基于MSP430暖水瓶防墜報警器

黃夢妍，聶 玉

四川理工學院

基于MSP430暖水瓶防墜報警器

黃夢妍，聶 玉

四川理工學院

本文針對因暖水瓶脫落而造成的燙傷事件層出不窮，設(shè)計了一款人性化、智能化的暖水瓶防墜報警器。本系統(tǒng)采用TI公司生產(chǎn)的超低功耗單片機MSP430作為主控芯片，能極大的降低控制部分的能源消耗量；主要功能就是在暖水瓶底部將要脫落時，報警模塊報警使得水瓶使用者提前做好預(yù)防準備。是暖水瓶功能更加完善，更加智能化、人性化和節(jié)能化。

MSP430；超低功耗；智能暖水瓶

一、暖水瓶防墜報警器系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)采用MSP430芯片作為主控芯片，MSP430是TI公司生產(chǎn)的一個16位超低功耗MCU，具有豐富的片上外圍模塊，非常符合當下節(jié)能的要求；本暖水瓶防墜報警器，通過HC－SR04模塊作為距離感應(yīng)器，使其探測暖水瓶底座和水瓶的距離，當暖水瓶底部超過一定距離時，預(yù)示著此水瓶即將墜落，則本系統(tǒng)將啟動報警模塊提醒主人此水瓶底即將墜落。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計

（一）電源管理部分

12V輸入電壓經(jīng)過防反接肖特基二極管D1，送入LM2576-5的1腳（VIN端，也與內(nèi)部開關(guān)管的集電極相連）。另一路經(jīng)R10和L3用于電源指示。LM2576-5的2腳內(nèi)部是開關(guān)管的發(fā)射極，外部與儲能電感LL1和肖特基二極管D2相連。LM2576-5的4腳是輸出電壓采樣端，內(nèi)部是一個電阻分壓器，將采樣電壓分壓以后送入比較器的同相輸入端，與比較器的反相端所接的1.23V的基準電壓進行比較，輸出電壓再與內(nèi)置OSC振蕩信號比較，輸出信號再與復(fù)位信號與非后送如推動級，最終控制開關(guān)三極管的工作狀態(tài)（參考附圖）。

12V電壓在內(nèi)置開關(guān)管導(dǎo)通時，加在LL1和負載（R11和L4）上，為負載供電，同時為LL1充磁，C20、C21充電（C20是濾波電容，C21可以看做尖峰吸收電容）。LM2576-5的4腳，同步對負載電壓進行采樣，當電壓升高到一定值（閾值），經(jīng)內(nèi)部電路處理，會關(guān)斷開關(guān)管，LM2576-5的2腳無輸出，由于有電感LL1的作用，肖特基二極管D2導(dǎo)通，LL1和C20繼續(xù)為負載供電。D2只在開關(guān)管截止時導(dǎo)通，為LL1提供電路回路，因而稱為續(xù)流二極管。在此期間，負載電壓會慢慢下降，直到低于閾值，內(nèi)部電路再次迫使開關(guān)管導(dǎo)通，重復(fù)前述過程。這樣，負載上面就能得到基本穩(wěn)定的5V電壓。

（二）距離檢測部分

超聲波測距原理是通過超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波,在發(fā)射時刻的同時開始計時,超聲波在空氣中傳播時碰到障礙物就立即返回來,超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為v,而根據(jù)計時器記錄的測出發(fā)射和接收回波的時間差△t,就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離S,即:向左轉(zhuǎn)|向右轉(zhuǎn)這就是所謂的時間差測距法。

由于超聲波也是一種聲波,其聲速C與溫度有關(guān)。在使用時,如果溫度變化不大,則可認為聲速是基本不變的。常溫下超聲波的傳播速度是334米/秒,但其傳播速度V易受空氣中溫度、濕度、壓強等因素的影響,其中受溫度的影響較大，如溫度每升高1℃,聲速增加約0.6米/秒。如果測距精度要求很高,則應(yīng)通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕū鞠到y(tǒng)正是采用了溫度補償?shù)姆椒ǎ?/p>

人體紅外模塊不像紅外發(fā)射接收對管等感應(yīng)靜態(tài)的紅外信號，人體紅外傳感模塊是感應(yīng)動態(tài)的紅外信號，動態(tài)的信號實際上是一個差動的紅外信號，當人在運動的時候，紅外模塊感應(yīng)人的差動紅外信號(實際上是紅外強度差異引起的)使半導(dǎo)體感應(yīng)元件產(chǎn)生差動電壓信號，最后經(jīng)過放大器放大輸出到單片機?？梢栽谀Ｊ街性O(shè)定好檢測時間，通過人體紅外模塊，可以準確的檢測到屋內(nèi)是否有人，有人則啟動加熱電源進行加熱，無人時則斷電。

（三）液晶顯示及操作模塊

暖水瓶防墜報警器用1602液晶顯示屏作為人機交互的界面，1602液晶體積小，成本低，顯示內(nèi)容較為豐富。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計

主程序C語言代碼：InitConfigOfDZR01A();

TRIG=0;

ECHO=1;

TMOD=0x11;//設(shè)T0為方式1，GATE=1；

ET1=1;//允許T0中斷

TR1=1;

EA=1;//開啟總中斷

begin=0;

while(1)

{

EnableUltrasonic();

while(1)

{

if(ECHO==1){TH0=0;TL0=0;TR0=1; break;}

if(TH0&0x80){flag=1;break;}

}

while(1)

{

if(ECHO==0){TR0=0;break;}

if(TH0&0x80){flag=1;break;}

}

Conut();//計算

結(jié)束語

本系統(tǒng)以MSP430超低功耗單片機為主控核心，配合HC＿SR04超聲波測距模塊，1602液晶顯示模塊完成對暖水瓶底部測距的的功能，避免因暖水瓶底部墜落燙傷事件的發(fā)生。

[1]謝維成，楊加國.單片機原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計[M].清華大學出版社，2009,7.262-268.

[2]郭天祥.51單片機C語言教程[M].電子工業(yè)出版社，2009, 12.156-160.324-331.

[3]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）[M].高等教育出版社，2006,5.

四川省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目《基于距離傳感器的暖水瓶底部防墜報警器》。

黃夢妍（1996-），女，江蘇人，本科在讀，四川理工學院，研究方向：嵌入式及算法研究。