0 引言
近年來，全球每年發生火災600～700萬起，其中住宅火災約占80%以上。根據2003-2006年期間的一份統計報告《美國家庭火災煙霧報警器》發現：每1000場報道的火災中，如果有煙霧報警器和濕式噴頭存在，火災導致的死亡率就能降低84%。國外對家庭火災報警系統的安裝早已開始推廣并實行，并有許多國家以相應的法律法規嚴格規定執行。而我國現行的《建筑設計防火規范》(GB 50016-2006)未對住宅部分安裝火災自動報警系統有所規定。通過調研發現，現有煙霧探測器容易失效、連接斷開或電池損壞，缺少電池欠壓檢測，存在誤報警的情況，工作極不穩定。因此，本文設計了一款功耗低、可靠性高、實時性強的家用煙霧報警器。
1 系統總體設計方案
系統由主控芯片、煙霧檢測模塊、報警模塊和電源模塊四部分組成。主控芯片采用16位超低功耗單片機MSP430F2012，每隔8s進行一次煙霧檢測，通過F2012芯片I/O口輸出32768Hz信號驅動紅外發射部分發出紅外線，同時使用片內10位ADC對經過放大的紅外信號進行連續4次的數據采集轉換，取平均值作為檢測結果。同時將檢測結果與預設報警門限值進行比較，從而發送預警信息。同時還利用了430內部低頻時鐘VLO準確定時，高頻時鐘DCO高速工作，在降低系統成本的同時提高了系統的可靠性。
2 系統硬件電路的設計
2.1 主控芯片MSP430F2012
MSP430F2012是TI公司新推出的一款高性能16位微控制器。其特點如下：電源電壓采用1.8～3.6V的低電壓;超低功耗，活動模式(1MHz，2.2V時為200 μA)，待機模式(0.7μA)，掉電模式(RAM數據保持，0.1 μA);5種省電模式;從待機到喚醒不超過1μs;16位精簡指令集，指令周期125ns;帶有兩個捕獲/比較寄存器的16位定時器(TIMERA);A/D轉換器;10位200-ksps，通用串行接口USI;支持SPI和I2C;程序代碼熔絲保護;零功耗BOR復位保護功能。本文采用Spy-Bi-Wire的JTAG調試接口，只需連接四根線，即可實現用仿真器在線編程調試程序。同時，MSP430F2012擁有2kB+256B的FLASH存儲器，128B的RAM，足夠系統代碼量的需求。
2.2 煙霧檢測模塊電路
煙霧檢測方式主要有離子感煙探測和光電感煙探測。離子感煙探測對電路和工藝要求高，探測器受濕度和氣流等影響大，維護費用高于制造費用。本文采用光電感煙探測方式，電路如圖2所示。采用特制的光學迷宮作為煙霧接收裝置，內裝有紅外發射二極管(IRdiode)和紅外接收二極管(IR receiver)，主控芯片MSP430F2012的P2.7口定期驅動紅外發射部分發射紅外線，若有煙霧進入光學迷宮，則產生光的散射，紅外接收二極管接收光信號后產生電流信號，經運算放大器LM358轉換為電壓信號，送入主控芯片ADC模塊通道A3進行采樣轉換，當判斷迷宮內出現煙霧后，主控芯片驅動壓電蜂鳴器發出煙霧報警聲音。
2.3 報警電路
系統報警電路采用RE46C100來驅動壓電蜂鳴器，該芯片電壓工作范圍寬(6～16V)，低功耗(空閑電流小于100nA)，采用9V電池供電。該芯片使能端HRNEN與MSP430的P2.6口連接，當HRNEN為高電平時，壓電蜂鳴器產生自激振蕩而發出報警聲音。通過軟件設置Timer A不同的定時輸出，可使之發出煙霧檢測、電池欠壓兩種不同方式的報警信號。
