超低功耗玻璃破碎传感设计.docx

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1、超低功耗玻璃破碎传感器设计本文来源于网络收集。本文重点叙述基于MSP430F2274微控制器的超低功耗玻璃破碎探测器的实现方法。该检测仪采用电池供电，捕获的玻璃破碎声音信号典型频率范围为20Hz~20kHz，当检测到玻璃破碎信号时，蜂鸣器报警3s或LED报警灯指示，最后对系统功耗进行评估。既述MSP430F2274微控制器内部含Time_A、Time_B两个16位定时器，每一个定时器对应有三个捕获/比较寄存器，内部集成10位ADC采样速率可达200ksps，并且片内集成两路运算放大器OAO、OA1，实现模拟输入信号的前端放大和滤波处理后，再经ADCIO完成模数转换。探

2、测器结构框图如下图所示:上图中，麦克风将捕获的20Hz~20kHz频率范围内的声音信号作为系统输入信号)然后经MCU的OAO放大、OA1滤波(实现AAF滤波)、AD转换、软件滤波算法及信号分析后确定是否检测到玻璃破碎信号，当检测到玻璃破碎信号时，蜂鸣器或LED指示灯报警。WM-61A麦克风电路本文选用松下公司的WM-61A麦克风，可捕获20Hz~20kHz范围内的声音信号，最大工作电压达1OV，最大信号噪声比达60dB。MCU的P4.0引脚控制麦克风工作开关，高电平时提供VCC_MIC工作电压，每2ms捕获一次声音信号，在捕获过程中最大工作电流达0.5mA，当麦克风不

3、工作时，通过短接电路板上的X3插针即可关闭麦克风，使系统进入低功耗模式。蜂鸣器报警电路当检测到玻璃破碎时，通过蜂鸣器或LED报警。文中选用松下公司的EFB-RL37C2O蜂鸣器，在3.7kHz频率时该蜂鸣器可发出1O6dB的报警声，通过改变其输入电压值，可以输出更大音量的报警声。本文采用T1公司的TPSlO40低功耗DC/DC电源转换器，完成将系统3V电压转换为28V电压，提高蜂鸣器报警音量。MCU的P3.7引脚控制电源芯片的使能端，当系统检测到玻璃破碎时，使能P3.7引脚，DC/DC开始工作，同时，电路板上的JP3插针作为DCIDC电源转换器与蜂鸣器报警电路短接的开

4、关，当JP3断开时，蜂鸣器不工作，此时仅LED指示灯报警，蜂鸣器报警电路原理图如下图中BUZZER虚框内所示。CCIIOO/2500无线接口无线通讯功能作为系统的可选功能，文中选用T1/Chipcon公司的低功耗无线收发芯片CC11OO/CC2500与MCU配合实现无线通讯功能，电路原理图如上图中RFOption虚框内所示。放大器工作原理MSP430F2274微控制器内部包含OAO、OA1两路运算放大器，通过改变内部电阻的大小来确定各白的增益，其中，根据系统是否采用AAF滤波决定是否需要使用OA1放大器。第一个放大器OAO配置成增益为-7的反探测器原理图如图2所示，系

5、统由两节1.5VAAA电池供电。为降低系统功耗，MCU工作于LPM3低功耗模式时晶振选用12kHz的内部VLO时钟)工作于活动模式时MCU时钟在8MHz~12MHz之间切换，此时，电路的可靠工作电压应不低于27V。第二个放大器OA1配置成增益为1的二阶巴特沃斯AAF滤波器。若系统无须AAF滤波，则OAO放大后的模拟信号直接输入到ADCIO模块进行处理；若系统采用AAF滤波，则OAO放大后的模拟信号作为OA1的输入信号进行滤波处理，同时，系统的参考电压恒为DVCC/2。VLO内部振荡器MSP430F2274内部含VLO振荡器，可作为内部定时器的时钟源，其典型值为12kH

6、z。以VLO作为时钟源可以省去外接的低频晶振，此时MCU可工作在静态模式和LPM3低功耗模式。Timer_A定时器每2ms周期性唤醒MCU，由于内部VLO振荡器频率存在温度漂移，所以唤醒时间也会受到影响，可以通过校准VL0的精度来减小温漂的影响。当用户需要精确定时时，可以在程序中加入TI提供的VLO校准程序，例如，可以通过内部已校准的DC0时钟作为参考，校准VLO时钟。JTAG接口图2中的X1标准14针接口作为编程时的JTAG接口，本文采用的2线制Spy-Bi-Wire编程接口代替4线制的编程接口，2线制的编程接口仅支持MSP430F：2xx系列中的某些MCU。使用2

7、线制编程时，必须使用USBFET仿真器调试。软件设计系统初始化系统开始工作和检测到玻璃破碎信号后进行下一次检测时运行初始化程序，初始化流程图如下图所示，包含初始化Timer_A、MCU时钟、ADC1O、OA0、OA1及MCU引脚等，具体的初始化设置在流程图中已详细说明。初始化应时注意三点:(1)将MCU中不工作的引脚设为输出，高电平有效，以降低系统功耗；(2)AAF_select标识位表示是否使能AAF滤波器工作，标识位为O时，表示不使能；标识位为非0值时，表示使能；(3)不管AAF滤波器是否使能工作，OA0、OAl均应初始化。Timer_A定时器T