基于GPRS的油烟远程无线监控系统设计

摘 要：利用GPRS实现了油烟的远程无线监控。监控系统以AVR单片机为控制核心，通过采集油烟气体传感器TGs2100的信号，并由GPRS和Internet发送到监控中心服务端PC机，从而实现传感器信号的远程实时检测；监控中心发送的控制命令通过无线网络由单片机接收并根据信号控制外部设备，从而实现无线控制。与传统监控方式相比，该系统具有耗资小，使用便利等优点，具有广阔的应用前景。
关键词：GPRS；AVR单片机；油烟传感器；数据采集；远程无线监控；TCP／IP协议

    油烟能够对人体及环境造成严重危害，对油烟加强监控治理已经成为人们关注的焦点。目前国内的油烟监控方式多为现场监控，具有远程信号传输功能的的监控系统很少，监控的效率也不高。随着移动通信的迅速发展，GPRS移动数据通讯网络已经覆盖了全国各地，GPRS除具有接入迅速、永远在线、流量计费等特点外，还有无线连接Internet业务，给远程无线监控提供了便利。本系统采用AVR单片机为控制核心，对油烟气体进行检测，并借助GPRS技术，将数据通过GPRS无线网和Internet，实现油烟的远距离实时监测和管理。

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。

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。

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。