基于MSP430单片机的便携式CO检测仪的设计

　　1 引言

　　一氧化碳(CO)俗称煤气，在通常状况下是无色、无味、无臭、无刺激性的有毒气体。CO极易与血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，使血红蛋白丧失携氧的能力和作用，造成组织窒息。当空气中 CO浓度超过 0.05%即可引起中毒，若达到 12.5%时遇明火可发生爆燃。居家生活中，由于各种原因导致室内CO 浓度过高，而引起的煤气中毒、煤气爆炸事故时有发生。正因如此，我们设计了一种基于单片机 MSP430F149 的 CO 实时监测报警仪器。

　　2 系统设计

　　根据小型化、实时监测等要求，系统以 MSP430F149 系列单片机为核心控制器，利用其内部集成的 12 位 AD 转换器及其外围电路完成对 CO 传感器的控制和数据转换以及声光报警。该仪器的总体设计框架图如图 1 所示。

　　整个系统的流程是：首先通过 CO 传感器采集现场的数据，CO 传感器输出的数据经过运算放大电路转换成单片机所需要的 0- 3.3 V模拟电压信号，单片机通过自身的 8 路 12 位　　A/D 转换器将采集到的瓦斯浓度数据进行转换。数据转换完成后，利用 LCD显示当前现场的 CO浓度。并且把得到的转换数据与其利用键盘输入的 CO报警电压值进行比较，若实际采集到的电压值大于设置的预警电压值时，由单片机控制报警电路进行声光报警。

　　3 硬件设计

　　3.1 单片机接口电路设计

　　本设计选择美国德州仪器公司(TI)推出的 16 位超低功耗的混合信号控制器 MSP430F149 作为微控制器，它集成了多种功能模块：具有 8 路 12 位 200 ksps 的 A/D 转换器，自带采样保持;6 个 8 位并行端口 P1～P6，能实现输入 / 输出功能和外围模块功能;硬件乘法器;60kb FLASH ROM和 2kb RAM;3个捕获 / 比较寄存器的 16 位定时器 Time- A，Timer- B;两通道串行通道接口可用于异步或同步(UART/SPI 模式)。

　　单片机 MSP430F149 是系统的核心控制器，图 2 所示是单片机外围接口电路。本设计是一个实时采集系统，因此为了保证系统的实时性，故采用其外部时钟。本系统中接的是 8M的外部晶振，这样可以大大提高系统的转化效率，以更好地保证实时性。

3.2 传感器接口电路设计

　　传感器接口电路的主要功能是配合 CO 传感器工作并进行信号的放大，输出到 430 进行 AD转换，如图 3 所示。

　　当 CO 气体扩散到传感器 CO/CF1000 的工作电极表面，在电极与电解液之间发生氧化还原反应，从而产生与 CO浓度对应的微弱电流。TI 公司的低噪声、高精度的放大器 OPA228组成电流电压转换放大电路，传感器的弱电流信号经过放大后转换为合适的电压 (0- 3.3V) 信号，此电压信号通过MSP430F149 内置的 12bitA/D 转换器转换为数字信号，进行进一步的处理。