基于ＧＰＲＳ的油煙遠程無線監(jiān)控系統(tǒng)設計

許建龍　陳益民　駱德漢

摘 要：利用GPRS實現(xiàn)了油煙的遠程無線監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)以AVR單片機為控制核心,通過采集油煙氣體傳感器TGS2100的信號,并由GPRS和Internet發(fā)送到監(jiān)控中心服務端PC機,從而實現(xiàn)傳感器信號的遠程實時檢測；監(jiān)控中心發(fā)送的控制命令通過無線網絡由單片機接收并根據(jù)信號控制外部設備,從而實現(xiàn)無線控制。與傳統(tǒng)監(jiān)控方式相比,該系統(tǒng)具有耗資小,使用便利等優(yōu)點,具有廣闊的應用前景。

關鍵詞：GPRS;AVR單片機;油煙傳感器;數(shù)據(jù)采集;遠程無線監(jiān)控;TCP/IP協(xié)議

中圖分類號：TN915文獻標識碼：B

文章編號：1004-373X(2009)05-014-03

Design of Oil-fume Remote Wireless Monitoring ＆ Controling System Based on GPRS

XU Jianlong,CHEN Yimin,LUO Dehan

(School of Information Engineering,Guangdong University of Technology,Guangzhou,510006,China)

Abstract：To realize oil-fume remote wireless monitoring,a controlling system based on GPRS is proposed.The monitoring system is controlled by AVR single chip computer.The AVR single chip computer collects signal from the gas sensor TGS2100,sends the data to the remote PC via GPRS and Internet,and then the remote real-time detection is implemented.The AVR single chip computer receives commands from PC monitor through wireless network and controls the peripheral equipments accordingly,hence ensures the realization of remote wireless control.Contrasting from the traditional method,this system is more cheep,and convenient,which has a wide application prospect.

Keywords：GPRS;AVR single chip computer;oil-fume sensor;data acquisition;remote wireless monitoring;TCP/IP protocol

油煙能夠對人體及環(huán)境造成嚴重危害,對油煙加強監(jiān)控治理已經成為人們關注的焦點。目前國內的油煙監(jiān)控方式多為現(xiàn)場監(jiān)控,具有遠程信號傳輸功能的的監(jiān)控系統(tǒng)很少,監(jiān)控的效率也不高。隨著移動通信的迅速發(fā)展,GPRS移動數(shù)據(jù)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(yè)務,給遠程無線監(jiān)控提供了便利［1］。本系統(tǒng)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(shù)據(jù)通過GPRS無線網和Internet,實現(xiàn)油煙的遠距離實時監(jiān)測和管理。

1 系統(tǒng)的工作原理

以AVR單片機為主處理芯片,實現(xiàn)傳感器信號的采集、發(fā)送以及遠程控制命令的接收。系統(tǒng)功能結構框圖如圖1所示。

系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集監(jiān)控軟件上。如果遠方的PC機的工作人員需要對系統(tǒng)進行控制時,可以發(fā)送的控制信號通過Internet與GPRS服務進行連接,系統(tǒng)的GPRS模塊接收到信號后也把數(shù)據(jù)存入SRAM,AVR單片機從SRAM中讀取數(shù)據(jù),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(tǒng)硬件電路設計

系統(tǒng)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(shù)據(jù)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,0～V瑿C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(tǒng)所用的傳感器是TGS2100空氣質量傳感器,具有對氣味氣體、氣態(tài)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:V_H是加在加熱電阻R_H上的電壓,保證傳感器工作在合適的感應溫度;V_C是傳感器的工作電壓,V_C和V_H可以使用同一個電源,保證在5.0±0.2 V DC;R_S是敏感電阻,煙氣的濃度改變其電阻值也跟著改變;R璍是負載電阻,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R_S的功耗P_S≤15 mW［2,3］。

2.2 存儲電路

由于以太網的數(shù)據(jù)包最大可以有1 500 B,當數(shù)據(jù)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(tǒng)的吞吐數(shù)據(jù)的能力。結合本系統(tǒng)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(tài)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(tǒng)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(shù)據(jù)傳輸。

另外,系統(tǒng)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(tǒng)掉電后信息的丟失。

2.3 GPRS模塊接口電路設計

本系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(jù)本系統(tǒng)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(shù)據(jù)輸入/輸出。系統(tǒng)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(fā)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(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)在上電復位后,首先要進行系統(tǒng)初始化,即要對其工作參數(shù)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(fā)送配置寄存器、數(shù)據(jù)配置寄存器、中斷屏蔽寄存器等。系統(tǒng)軟件總體流程圖如圖4所示。

系統(tǒng)工作時不斷地通過串口向MC39i模塊發(fā)送AT 命令查詢是否有新的命令,然后根據(jù)命令做相關的處理。

在監(jiān)控中心服務端PC機上,數(shù)據(jù)采集監(jiān)控軟件,采用VC++作為開發(fā)平臺,采用TCP/IP Winsock編程。對TCP的實現(xiàn)是通過TCP API來實現(xiàn)的。通過在PC機上設計TCP/IP端口監(jiān)控的程序,對系統(tǒng)進行控制與通信,實時監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)來的TCP數(shù)據(jù)包,達到遠程監(jiān)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(xiàn)油煙遠程無線監(jiān)控系統(tǒng),系統(tǒng)不僅可以應用在油煙的監(jiān)測,也可以用在其他領域的信號監(jiān)測上,具有廣闊的應用前景。

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作者簡介 許建龍 男,1982年出生,碩士研究生。主要研究方向為嵌入式系統(tǒng)設計。

陳益民 男,1963年出生,副教授。主要研究方向為光機電一體化。

駱德漢 男,1958年出生,教授。主要研究方向為機器嗅覺,信息電子。