带应急照明功能的烟雾感知报警电路设计

　　摘要：本系统采用MSP430单片机作为主控核心，应用成熟的光电检测电路来监测烟雾，应急照明采用市电检测和光电检测并用的方法。与以前的分立系统相比这套系统布线简化，可靠性高，并且降低了成本，产品也更加智能化。

　　关键词：MSP430;烟雾监测;光控检测

　　烟雾报警器一般由烟雾传感器和烟雾探测芯片组成。应急照明灯一般都由一套充放电电路，连接在室内电源上。在建筑物内，它们都需要单独布线，这样既浪费资源又影响美观。如果有种产品既能实现应急照明功能，又可兼顾烟雾感知报警，那么问题就迎刃而解了，如图1所示。

　　1 系统设计

　　由于系统主要实现的是应急照明和烟雾报警这两方面的功能，所以可以把系统分成几个主要的部分分别设计，以下是系统组成框图。以MSP430单片机作为整个电路的核心控制单元，通过它控制其他模块来完成各种操作。电源电路采用集成三端稳压器，不仅要完成给蓄电池充电，还有满足系统正常运行。系统许多模块都很容易比较成熟的应用实例，这里不再复述，下面重点介绍几个重要模块的设计。

　　2 中央处理单元

　　本文选择MSP430单片机为核心器件。MSP430系列单片机是TI公司推出的16位超低功耗的混合数字信号处理器，它针对实际应用需求，把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上。MSP430是基于精简指令集(RISC)结构的16位单片机，使用8MHz晶振工作时，指令速度可达8MIPS。MSP430单片机的电源采用1.8～3.6V低电压，RAM数据保持方式下耗电仅为0.1μA，I/O输入端口的漏电流最大仅50nA。

　　MSP430有正常工作模式(AM)和5种低功耗工作模式(LPM0～LPM4)。当电源电压为3V时，各种模式的工作电流分别为AM：340μA，LPM0：70μA，LPM2：17μA，LPM3：2μA，LPM4：0.1μA，单片机可以方便地在各种工作模式之间切换。MSP430的超低功耗使其在报警系统、便携式设备等对供电要求非常苛刻的应用中表现出优良的特性。MSP430系列单片机结合了TI公司高性能的模拟技术，各成员都集成了较丰富的片内外设(视不同型号而定)，这些外设包括多通道高精度的ADC和DAC、片内模拟比较器、多个具有PWM功能的定时器、片内USART、硬件乘法器、液晶驱动器、看门狗定时器(WDT)、片内数控振荡器(DCO)、大量的I/O端口以及大容量的片内存储器等，单片可以满足绝大多数的应用需要。MSP430的高集成度使应用人员不必在各种外设上花太多的精力，便可以方便地设计出真正意义上的单片系统。

　　3 烟雾探测电路

　　本系统主要是通过烟雾监测电路和光控电路采集外部环境信号，再通过中央处理单元进行分析并判断系统工作模式。所以烟雾监测电路和光控电路作为系统前端是非常重要的。图2是烟雾报警电路的电路图。

　　D1和D2被置于光电感应室(俗称：迷宫)中，二者之间有障碍，D1发射的红外线不能直接被D2接收，当有烟雾进入迷宫时，红外线经烟雾折射后被D2接收，继而转化成电信号，以此检测烟雾的存在。单片机每隔一段时间由I/O端口P1.6输出高、低电平，控制D1发射红外线和停止发射，以探测烟雾。传感器间歇性地工作，便于降低功耗。集成运放的电源由单片机经P1.5提供。同样，只有在传感器工作时，运放才相应地对接收信号作放大处理，避免连续工作以降低功耗。信号经放大后通过单片机的P1.4引脚进入MSP430片内A/D转换器，避免了设计独立的A/D转换电路，既降低了功耗，同时也提高了系统的可靠性。P1.4作为ADC的输入通道A7。

　　4 应急灯检测电路

　　该电路由两部分组成，一个是市电检测电路，另一个是光控检测电路。只有同时满足这两个条件时，中央处理单元才会给外围控制电路发出信号点亮应急灯(见图3)。这部分电路不仅要有硬件电路，同时还需要软件辅助。

　　电阻R9和LED灯接在整流滤波电路之后，其主要作用是：当市电正常工作时，LED正常发光(可做电源指示灯判断市电是否正常)。此时无论其工作场所的光线强弱与否，光敏电阻Rg均呈低阻状态，三极管截止，给单片机的P1.3口送高电平，通过内部程序控制使应急灯灯不亮。

　　当市电断开，我们可以通过LED指示灯熄灭来判断。但是如果工作场所光线较强时，光敏电阻Rg仍旧呈低阻状态，控制电路使应急灯不亮。但是当市电断开且工作场所光线较弱时，光敏电阻Rg将呈高阻态。此时三极管导通，给单片机的P1.3口送低电平，通过内部控制程序点亮应急灯。