基于GPRS的油煙遠程無線監控系統設計

摘 要：利用GPRS實現了油煙的遠程無線監控。監控系統以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發送到監控中心服務端PC機，從而實現傳感器信號的遠程實時檢測；監控中心發送的控制命令通過無線網絡由單片機接收并根據信號控制外部設備，從而實現無線控制。與傳統監控方式相比，該系統具有耗資小，使用便利等優點，具有廣闊的應用前景。
關鍵詞：GPRS；AVR單片機；油煙傳感器；數據采集；遠程無線監控；TCP／IP協議

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。

l 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。