MSP430低功耗无线烟雾报警系统

MSP430低功耗无线烟雾报警系统摘要：

烟雾检测报警装置是能够检测环境中的烟雾浓度并具有报警功能的仪器。该

报警装置是石油化工业、有毒气体泄漏可能的生产工厂及家庭防火防爆必备的仪器。目前我国已有许多城市铺设了煤气管道，使用人口约达二亿人，煤气发生基

地及中转站也达几千家。如果这些家用燃气和煤气基地机中转站的报警率按10%

计算，烟雾检测报警器的需求量就达2000万台以上。随着全社会对防火防爆及

人生安全的重视程度的提高，这个数字会继续增长。近年来，农村的沼气使用也

得到了极大的发展。到2020年，全国的沼气池数量也达到千万级别以上，随着

全社会对防火防爆及人身安全的重视程度的提高，这个数字会继续增长。可见烟

雾报警具有十分广阔的市场前景。我们利用低功耗单片机MSP430将烟雾传感器MQ-2的模拟电信号转换成数字信号，一旦检测到异常化学气体超标便通过GSM网

络将警报信息以短信或电话的形式告知远方的用户，系统反应迅速并且成本低廉。

关键词：烟雾报警；无线传输；成本低廉

1、设计背景及意义

随着社会节奏加快，住宅往往处于长期无人的状态，全国每年因居住场所无

人而引发的火灾逐年增多，造成了巨大的财产损失。大部分火灾的发生是由于在

火灾初期没有及时采取应急防火措施，如果能够有效检测异常火苗或者气体并及

时报警采取措施，就能大大降低火灾对人类的威胁。烟雾传感器是一种典型的火

灾监测传感器，它能够将空气中异常气体的浓度或者火焰光强度转化成电信号。

传统的烟雾报警器只能够在检测到火灾的情况下发出警报声响，传播距离短，功

耗大有很大的局限性。

在1963年5月，日本开发完成第一台接触燃烧式家用燃气泄漏报警器，次

年其改良产品问世，改良的报警器可以检测燃气、一氧化碳，可以安装在浴室或

者采用集中监视。

我国在70年代初就开始研制烟雾报警器，生产的型号多样、品类较齐全。但主要是在引进国外先进技术的基础上，进行研究与开发。本文主要希望设计出一种符合现代社会要求，并且更加智能化，节能的远程无线智能烟雾报警系统。

为此我们设计了低功耗烟雾报警系统，能使外出的人及时收到家中的报警信息。该系统由24 V直流电源供电，使用低功耗单片机MSP430F5529搭载灵敏度高、可靠性好、价格低廉的烟雾传感器MQ-2实现烟雾监测，并通过GSM模块SIM900A对报警信息进行无线远距离传输。经测试，系统能够在7～10 s内将警报通知到用户，这对减少火灾引起的损失起到了十分关键的作用。

2、项目研究内容

烟雾报警系统主要基于低功耗单片机msp430f5529，搭载烟雾传感器MQ-2、GSM通信模块SIM900A、按键控制模块、led显示模块、模数转换电路、烟雾信号采集电路、液晶显示模块，单片机控制电路组成。

2.1主控电路部分

整个系统并不需要实现非常复杂的逻辑算法，因此选择超低功耗的单片机MSP430F5529，该MCU内部有一颗16位的RISCCPU，此外还集成了4个16位定时器和1个高性能的12位模数转换器，可以用来采集 MQ-2 输出的模拟信号量。为了方便人机交互，本系统使用了一款102 × 64像素的LCD显示屏来显示一些必要的系统信息，它与MCU通过SPI总线进行通信，支持使用PWM来调节液晶的背光亮度。

2.2电路主要元件

烟雾传感器MQ-2检测火场信息。

GSM模块将信息传输给手机。

LCD模块将火场信息显示在屏幕上。

按键模块增加人机交互功能，控制系统运作周期。

电源模块负责整个系统的电力供应。

2.3系统软件部分

MCU一上电默认开启看门狗，为了测试方便，主程序中首先将看门狗关闭，接着配置系统时钟至24 MHz，设置好外部中断并打开全局中断，初始化液晶显示屏，打开背光灯，调整好对比度。最后将MSP430的串行通信接口USCI 配置成UART模式，波特率为9600b/s，禁止奇偶校验，8位数据格式，1位停止位，发送和接收低位优先。通过串口发送ATI指令，SIM900A如果工作正常会返回设备信息和“OK”。

当MCU板与SIM900A通信板的通信串口使用杜邦线连接好后，给整个系统接上24 V直流电压，系统迅速上电启动。SIM900A上电会自动搜寻网络，这个过程需要消耗一段时间。当系统成功运行起来后，GSM模块的LED灯以1 PPS的速度闪烁，液晶显示屏上打印出了相应的启动信息。另外，若要烟雾传感器的数据稳定，需要20 s左右的预热时间。为了模拟火灾情形，使用打火机释放微量的混合烷烃气体并逐渐靠近MQ-2传感器，传感器迅速发出了警报，在测试中，7～10s后手机收到了火灾警报的短信。

3、器件安装与调试

3.1检测元件

根据我们项目的要求，提前购买项目中所需要的所有电路元器件，所需的MSP430f5529核心板、主控电路、蜂鸣器、按键控制、电源、MQ-2传感器、

SIM900A等器件均需要一一检查其好坏，用万用表检测我们购买的电阻是否合乎设计要求。

3.2电路焊接检测

将自己画好的PCB电路文件送到PCB制作厂家进行制作，完成后还需拿到实验室反复检查，防止电源接地或者某些引脚存在虚焊、漏焊的情况。

参考文献：

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【2】张友德 . 单片微型机原理、应用与实验【M】. 上海 : 2005

【3】胡乾斌，李光斌，李玲等。单片微型计算机原理与应用【M】.武汉：华中科技大学出版社， 2004.

【4】周航慈单片机应用程序设计技术【M】.北京航空航天大学出版社2011,2-1

“宿州学院省级大学生创新创业训练计划项目资助”项目编号：

S202110379051