1. 设计目标

利用430单片机制作一个能够检测烟雾浓度的探测器。

2. 实现功能

●显示烟雾的浓度；

●当烟雾的浓度达到报警浓度时自动报警；

●可以外部按键控制关闭报警。

3. 设计思路

烟雾浓度探测器能够检测环境中的烟雾浓度，当烟雾浓度达到一定时进行报警。电路的基本组成部分包括电源电路、气体传感器电路、电压转换电路、单片机工作电路、按键电路、显示屏电路、报警电路。

传感器电路检测空气中的烟雾浓度，将浓度信息转化为模拟电压信号，由单片机接收后，转化为数字信号，并进行计算分析，得出烟雾浓度数据。可以设定一个浓度值，当单片机检测到的烟雾浓度大于预定值时，单片机将会驱动报警电路；液晶显示屏实时显示出当前的浓度信息。

4. 系统组成

主要分为以下几个部分：

●电源电路：提供5V的电压，并由稳压芯片转换3.3V供单片机使用；

●传感器模块：采集烟雾浓度信号，提供模拟电压输出；

●单片机电路：处理信号，驱动显示屏和蜂鸣器；

●显示屏电路：显示浓度信息；

●按键电路：控制报警的关闭；

●报警电路：当烟雾浓度大于预定值时进行报警。

整个系统方案的模块框图如下图1所示：

图1 系统模块框图

5. 模块应用

5.1 MSP430G2553单片机

MSP430G2553单片机是一款超低功耗，价格便宜的器件，拥有16K的FLASH存储器，自带多个AD采集通道，可以直接接收处理模拟电压信号。

这种单片机内部已经集成有晶体振荡器，所有不需要额外接晶振和驱动电路。如下图2所示。

图2 MSP430G2553单片机

5.2 传感器模块

MQ-2气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中导电率较低的二氧化锡。当传感器所处的环境中存在烟雾或可燃气体时，传感器的电导率随空气中的待检测浓度的增大而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转化为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-2气体传感器对液化气、氢气的灵敏度高，对天然气和其他可燃蒸汽都有理想的检测效果。图3为气体传感器模块的实物图：

图3 MQ-2气体传感器模块实物图

它的加热电压为5V，模拟电压输出为0～5V，浓度越高输出电压也会越高；同时这个模块还拥有一个TTL输出，通过可调电阻器控制，当输出电压达到一定阈值时，通过电压比较器会使TTL输出产生高低电平的变化。

如图4所示，即MQ-2烟雾检测模块的电路图：

图4 MQ-2气体传感器模块电路原理图

5.3 电源模块

使用5V直流稳压电源，同时添加稳压芯片将5V的电压转换为3.3V供430单片机使用。电源模块电路图5如下所示:

图5 电源模块电路图

5.4 报警模块

由一个蜂鸣器组成，当单片机的IO口输出脉冲信号时，蜂鸣器受控制发出报警声。蜂鸣器报警电路如下图6所示：

图6 报警模块电路图

5.5 按键模块

由一个按键开关组成，当开关按下时，单片机收到信号，控制程序作出反应。按键模块的电路图如下图7所示。

图7 按键开关电路图

5.6 显示屏模块

LCD12864带中文字库图像点阵式液晶显示器，可配合其他单片机完成中文汉字、英文字符和图像显示，可构成中文人机交互图形界面，模块具有功耗低、显示内容丰富等特点而应用广泛。它是利用液晶经过处理后改变光线的传播方向，以电流刺激液晶分子产生点、线、面并配合背光灯构成画面。其分辨率为128*64，内置2M位中文字型ROM，含8192个汉字，以及16K位半宽字型ROM，可显示8*4行16*16点阵的汉字。显示屏模块的电路如下图8所示：

图8 LCD12864显示屏电路

6. 原理图设计

总的电路原理图如下图9所示：

图9 基于MSP430单片机的烟雾探测器

7. 器件物料

根据总电路图，汇总的电子器件消耗如下图10所示：

图10 使用的电子元器件

8. 程序设计

程序需要解决的问题是检测传感器的信号，对信号进行AD转换，驱动显示屏工作，控制蜂鸣器进行报警等。程序流程图如下图11所示。

图11 程序流程图