丁曉萍

摘要：該設(shè)計(jì)針對(duì)CO氣體濃度監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)、低功耗要求，介紹了一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的CO檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)；該系統(tǒng)利用CO氣體傳感器采集CO濃度數(shù)據(jù)，基于TI公司的16位微處理器MSP430F135和Silicon Labs的射頻芯片Si4432，完成無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的中心節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)；通過接收中心節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到所有終端節(jié)點(diǎn)位置的CO濃度信息，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并及時(shí)報(bào)警，也可查詢指定位置的CO濃度狀況。

關(guān)鍵詞：MSP430F135；Si4432； MQ-7；無線自組網(wǎng)；實(shí)時(shí)報(bào)警

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）13-3132-03

Abstract：According to the requirement that monitoring the density of CO gas should be real-time and low-power， this paper presents a kind of low-power CO detecting & alarm system based on wireless network. The system collect data on the density of CO gas by electrochemical sensor. And it， based on TI companys 16-bit microprocessor（MSP430F135） and Silicon Labs RFID chip （Si4432）， completes designing the center node and terminal node of the wireless network. PC users softwares can monitor the density of CO gas at all terminal nodes by receiving the data from the center the nodes. They analyze the data and alarm in time， and they can also inquire the density of CO gas at appointed locations.

Key words： MSP430F135； Si4432； MQ-7； self-organization of wireless network； Alarm in time

1 緒論

近幾年來，CO中毒事件頻有發(fā)生， CO為無色、無味、無臭的氣體，隨著生活質(zhì)量的不斷提升，汽車、摩托車等機(jī)車車輛排放出來的大量尾氣，家用煤的不完全燃燒等，都形成了CO的主要來源；人體吸入CO后，經(jīng)呼吸系統(tǒng)進(jìn)入人體內(nèi)，一氧化碳極易與血紅蛋白結(jié)合，形成碳氧血紅蛋白，使血紅蛋白喪失攜氧的能力和作用。對(duì)全身的組織細(xì)胞均有毒性作用，尤其對(duì)大腦皮質(zhì)的影響最為嚴(yán)重[1-2]。當(dāng)人們意識(shí)到已發(fā)生一氧化碳中毒時(shí)，往往為時(shí)已晚，在如今信息化、智能化時(shí)代，我們?cè)趺磥韺?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、報(bào)警CO濃度，并及時(shí)反應(yīng)信息，以減少類似事情的發(fā)生呢？

本設(shè)計(jì)主要是利用16位超低功耗的MSP430F135單片機(jī)和Si4432射頻模塊，借助MQ-7 CO氣體傳感器電路實(shí)現(xiàn)指定位置CO濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、與設(shè)定閾值進(jìn)行比較實(shí)現(xiàn)CO濃度超標(biāo)報(bào)警和CO濃度實(shí)時(shí)查詢等功能；

2 系統(tǒng)工作原理

2.1 系統(tǒng)工作原理

CO檢測(cè)報(bào)警無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的過程中，通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的了解、分析，結(jié)合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的具體功能，利用CO氣體傳感器采集房間內(nèi)CO濃度數(shù)據(jù)，通過微處理器MSP430F135和射頻芯片Si4432，完成無線網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)；當(dāng)室內(nèi)的CO濃度高于設(shè)定的安全值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將獲取的實(shí)時(shí)信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給系統(tǒng)中心平臺(tái)，上位機(jī)用戶軟件可通過接收到的中心節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到所有終端節(jié)點(diǎn)位置的CO濃度信息，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并及時(shí)報(bào)警[3][4]。

2.2系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)框圖如圖1。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

由圖1可知，該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由三大模塊組成：傳感器節(jié)點(diǎn)（即CO檢測(cè)終端節(jié)點(diǎn)）、中心節(jié)點(diǎn)和PC用戶界面組成。每一個(gè)用戶設(shè)定為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，在監(jiān)控區(qū)域布設(shè)多個(gè)節(jié)點(diǎn)，通過射頻收發(fā)器將監(jiān)測(cè)采集到的CO濃度數(shù)據(jù)信息發(fā)送給中心節(jié)點(diǎn)，再由中心節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換，將最終監(jiān)測(cè)到的CO濃度數(shù)據(jù)傳送到PC用戶界面，實(shí)現(xiàn)CO濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要采用了模塊化設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)主要由微控制器電路模塊、射頻模塊、電源電路模塊、液晶顯示模塊、CO濃度檢測(cè)模塊幾部分組成，各模塊連接方式如圖2。

圖2 硬件節(jié)點(diǎn)連接圖

3.1 微控制器電路模塊

微控制器電路模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，由于該系統(tǒng)需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間實(shí)時(shí)工作，且由大量移動(dòng)便攜式網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成，所以整個(gè)系統(tǒng)要求在低功耗的情況下持久穩(wěn)定工作。本設(shè)計(jì)選用美國德州儀器（TI）公司推出的16位超低功耗的單片機(jī)MSP430F135芯片；該芯片功耗低、集成度高，滿足本系統(tǒng)的功能需求。

3.2 電源電路模塊

在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由于系統(tǒng)同時(shí)需要3.3V和5V電壓，因此采用了低功耗電源芯片ATMEL1117，其最大工作電壓是8V，輸出電壓為3.3V和5V；輸入端串聯(lián)一個(gè)LED電源指示燈和一只限流電阻，并聯(lián)一只大電容用于防止電池短暫供電不穩(wěn)，用作緩沖；3.3V給MSP430F135供電，而5V給LCD供電。

3.3 射頻模塊接口

射頻通信電路模塊通過4線SPI接口與外邊MCU進(jìn)行通信，4線為NSEL、SCLK、SDI和SDO。外部MCU通過SDI往模塊中配置數(shù)據(jù)，通過SDO從模塊中讀出寄存器數(shù)值。外部MCU與模塊的通信傳輸以16bits為基本單位。最高位為讀寫標(biāo)志位（讀0寫1），接著7位為寄存器地址，低8位是寫入或者讀出的數(shù)據(jù)。

3.4 液晶顯示模塊電路

目前液晶顯示器的種類非常多，本系統(tǒng)采用SMC1602A液晶，1602內(nèi)含復(fù)位電路，提供各種控制命令，如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能；具有微功耗、體積小、內(nèi)容顯示豐富、使用方便等特點(diǎn)，同時(shí)還帶有背光。

3.5 CO濃度檢測(cè)儀

本設(shè)計(jì)采用MQ-7氣體傳感器，MQ-7對(duì)CO的檢測(cè)有著較高的靈敏度，并且輸出的電信號(hào)比較大，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，提高了電路設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。其電導(dǎo)率隨空氣中CO氣體濃度增加而增大；使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化，轉(zhuǎn)換為與CO氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)[5]。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分主要包括了中心節(jié)點(diǎn)固件程序設(shè)計(jì)、終端節(jié)點(diǎn)固件程序設(shè)計(jì)、上位機(jī)程序設(shè)計(jì)。

4.1中心節(jié)點(diǎn)固件程序設(shè)計(jì)

中心節(jié)點(diǎn)上電復(fù)位后，首先開始設(shè)備初始化，然后進(jìn)行中斷監(jiān)聽，判斷是否進(jìn)入有效中斷，如果系統(tǒng)獲取的是無效中斷信號(hào)則繼續(xù)進(jìn)行中斷監(jiān)聽，直到監(jiān)聽到有效中斷信號(hào)；根據(jù)監(jiān)聽獲得的有效中斷信號(hào)，先進(jìn)行判斷這組信號(hào)是否為無線中斷信號(hào)，如果監(jiān)聽到的是無線中斷信號(hào)應(yīng)為終端控制器反饋，系統(tǒng)需通過串口通信接口，將該信號(hào)上報(bào)到PC機(jī)；若中斷信號(hào)不為無線信號(hào)，則為串口中斷信號(hào)，需將串口中斷數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，將處理完的數(shù)據(jù)包通過射頻模塊進(jìn)行無線發(fā)送。中心節(jié)點(diǎn)具體設(shè)計(jì)流程圖如圖3。

圖3 中心節(jié)點(diǎn)工作流程圖 圖4 終端節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)流程圖 圖5 上位機(jī)設(shè)計(jì)流程圖

4.2 終端節(jié)點(diǎn)固件程序設(shè)計(jì)

終端節(jié)點(diǎn)上電復(fù)位后，首先進(jìn)行設(shè)備初始化，然后進(jìn)入中斷監(jiān)聽狀態(tài)，實(shí)時(shí)判斷是否進(jìn)入有效中斷，如果系統(tǒng)獲取的是無效中斷信號(hào)則繼續(xù)進(jìn)行中斷監(jiān)聽，直到監(jiān)聽到有效中斷信號(hào)；根據(jù)監(jiān)聽獲得的有效中斷信號(hào)，先判斷這組信號(hào)是否為無線中斷信號(hào)，如果監(jiān)聽到的是無線中斷信號(hào)，則根據(jù)所獲得的無線中斷信號(hào)，終端設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)地址判斷，若無線信號(hào)中的終端地址恰和終端設(shè)備自身的地址匹配，則相應(yīng)的終端設(shè)備需進(jìn)行CO濃度檢測(cè)，通過LCD顯示CO濃度檢測(cè)情況，并將檢測(cè)結(jié)果上報(bào)給中心節(jié)點(diǎn)，等待中心節(jié)點(diǎn)響應(yīng)；相反，如果監(jiān)聽信號(hào)不是無線中斷信號(hào)，則判斷是否為按鍵中斷，若為按鍵中斷則終端設(shè)備進(jìn)行CO濃度檢測(cè)，并通過LCD顯示出來；若既不是無線中斷，也不是按鍵中斷，剛直接上報(bào)給中心節(jié)點(diǎn)，由中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。終端節(jié)點(diǎn)具體設(shè)計(jì)流程圖如圖4。

4.3 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)

本上位機(jī)采用.Net平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，程序具有信息存儲(chǔ)功能、接收串口數(shù)據(jù)功能及人機(jī)接口交互功能[6]。程序的執(zhí)行流程如下，程序啟動(dòng)后，可隨時(shí)進(jìn)行信息更改及保存，可并行讀取COM口數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)處理。具體上位機(jī)設(shè)計(jì)流程圖如圖5。

5 數(shù)據(jù)及分析

打火機(jī)氣體的主要成分是丁烷（C4H10），其完全燃燒產(chǎn)生CO2和H2O，不完全燃燒則產(chǎn)生大量CO；所以，可通過打火機(jī)不完全燃燒產(chǎn)生的氣體來作為CO終端檢測(cè)設(shè)備的測(cè)試氣體樣本。CO檢測(cè)終端的上電后的初始化狀態(tài)，設(shè)置CO濃度報(bào)警參數(shù)閾值為200ppm；將打火機(jī)的不完全燃燒氣體對(duì)準(zhǔn)MQ-7進(jìn)行釋放，可以看到檢測(cè)終端檢測(cè)到的CO濃度發(fā)生變化；當(dāng)CO濃度低于報(bào)警閾值200ppm時(shí)，檢測(cè)終端沒有任何報(bào)警動(dòng)作；當(dāng)檢測(cè)終端檢測(cè)到CO濃度高于報(bào)警閾值時(shí)，CO濃度為202ppm，則報(bào)警指示燈亮起、蜂鳴器響起，同時(shí)報(bào)警信號(hào)也會(huì)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給監(jiān)測(cè)中心。使得安保人員能夠?qū)崟r(shí)遠(yuǎn)程接收到報(bào)警信息。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉湖平，麥云飛，王靜悅.基于LabVIEW和MSP430的CO氣體無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2010，18（9）：1999-2004.

[2] 陳雄，杜以書，唐國新，等.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].系統(tǒng)仿真技術(shù)，2005，1（2）：67-73.

[3] 王衛(wèi)平，等.淺談無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].科技視界，2012（28）：253-254.

[4] 孫雨耕，張靜，孫永進(jìn)，房朝暉，等.無線自組傳感器網(wǎng)絡(luò)[J].傳感器學(xué)報(bào)，2004（2）：331-335.

[5] 張志偉，等.基于MSP430單片機(jī)的便攜式CO檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)[J].產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)，2010，（9）：30-32.

[6] 秦龍，等.MSP430單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)典型實(shí)例[M].北京：中國電力出版社，2005.

3.3 射頻模塊接口

射頻通信電路模塊通過4線SPI接口與外邊MCU進(jìn)行通信，4線為NSEL、SCLK、SDI和SDO。外部MCU通過SDI往模塊中配置數(shù)據(jù)，通過SDO從模塊中讀出寄存器數(shù)值。外部MCU與模塊的通信傳輸以16bits為基本單位。最高位為讀寫標(biāo)志位（讀0寫1），接著7位為寄存器地址，低8位是寫入或者讀出的數(shù)據(jù)。

3.4 液晶顯示模塊電路

目前液晶顯示器的種類非常多，本系統(tǒng)采用SMC1602A液晶，1602內(nèi)含復(fù)位電路，提供各種控制命令，如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能；具有微功耗、體積小、內(nèi)容顯示豐富、使用方便等特點(diǎn)，同時(shí)還帶有背光。

3.5 CO濃度檢測(cè)儀

本設(shè)計(jì)采用MQ-7氣體傳感器，MQ-7對(duì)CO的檢測(cè)有著較高的靈敏度，并且輸出的電信號(hào)比較大，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，提高了電路設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。其電導(dǎo)率隨空氣中CO氣體濃度增加而增大；使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化，轉(zhuǎn)換為與CO氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)[5]。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分主要包括了中心節(jié)點(diǎn)固件程序設(shè)計(jì)、終端節(jié)點(diǎn)固件程序設(shè)計(jì)、上位機(jī)程序設(shè)計(jì)。

4.1中心節(jié)點(diǎn)固件程序設(shè)計(jì)

中心節(jié)點(diǎn)上電復(fù)位后，首先開始設(shè)備初始化，然后進(jìn)行中斷監(jiān)聽，判斷是否進(jìn)入有效中斷，如果系統(tǒng)獲取的是無效中斷信號(hào)則繼續(xù)進(jìn)行中斷監(jiān)聽，直到監(jiān)聽到有效中斷信號(hào)；根據(jù)監(jiān)聽獲得的有效中斷信號(hào)，先進(jìn)行判斷這組信號(hào)是否為無線中斷信號(hào)，如果監(jiān)聽到的是無線中斷信號(hào)應(yīng)為終端控制器反饋，系統(tǒng)需通過串口通信接口，將該信號(hào)上報(bào)到PC機(jī)；若中斷信號(hào)不為無線信號(hào)，則為串口中斷信號(hào)，需將串口中斷數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，將處理完的數(shù)據(jù)包通過射頻模塊進(jìn)行無線發(fā)送。中心節(jié)點(diǎn)具體設(shè)計(jì)流程圖如圖3。

圖3 中心節(jié)點(diǎn)工作流程圖 圖4 終端節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)流程圖 圖5 上位機(jī)設(shè)計(jì)流程圖

4.2 終端節(jié)點(diǎn)固件程序設(shè)計(jì)

終端節(jié)點(diǎn)上電復(fù)位后，首先進(jìn)行設(shè)備初始化，然后進(jìn)入中斷監(jiān)聽狀態(tài)，實(shí)時(shí)判斷是否進(jìn)入有效中斷，如果系統(tǒng)獲取的是無效中斷信號(hào)則繼續(xù)進(jìn)行中斷監(jiān)聽，直到監(jiān)聽到有效中斷信號(hào)；根據(jù)監(jiān)聽獲得的有效中斷信號(hào)，先判斷這組信號(hào)是否為無線中斷信號(hào)，如果監(jiān)聽到的是無線中斷信號(hào)，則根據(jù)所獲得的無線中斷信號(hào)，終端設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)地址判斷，若無線信號(hào)中的終端地址恰和終端設(shè)備自身的地址匹配，則相應(yīng)的終端設(shè)備需進(jìn)行CO濃度檢測(cè)，通過LCD顯示CO濃度檢測(cè)情況，并將檢測(cè)結(jié)果上報(bào)給中心節(jié)點(diǎn)，等待中心節(jié)點(diǎn)響應(yīng)；相反，如果監(jiān)聽信號(hào)不是無線中斷信號(hào)，則判斷是否為按鍵中斷，若為按鍵中斷則終端設(shè)備進(jìn)行CO濃度檢測(cè)，并通過LCD顯示出來；若既不是無線中斷，也不是按鍵中斷，剛直接上報(bào)給中心節(jié)點(diǎn)，由中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。終端節(jié)點(diǎn)具體設(shè)計(jì)流程圖如圖4。

4.3 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)

本上位機(jī)采用.Net平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，程序具有信息存儲(chǔ)功能、接收串口數(shù)據(jù)功能及人機(jī)接口交互功能[6]。程序的執(zhí)行流程如下，程序啟動(dòng)后，可隨時(shí)進(jìn)行信息更改及保存，可并行讀取COM口數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)處理。具體上位機(jī)設(shè)計(jì)流程圖如圖5。

5 數(shù)據(jù)及分析

打火機(jī)氣體的主要成分是丁烷（C4H10），其完全燃燒產(chǎn)生CO2和H2O，不完全燃燒則產(chǎn)生大量CO；所以，可通過打火機(jī)不完全燃燒產(chǎn)生的氣體來作為CO終端檢測(cè)設(shè)備的測(cè)試氣體樣本。CO檢測(cè)終端的上電后的初始化狀態(tài)，設(shè)置CO濃度報(bào)警參數(shù)閾值為200ppm；將打火機(jī)的不完全燃燒氣體對(duì)準(zhǔn)MQ-7進(jìn)行釋放，可以看到檢測(cè)終端檢測(cè)到的CO濃度發(fā)生變化；當(dāng)CO濃度低于報(bào)警閾值200ppm時(shí)，檢測(cè)終端沒有任何報(bào)警動(dòng)作；當(dāng)檢測(cè)終端檢測(cè)到CO濃度高于報(bào)警閾值時(shí)，CO濃度為202ppm，則報(bào)警指示燈亮起、蜂鳴器響起，同時(shí)報(bào)警信號(hào)也會(huì)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給監(jiān)測(cè)中心。使得安保人員能夠?qū)崟r(shí)遠(yuǎn)程接收到報(bào)警信息。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉湖平，麥云飛，王靜悅.基于LabVIEW和MSP430的CO氣體無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2010，18（9）：1999-2004.

[2] 陳雄，杜以書，唐國新，等.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].系統(tǒng)仿真技術(shù)，2005，1（2）：67-73.

[3] 王衛(wèi)平，等.淺談無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].科技視界，2012（28）：253-254.

[4] 孫雨耕，張靜，孫永進(jìn)，房朝暉，等.無線自組傳感器網(wǎng)絡(luò)[J].傳感器學(xué)報(bào)，2004（2）：331-335.

[5] 張志偉，等.基于MSP430單片機(jī)的便攜式CO檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)[J].產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)，2010，（9）：30-32.

[6] 秦龍，等.MSP430單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)典型實(shí)例[M].北京：中國電力出版社，2005.

3.3 射頻模塊接口

射頻通信電路模塊通過4線SPI接口與外邊MCU進(jìn)行通信，4線為NSEL、SCLK、SDI和SDO。外部MCU通過SDI往模塊中配置數(shù)據(jù)，通過SDO從模塊中讀出寄存器數(shù)值。外部MCU與模塊的通信傳輸以16bits為基本單位。最高位為讀寫標(biāo)志位（讀0寫1），接著7位為寄存器地址，低8位是寫入或者讀出的數(shù)據(jù)。

3.4 液晶顯示模塊電路

目前液晶顯示器的種類非常多，本系統(tǒng)采用SMC1602A液晶，1602內(nèi)含復(fù)位電路，提供各種控制命令，如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能；具有微功耗、體積小、內(nèi)容顯示豐富、使用方便等特點(diǎn)，同時(shí)還帶有背光。

3.5 CO濃度檢測(cè)儀

本設(shè)計(jì)采用MQ-7氣體傳感器，MQ-7對(duì)CO的檢測(cè)有著較高的靈敏度，并且輸出的電信號(hào)比較大，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，提高了電路設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。其電導(dǎo)率隨空氣中CO氣體濃度增加而增大；使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化，轉(zhuǎn)換為與CO氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)[5]。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分主要包括了中心節(jié)點(diǎn)固件程序設(shè)計(jì)、終端節(jié)點(diǎn)固件程序設(shè)計(jì)、上位機(jī)程序設(shè)計(jì)。

4.1中心節(jié)點(diǎn)固件程序設(shè)計(jì)

中心節(jié)點(diǎn)上電復(fù)位后，首先開始設(shè)備初始化，然后進(jìn)行中斷監(jiān)聽，判斷是否進(jìn)入有效中斷，如果系統(tǒng)獲取的是無效中斷信號(hào)則繼續(xù)進(jìn)行中斷監(jiān)聽，直到監(jiān)聽到有效中斷信號(hào)；根據(jù)監(jiān)聽獲得的有效中斷信號(hào)，先進(jìn)行判斷這組信號(hào)是否為無線中斷信號(hào)，如果監(jiān)聽到的是無線中斷信號(hào)應(yīng)為終端控制器反饋，系統(tǒng)需通過串口通信接口，將該信號(hào)上報(bào)到PC機(jī)；若中斷信號(hào)不為無線信號(hào)，則為串口中斷信號(hào)，需將串口中斷數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，將處理完的數(shù)據(jù)包通過射頻模塊進(jìn)行無線發(fā)送。中心節(jié)點(diǎn)具體設(shè)計(jì)流程圖如圖3。

圖3 中心節(jié)點(diǎn)工作流程圖 圖4 終端節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)流程圖 圖5 上位機(jī)設(shè)計(jì)流程圖

4.2 終端節(jié)點(diǎn)固件程序設(shè)計(jì)

終端節(jié)點(diǎn)上電復(fù)位后，首先進(jìn)行設(shè)備初始化，然后進(jìn)入中斷監(jiān)聽狀態(tài)，實(shí)時(shí)判斷是否進(jìn)入有效中斷，如果系統(tǒng)獲取的是無效中斷信號(hào)則繼續(xù)進(jìn)行中斷監(jiān)聽，直到監(jiān)聽到有效中斷信號(hào)；根據(jù)監(jiān)聽獲得的有效中斷信號(hào)，先判斷這組信號(hào)是否為無線中斷信號(hào)，如果監(jiān)聽到的是無線中斷信號(hào)，則根據(jù)所獲得的無線中斷信號(hào)，終端設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)地址判斷，若無線信號(hào)中的終端地址恰和終端設(shè)備自身的地址匹配，則相應(yīng)的終端設(shè)備需進(jìn)行CO濃度檢測(cè)，通過LCD顯示CO濃度檢測(cè)情況，并將檢測(cè)結(jié)果上報(bào)給中心節(jié)點(diǎn)，等待中心節(jié)點(diǎn)響應(yīng)；相反，如果監(jiān)聽信號(hào)不是無線中斷信號(hào)，則判斷是否為按鍵中斷，若為按鍵中斷則終端設(shè)備進(jìn)行CO濃度檢測(cè)，并通過LCD顯示出來；若既不是無線中斷，也不是按鍵中斷，剛直接上報(bào)給中心節(jié)點(diǎn)，由中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。終端節(jié)點(diǎn)具體設(shè)計(jì)流程圖如圖4。

4.3 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)

本上位機(jī)采用.Net平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，程序具有信息存儲(chǔ)功能、接收串口數(shù)據(jù)功能及人機(jī)接口交互功能[6]。程序的執(zhí)行流程如下，程序啟動(dòng)后，可隨時(shí)進(jìn)行信息更改及保存，可并行讀取COM口數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)處理。具體上位機(jī)設(shè)計(jì)流程圖如圖5。

5 數(shù)據(jù)及分析

打火機(jī)氣體的主要成分是丁烷（C4H10），其完全燃燒產(chǎn)生CO2和H2O，不完全燃燒則產(chǎn)生大量CO；所以，可通過打火機(jī)不完全燃燒產(chǎn)生的氣體來作為CO終端檢測(cè)設(shè)備的測(cè)試氣體樣本。CO檢測(cè)終端的上電后的初始化狀態(tài)，設(shè)置CO濃度報(bào)警參數(shù)閾值為200ppm；將打火機(jī)的不完全燃燒氣體對(duì)準(zhǔn)MQ-7進(jìn)行釋放，可以看到檢測(cè)終端檢測(cè)到的CO濃度發(fā)生變化；當(dāng)CO濃度低于報(bào)警閾值200ppm時(shí)，檢測(cè)終端沒有任何報(bào)警動(dòng)作；當(dāng)檢測(cè)終端檢測(cè)到CO濃度高于報(bào)警閾值時(shí)，CO濃度為202ppm，則報(bào)警指示燈亮起、蜂鳴器響起，同時(shí)報(bào)警信號(hào)也會(huì)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給監(jiān)測(cè)中心。使得安保人員能夠?qū)崟r(shí)遠(yuǎn)程接收到報(bào)警信息。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉湖平，麥云飛，王靜悅.基于LabVIEW和MSP430的CO氣體無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2010，18（9）：1999-2004.

[2] 陳雄，杜以書，唐國新，等.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].系統(tǒng)仿真技術(shù)，2005，1（2）：67-73.

[3] 王衛(wèi)平，等.淺談無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].科技視界，2012（28）：253-254.

[4] 孫雨耕，張靜，孫永進(jìn)，房朝暉，等.無線自組傳感器網(wǎng)絡(luò)[J].傳感器學(xué)報(bào)，2004（2）：331-335.

[5] 張志偉，等.基于MSP430單片機(jī)的便攜式CO檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)[J].產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)，2010，（9）：30-32.

[6] 秦龍，等.MSP430單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)典型實(shí)例[M].北京：中國電力出版社，2005.