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油煙能夠對人體及環境造成嚴重危害，對油煙加強監控治理已經成為人們關注的焦點。目前國內的油煙監控方式多為現場監控，具有遠程信號傳輸功能的的監控系統很少，監控的效率也不高。隨著移動通信的迅速發展，GPRS移動數據通訊網絡已經覆蓋了全國各地，GPRS除具有接入迅速、永遠在線、流量計費等特點外，還有無線連接Internet業務，給遠程無線監控提供了便利。本系統采用AVR單片機為控制核心，對油煙氣體進行檢測，并借助GPRS技術，將數據通過GPRS無線網和Internet，實現油煙的遠距離實時監測和管理。 1 系統的工作原理 以AVR單片機為主處理芯片，實現傳感器信號的采集、發送以及遠程控制命令的接收。系統功能結構框圖如圖1所示。 系統工作時，油煙傳感器采集的模擬信號經過濾波與放大處理后進入AVR單片機的A／D轉換接口，單片機把采集的數據存入擴展的SRAM中并傳給GPRS模塊，并通過GPRS網絡與Internet連接傳送到遠方的PC機，顯示在數據采集監控軟件上。如果遠方的PC機的工作人員需要對系統進行控制時，可以發送的控制信號通過Internet與GPRS服務進行連接，系統的GPRS模塊接收到信號后也把數據存入SRAM，AVR單片機從SRAM中讀取數據，控制輸出警告信號，同時控制繼電器控制油煙凈化設備采取油煙的凈化措施。 2 系統硬件電路設計 系統硬件電路主要分為傳感器信號采集電路、存儲電路、GPRS模塊接口電路、繼電器輸出控制電路等幾部分。 2．1 數據采集電路 單片機ATmega64L有一個10位的逐次逼近型ADC，最高分辨率時采樣率高達15 kSPS，8路復用的單端輸入通道，單端電壓輸入以0 V(GND)為基準，O～Vcc的ADC輸入電壓范圍，可選的2．56 V ADC參考電壓，ADC還包括一個采樣保持電路，以確保在轉換過程中輸入到ADC的電壓保持恒定。 系統所用的傳感器是TGS2100空氣質量傳感器，具有對氣味氣體、氣態的空氣污染靈敏度高、低功耗、壽命長、低價位、應用電路簡單等特點，廣泛應用在氣體測量報警比如香煙氣、油煙氣、異味等。TGS2100傳感器電路如圖2所示。 其中：VH是加在加熱電阻RH上的電壓，保證傳感器工作在合適的感應溫度；VC、是傳感器的工作電壓，VC和VH可以使用同一個電源，保證在5．0±0．2 V DC：RS是敏感電阻，煙氣的濃度改變其電阻值也跟著改變；RL是負載電阻，它兩端的電壓是傳感器的輸出電壓。為保證傳感器檢測的精度，要求傳感器工作時RS的功耗Ps≤15 mW。 2．2 存儲電路 由于以太網的數據包最大可以有1 500 B，當數據傳輸高峰時，單片機是無法存儲的，因此采用了擴展RAM，以提高整個系統的吞吐數據的能力。結合本系統的要求，采用了ISSI公司生產的IS62C256芯片。這是一款低功耗、32 KB、8位的CMOS靜態RAM。 單電源5 V供電，TTL兼容輸入輸出。由于容量是32 KB，所以要用15根地址線控制，在本系統中AVR單片機的PA0~PA7接口連接IS62C256的高7位，在讀寫過程中，地址傳輸完后，將IS62C256的低8位地址鎖存，然后進行數據傳輸。 另外，系統還采用E2PROM，用來存儲一些配置信息，例如IP地址、時鐘初始時間等，防止系統掉電后信息的丟失。 2．3 GPRS模塊接口電路設計 本系統的GPRS通訊模塊采用的是西門子公司的MC39i，它具有GPRS，USSD和CSD三種數據傳輸方式以及SMS和FAX功能。模塊具有體積小，重量輕，功耗低等特點。 根據本系統的要求，用到的功能引腳只包括電源的輸入、電源地、SIM卡引腳，控制部分以及數據輸入／輸出。系統采用三線制(RXD／TXD／GND)的方式連接MC39i與單片機。對于標準RS 232中未使用的引腳，如果為輸出引腳則浮空，如果為輸入引腳則通過10 kΩ電阻上拉。模塊接口的IGT引腳用于啟動GPRS引擎模塊，為下降沿使能。 2．4 繼電器輸出電路模塊 繼電輸出由單片機I／O口引出，觸發晶體管開通控制繼電器，從而控制外部設備的運作。繼電器輸出電路如圖3所示。 3 系統軟件設計 系統在上電復位后，首先要進行系統初始化，即要對其工作參數進行設置，以確保其正常工作。主要是對一些寄存器進行配置，例如接收配置寄存器、發送配置寄存器、數據配置寄存器、中斷屏蔽寄存器等。系統軟件總體流程圖如圖4所示。 系統工作時不斷地通過串口向MC39i模塊發送AT命令查詢是否有新的命令，然后根據命令做相關的處理。 在監控中心服務端PC機上，數據采集監控軟件，采用VC++作為開發平臺，采用TCP/IP Winsock編程。對TCP的實現是通過TCP API來實現的。通過在PC機上設計TCP/IP端口監控的程序，對系統進行控制與通信，實時監控系統發來的TCP數據包，達到遠程監控的目的。 4 結 語 討論了以AVR單片機為主控制核心，利用GPRS技術，實現油煙遠程無線監控系統，系統不僅可以應用在油煙的監測，也可以用在其他領域的信號監測上，具有廣闊的應用前景。 |
