P1.6、P1.7设置为输入，并将P1.4、P1.5、P1.6、P1.7设置为低电平触发中断方式;将P1.3设置为低电平，如果该行上有按键按下的话，则P1.4、P1.5、P1.6或者P1.7上为低电平10，就会触发中断，进入中断服务程序，获得输入的数据。如果没有按键按下的话，则Pl.4、Pl.5、P1.6和P1.7上为高电平，不会进入中断服务程序。依次将P1.0、P1.1、P1

39、.2、P1.3设置为低电平来判断该行是否有输入，如果没有输入的话，P1.4、P1.5、P1.6、P1.7均为高电平，如果有输入的话，P1.4、P1.5、P1.6、P1.7上为低电平，就会触发中断，进入中断服务程序，获得输入数据。键盘的扫描时间很短，仅仅几微秒的时间，然而按键的时间一次至少需要几十毫秒，所以只要有按键按下的话是都可以被扫描到的。另外还要考虑键盘的抖动处理。3.4 报警模块该部分电路主要是驱动一个蜂鸣器，这样只需要将蜂鸣器的一端接地，另一端以单片机进行相接就可以了。而驱动该蜂鸣器需要LM386功率放大器。3.4.1 功率放大器LM386LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、

40、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器，广泛应用于录音机和收音机之中。LM386具有以下特性,LM386如图3-6所示：（1）静态功耗低，约为4mA,可用于电池供电。（2）工作电压范围宽，4-12v或5-18v。（3）外围元件少。（4）电压增益可调，20-200。（5）低失真度。图3-9报警电路由图3-9可知LM386的IN+(3)口与MSP430F149的P2.5端口通过一个100欧姆的电阻相连接，来完成相应的控制。3.5 显示模块系统的显示电路采用LCD液晶显示器显示，这样的方式能满足该系统的要求，也可很容易的完成。本设计采用的是LCD1602。3.5.

41、1 LCD1602 基本参数及引脚功能1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光厚，是否带背光在应用中并无差别。、1602LCD主要技术参数l 显示容量:162个字符l 芯片工作电压:4.55.5Vl 工作电流:2.0mA(5.0V)l 模块最佳工作电压:5.0Vl 字符尺寸:2.954.35(WH)mm图3-11为显示电路.通过图3-11看出，该显示电路直接与单片机的数据I/O口进行连接，VSS为电源地，VDD为电源正极，接5V电源，RS为数据命令选择，RW为读写命令选择，D0-D7用来接收数据，由于MSP430F149具有丰富的I/O口资源，

42、这样采用并行的接口方式非常容易，减小系统设计的复杂度，也可以增加系统的可靠性。P4.0-4.7是用来显示数据，分别与对应LCD1602的D0D7相连接，P2 .2、P2.3和P2.4是用来控制数码管的选通状态。P2.2与LCD1602的RS端相连接，用来控制数据命令，P2.3与RW相连接，用来控制读/写操作，P2.4与使能端E相连接。图3-11显示电路4 软件部分4.1 最小系统设计主程序流程图如图所示。首先要给传感器预热三分钟，因为MQ-2型半导体电阻式气体传感器在不通电存放一段时间后，再次通电时，传感器不能立即正常采集烟雾信息，需要一段时间预热。程序初始化结束后，系统进入监控状态。本论文的

43、主程序设计先对传感器预热三分钟，预热同时，对传感器加热丝故障检测，采用软件方式检测传感器加热丝或电缆线是否断线或者接触不良。如图4-1所示系统初始化程序开始采集传感器电压处理传感器电压判断天然气浓度是否超标发出声光报警图4-1主处理器流程图考虑到需要对设置数据进行读写，这样需要对FLASH进行操作，下面给出FLASH操作的函数。该函数的功能是将一个WOED类型的数据写入到FILASH里面。void FLASH_ww(int *pData int nValue)PCTL3=0xA500;/LOCK=0;PCTL1=0xA540;/WRT=1;*pData=nValue;该函数的功能是将一个BYT

44、E类型的数据写入到FLASH里面。void FLASH_wb(char *pData char nValue)PCTL3=0xA500;/LOCK=0;PCTL1=0xA540;/WRT=1;*pData=nValue;该函数的功能是将FLASH里而的内容擦除掉。void FLASH_cir(int *pData)PCTL1=0xA502;/ERASE=1;PCTL3=0Xa500;/LCOK=0;*pData=0;根据上而流程图给出简单的程序，下面的程序是简单化的处理，只是将得到的结果除以100获得整数部分，该程序忽略小数部分的处理，该程序也是假定上下限在0-100之间。以下为具体的程序。见附录2。4.2 键盘输入模块键盘输入电路主要是用来输入数据，从而实现人机交互。该系统的键盘设计是采用扫描方式实现的矩阵键盘。该矩阵扫描键盘由行线和列线组成，P1.0、P1.1、P1.2、P1.3构成键盘的行线，P1.4、P1.5、P1.6、P1.7构成键盘的列线。键盘的行线作为键盘的控制输出端，键盘的列线作为