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l 系统的工作原理
以AVR单片机为主处理芯片，实现传感器信号的采集、发送以及远程控制命令的接收。系统功能结构框图如图1所示。 系统工作时，油烟传感器采集的模拟信号经过滤波与放大处理后进入AVR单片机的A／D转换接口，单片机把采集的数据存入扩展的SRAM中并传给GPRS模块，并通过GPRS网络与Internet连接传送到远方的PC机，显示在数据采集监控软件上。如果远方的PC机的工作人员需要对系统进行控制时，可以发送的控制信号通过Internet与GPRS服务进行连接，系统的GPRS模块接收到信号后也把数据存入SRAM，AVR单片机从SRAM中读取数据，控制输出警告信号，同时控制继电器控制油烟净化设备采取油烟的净化措施。 |
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2 系统硬件电路设计
系统硬件电路主要分为传感器信号采集电路、存储电路、GPRS模块接口电路、继电器输出控制电路等几部分。 2．1 数据采集电路 单片机ATmega64L有一个10位的逐次逼近型ADC，最高分辨率时采样率高达15 kSPS，8路复用的单端输入通道，单端电压输入以0 V(GND)为基准，O～Vcc的ADC输入电压范围，可选的2．56 V ADC参考电压，ADC还包括一个采样保持电路，以确保在转换过程中输入到ADC的电压保持恒定。 系统所用的传感器是TGS2100空气质量传感器，具有对气味气体、气态的空气污染灵敏度高、低功耗、寿命长、低价位、应用电路简单等特点，广泛应用在气体测量报警比如香烟气、油烟气、异味等。TGS2100传感器电路如图2所示。 其中：VH是加在加热电阻RH上的电压，保证传感器工作在合适的感应温度；VC、是传感器的工作电压，VC和VH可以使用同一个电源，保证在5．0±0．2 V DC：RS是敏感电阻，烟气的浓度改变其电阻值也跟着改变；RL是负载电阻，它两端的电压是传感器的输出电压。为保证传感器检测的精度，要求传感器工作时RS的功耗Ps≤15 mW。 2．2 存储电路 由于以太网的数据包最大可以有1 500 B，当数据传输高峰时，单片机是无法存储的，因此采用了扩展RAM，以提高整个系统的吞吐数据的能力。结合本系统的要求，采用了ISSI公司生产的IS62C256芯片。这是一款低功耗、32 KB、8位的CMOS静态RAM。单电源5 V供电，TTL兼容输入输出。由于容量是32 KB，所以要用15根地址线控制，在本系统中AVR单片机的PA0~PA7接口连接IS62C256的高7位，在读写过程中，地址传输完后，将IS62C256的低8位地址锁存，然后进行数据传输。 另外，系统还采用E2PROM，用来存储一些配置信息，例如IP地址、时钟初始时间等，防止系统掉电后信息的丢失。 2．3 GPRS模块接口电路设计 本系统的GPRS通讯模块采用的是西门子公司的MC39i，它具有GPRS，USSD和CSD三种数据传输方式以及SMS和FAX功能。模块具有体积小，重量轻，功耗低等特点。 根据本系统的要求，用到的功能引脚只包括电源的输入、电源地、SIM卡引脚，控制部分以及数据输入／输出。系统采用三线制(RXD／TXD／GND)的方式连接MC39i与单片机。对于标准RS 232中未使用的引脚，如果为输出引脚则浮空，如果为输入引脚则通过10 kΩ电阻上拉。模块接口的IGT引脚用于启动GPRS引擎模块，为下降沿使能。 2．4 继电器输出电路模块 继电输出由单片机I／O口引出，触发晶体管开通控制继电器，从而控制外部设备的运作。继电器输出电路如图3所示。 |
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3 系统软件设计
系统在上电复位后，首先要进行系统初始化，即要对其工作参数进行设置，以确保其正常工作。主要是对一些寄存器进行配置，例如接收配置寄存器、发送配置寄存器、数据配置寄存器、中断屏蔽寄存器等。系统软件总体流程图如图4所示。 系统工作时不断地通过串口向MC39i模块发送AT命令查询是否有新的命令，然后根据命令做相关的处理。 在监控中心服务端PC机上，数据采集监控软件，采用VC++作为开发平台，采用TCP/IP Winsock编程。对TCP的实现是通过TCP API来实现的。通过在PC机上设计TCP/IP端口监控的程序，对系统进行控制与通信，实时监控系统发来的TCP数据包，达到远程监控的目的。 4 结 语 讨论了以AVR单片机为主控制核心，利用GPRS技术，实现油烟远程无线监控系统，系统不仅可以应用在油烟的监测，也可以用在其他领域的信号监测上，具有广阔的应用前景。 |
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