TI公司的MSP430超低功耗微控制器特别适应于手持设备和安全领域的应用，烟雾探测器方案则是安全领域中很有前景的应用之一。本文介绍基于MSP430F2012微控制器利用光敏二极管感光原理实现的超低功耗烟雾探测器。

　　它是利用烟雾黑仓里内置的一对红外接收二极管和发射二极管探测烟雾信号，红外发射二极管周期性导通，红外接收二极管通过接收红外光信号判断黑仓内是否有烟雾。红外接收二极管的电流信号经运算放大器放大，MCU内置ADC模块对放大电流信号采样，当连续3次探测到烟雾信号时，高声强压电式蜂鸣器驱动报警电路，蜂鸣器报警。系统在两个采样周期间隔内，运放、红外电路均关闭，单片机进入低功耗休眠状态，此时系统功耗小于1 μ A。

       　　硬件设计

　　系统原理图如下图所示，烟雾探测器每8秒采样一次，片内的VLO RC振荡器作为定时器A时钟信号源，每8秒产生一次中断，处理中断时MCU退出LPM3模式，系统通过校准的片内DCO，计算每一秒需要多少个VLO周期校准VLO，计算出的VLO周期作为定时器A的翻转周期，定时器A信号源由VLO八分频得到，使得MCU唤醒中断刚好8秒。

　　运算放大器TLV2780上电、稳定时间参数须满足运放和红外收发电路的工作时间尽可能短，达到降低系统功耗的目的，MCU的I／O口直接控制TLV2780供电引脚，TLV2780在室温关闭模式下存在1．4μA电流消耗，通过I／O口直接控制，避免运放不工作时存在的持续电流消耗，当TLV2780被I／O口控制关闭时功耗即为零。

　　MCU采样红外接受管在红外发射管开、关两种状态　　时的信号，MCU从LPM3模式唤醒，运放打开经延时稳定后，开始采样红外发射管关闭状态时的红外接受管的电流信号，然后打开红外发射管，再经延时稳定后进行第二次采样及AD转换，两次测量结果比较确定是否探测到烟雾信号。系统只有连续3次探测。

　　到烟雾信号，才启动报警电路报警，第一次探测到烟雾信号后，VLO时钟源经4分频作为定时器A信号源，即第二次采样间隔4秒，如果第二次仍探测到烟雾信号，定时器A时钟源直接由VLO输入1秒采样，如果第三次仍探测到烟雾信号系统开始警报，烟雾探测器继续以1秒周期进行采样。

　　系统由两节的1．8～3．6V电池供电，采用低压直流升压芯片TPS61040输出的电压作为驱动蜂鸣器震荡电路驱动电压，升压芯片TPS61040工作时蜂鸣器报警，不工作时关闭报警。TPS61040使能端与MCU TA1输出端相连，设置定时器A产生1秒的报警周期，CCR1寄存器设置适当的参数产生50％占空比的周期信号，即以1 Hz的信号控制蜂鸣器开和关，报警时蜂鸣器产生有节奏半秒响、半秒关，无需用软件控制报警时序。

　　软件设计

      软件流程图如下图所示，主循环程序包括MCU进入LPM3模式、调用采样子程序、计算平均值子程序及判断烟雾信号子程序，初始化程序时设置　　MCU所有引脚状态，未使用的引脚设置成输出态，系统功耗最小，然后将校准的1MHz DCO值送入DCO控制寄存器，再根据已校准的DCO时钟源校准VLO，原理与上文描述的将定时器A设置成8秒中断相同。

　　VLO校准程序只执行一次，若考虑VLO频率浮动和实时精确的要求可以再次调用执行，为校准VLO，已校准的1MHz DCO作为定时器A的时钟源，按连续方式进行计数，VLO八分频的信号作为ACLK时钟源，然后定时器CCR0捕获源设置为ACLK时钟源，则定时器A计数值(即DCO周期数)和VLO八分频的周期值相当，即为8 MHz和VLO频率的比值，反之8M和该计数值的比值即为VLO频率值，作为定时器A时钟信号频率产生1 s、4s和8s的定时时间。因为MCU只有2 K的程序空间，本文应用程序实时要求无需浮点运算，可采用一种近似递减的方法实现除法过程计算VLO频率值。

　　采样子程序首先通过I／O口打开运放和发光二极管指示器，将ADC10设定成4次单通道连续转换，通过ADC1O的DTC特性将转换结果暂存到MCU RAM中，运放经延时稳定后启动ADC，MCU进入LPM3模式，在完成4次AD转换后DTC中断，DTC中断服务程序返回，MCU进入活动模式，然后红外发射管打开，同样延时稳定后再进行一轮4次连续AD转换，采样结束后关闭运放、红外发射管、ADC及发光二极管，最后调用计算平均值子程序，计算两次连续4次AD转换的平均值，主程序调用计算结果确定是否探测到烟雾信号。此外，系统软件另加入开关中断子程序手动控制蜂鸣器，初始化中将开关引脚设置为输入引脚，MCU内部自带上拉电阻和中断使能，开关中断服务子程序实现人工控制蜂鸣器，开关按一下打开蜂鸣器再按一下关闭蜂鸣器。