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1、 1 基于单片机的仓库防火预警系统的设计 摘 要：仓库是一个物资集中储存的重要场所，仓库火灾预警是仓库管理的重要组成部分。本文研究的是基于单片机的多传感器火灾探测系统，本系统具有采集现场信息，并将信息分析预测，结果传递给相关人员和显示火灾信息的功能，并且能够在现场对火灾进行声光报警的功能。本文针对火灾自动预警系统结合国内外现状进行了深入的研究。全面阐述了火灾自动预警系统的硬件电路和软件设计方案。本文的目的是开发一套结构简单、价格低廉、使用方便而且能及时的发现火情并能有效的避免误报、漏报的火灾自动预警系统。关键词：火灾探测器；ATmegal6；时间序列分析；无线通信 The Design of
2、Warehouse Automatic Fire Alarm System Based on MCU Abstract:Warehouse is an important place which storage materials centrally and warehouse fire warning is an important part of the warehouse management.This paper studies the multi-sensor fire detection system based on single chip,The system has a fu
3、nction which is collect site information firstly,analysis and forecast information,and pass it to the relevant personnel and display fire information finally,and can adopt an audio-light alarm for fire on the spot.The article conduct thorough research for the automatic fire warning system combined w
4、ith the current situation at home and abroad,and elaborate comprehensively the hardware circuit of automatic fire alarm system and software design.The purpose of this paper is to develop a set of fire automatic warning system which structure is simple,price is low,use is convenient and can timely de
5、tect fire and can avoid the leaking and false alarm effectively.Key words:The Fire Detector；Atmega16；Time Series；Wireless Communication 1 前言 1.1 研究背景 仓库安全是仓库管理中的重要目标，而对仓库安全的威胁主要来自于人为破坏和仓库物资因为存储环境或物资本身的变化，其中人为的引起火灾是仓库安全威胁最主要的因素。火灾是指在空间和时间上造成一定程度上损失的燃烧过程，是危害人类生命财产安全、直接影响经济发展和社会稳定的一种常见灾害，它也是世界上发生频率 1 很
6、高的灾害之一，在地球上每天都有火灾发生，据联合国“世界火灾统计中心(WFSC)2000 统计资料”，全世界每年的发生 600万至 700万次火灾，每年至少有 6-7万人死于火灾。火灾是全世界各国 人民所面临的一个共同的灾难性问题。它给人类社会造成了生命，财产的严重损失。在我国，随着经济的发展和生活水平的提高，火灾的危害也随之大幅升高。我国物资仓库正朝着大型化、现代化、多功能化的方向发展，由于现代化仓库功能较复杂，设备物资繁多，一旦发生火灾，不能同一般建筑那样从外部进行灭火，给人员疏散和扑救工作带来了很大困难，很容易造成重大的经济损失甚至人员伤亡。因此，在现代化的仓库，还有酒店、大型宾馆、办公楼
7、、博物馆、图书馆和商场等公共场所，对火灾预警系统提出了更高的要求。要想有效的防止火灾，一方面要减少引起火灾的因素；另一方面要在发生火灾时，及时报警，并采取有效措施控制火情的发展，将火灾消灭在初期阶段。为了确保人身安全，最大限度地减少 社会财富的损失。为此，火灾自动报警系统作为预防火灾的一个很重要的措施已经作为建筑设计 的强制性要求进入到了每一座具有火灾隐患的建筑内。1.2 火灾自动报警系统的发展 1.2.1 根据发展过程分类 火灾自动报警系统的诞生已有 100 多年历史。纵观 100 多年人类开发火灾自动报警系统的过程，我们可以把这一段历史分为三个阶段：初期阶段是用一些简单的分立元件构成的火灾
8、自动报警系统，从十九世纪四十年代一直延续到本世纪四十年代，这期间感温探测器占主导地位，火灾自动报警系统的发展处于初级阶段。20 世纪初，定温探测器渐渐得到改进和发展，同时采用低熔金属的新型探测器也被研制出来，随后人们相继研制出了双金属差温火灾探测器、热熔电阻差温探测器，膜盒差温火灾探测器、半导体差温火灾探测器和兼有差温、定温两种功能的差定温火灾探测器等。第二阶段是从二十世纪五十年代到七十年代，在这期间大力发展了感烟探测器，感温火灾探测器则处于次要位置。用感烟的方法来探测火灾使人类在实现火灾早期报警方面迈出了一大步，此时的系统一般是多线制，其特点是稳定性、可靠性差，线路复杂，调试难度大。从四十年
9、代末期开始，研究者开始研究离子式感烟探测器，并获得成功。由于离子式探测器探测火灾比感温探测器快得多。它的出现很快达到了广泛应用。随着电子工业的发展，场效应晶体管代替了阴极射线管，探测器的供电电压也 1 从 220 伏降到了 24 伏，甚至 9 伏，用 9 伏叠层电池可以为离子感烟探测器供电，为进入家用市场创造了条件。第三阶段是从八十年代开始至今。总线制火灾自动报警系统蓬勃兴起，它同以前的产品相比有了很大的飞跃，布线工作变的减少，安装调试变的容易，降低了安装和维修费用，其最大优点是施工简单并能精确定位报警部位，因而得到了较广泛的应用。人们为每个探测点设置了单独的地址编码。火灾报警控制器通过巡检方
10、式，分别采集各探测点的数据，并发出火警及故障等具体信息。随着技术的不断进步，智能系统已突破了传统的火灾探测报警范畴，它与建筑物内的防盗报警系统，电视监控系统，信息交换系统，公共安全系统等组成楼宇自动系统而成智能大厦。误报的严重程度，用误报率大小来衡量，误报率越小越好。1.2.2 根据应用类型分类 火灾报警系统，从发展过程来看，大体可分为三个阶段1：(1)多线型火灾报警系统 多线型火灾报警系统的探测器除了需要提供两根电源线外，还需要一根报警信号线，探测器的信号线连接在报警显示盘上，报警时点亮相应的指示灯。此类系统的功能一般以报警为主，辅以简单的联动功能，其报警器对外围探测器无故障检测功能，只会对
11、电源线的断线做出故障反应。(2)总线型火灾报警系统 这种火灾报警系统中己经嵌入了微处理器，探测器和模块均采用地址编码形式，通过总线与控制器实现信号传送，灵敏度在制造时已由硬件决定，不可以再调，此类系统能够进行现场编程，并通过各种模块对各个联动设备实行比较复杂的控制，具有部分故障诊断功能，但对故障类型不能区分。(3)智能复合型火灾报警系统 由于采用了设有单片机的模拟量探测器，大大的提高了智能化程度，并且可以通过软件对灵敏度根据使用场合、时间进行设定和调整，提高了系统的稳定性和可靠性。还可以自动处理电磁干扰对线路分布参数的影响。这一功能可增强系统的稳定性及可靠性，减少了误报。复合型智能火灾报警系统
12、是未来火灾报警系统的主要发展方向。发生火灾的情形种类繁多，产生的原因也纷繁复杂，仅仅对某一特定的火灾参考量进行探测，难免会发生漏报或误报的现象。复合型探测技术正是降低误报漏报现象的有效途径。1.3 火灾报警的国内外现状及存在问题 1 1.3.1 火灾预警系统的国内外现状 发达国家，普遍具有相对完善的火灾预防、报警、扑救以及善后处理等体系。国家每年都会从财政中拨付许多用于培训相关人员，更新维护预警设备。西方发达国家都把各个用户的终端传感器和信号采集设备连接起来，通过实时数据采集，从而对自动火灾报警系统进行实时操作和监控，将故障进行远程传输。目前，很多发达国家已经拥有将火灾报警系统应用于整个城市消
13、防预警当中的成功经验。多年来，这些国家已经把火灾自动报警系统与公共监控系统连接在一起，通过公共监控系统可以及时、准确发现火灾隐患和地点，判断火灾的类型，调集消防力量及时控制火情。当前，国外火灾自动报警应用技术渐渐向着网络化、智能化、多样化、和小型化发展。我国火灾报警系统起步较西方发达国家晚，90 年代以后火灾报警产品才真正开始发展，随着政府的改革开放，国外企业开始大量进入中国市场，带来了先进技术，同时也促进了市场的成熟。我国火灾报警系统的相关企业也得到了快速发展，部分企业通过技术合作、合资生产，取得了较好的成绩，部分技术已接近或赶上了国际先进水平。随着经济的高速发展，社会上对火灾自动报警系统的
14、需求不断加大，对其要求也越来越高，同时计算机技术和控制检测技术的高速发展也促进了火灾自动报警控制系统的发展，特别是近年来兴起的各类新方法、新技术又使火灾自动预警技术上了一个新台阶。1.3.2 国内火灾报警系统存在的问题 目前国内火灾报警系统主要存在有以下问题2：(1)火灾自动报警系统存在误报、漏报问题 目前，火灾自动报警系统中的传感器本身普遍存在一定缺陷，加上环境中的气流、灰尘、电磁场等不利因素，使得系统在火灾探测过程中经常出现误报和漏报。随着火灾自动报警系统中探测器数目和类型的增多，信号处理的难度也随之大大增加，通过一定阀值来判断火灾状态的方式已经不能适应辨别要求。(2)火灾自动报警系统的智
15、能化水平有待提高 火灾自动报警系统的智能化水平越来越受到人们的关注。传统的火灾监测通常对单个传感器输出信号进行处理采用阂值预警判断，若将同样的方法应用于多元参量的系统，会出现误报或漏报现象。(3)无线通信技术有待进一步发展 传统火灾预警系统通常将各个部件用电缆、导线连接，其连线错综复杂，不仅影响建筑美观，而且布线时会造成导线的损坏。无线通信技术可以弥补这方面的不足。1 可以减少导线使用量，简化网络布局，减少对导线的损坏，扩大火灾监测范围。可在不重新布线的基础上，对消防监测盲区进行监测。1.4 本研究的目的及主要内容 根据当今火灾探测的现状和实现提前预警的需求，将多传感器数据融合技术应用在火灾预
16、警系统中。选择多个传感器对火灾过程中的多个参数进行监测，弥补了采用单一传感器的不足。本系统的研究目的是开发一套可靠性高、结构简单、反应快的火灾自动检测系统。本系统采用了无线自动拨号报警技术，弥补了传统有线通信模式传输距离短的缺点：在现场采用了温度传感器和烟雾传感器配合使用的方式代替了传统单一传感器来监测现场环境信息，很大程度上避免了误报、漏报。达到实现及时准确预警的目的。本文共分六个章节，各个章节内容如下：第一章首先简要介绍了论文研究的背景和意义，然后概述了火灾报警系统的发展历史、组成以及未来发展的趋势；第二章介绍了火灾的发展过程、探测器的种类及系统的总体框图；第三章分别介绍了系统应用的硬件设
17、计；第四章给出了系统的软件设计；第五章做出了总结。2 系统的总体设计 2.1 火灾的燃烧过程 产生火灾的基本要素是可燃物、助燃物和火源。可燃物与空气混合，在较强火源作用下产生预混燃烧。着火后，燃烧火焰产生的热量使液体或固体的表面继续释放出可燃气体，从而形成扩散燃烧。同时，发出含有红外线或紫外线的火焰，散发出大量的热量。烟雾,火焰和热量都称为火灾参量，通过对这些参量的监测便可确定是否发生火灾。大量热量通过可燃物的直接燃烧、热传导、热辐射和热对流，使火情向周围蔓延，这就是常说的火蔓延，火蔓延导致了火势的扩大，形成火灾3。火灾的发展过程一般可分为无可见烟(气溶胶)阶段、可见烟阶段、燃烧(火焰)阶段和
18、剧烈燃烧(高温)阶段。从火灾的形成、发展过程可以得到如下结论：一、火灾产生的主要物理现象有气凝胶、烟雾、火焰、和热量，通过对这些现象的检测便可确定是否发生火灾，这些信息可以作为早期火灾探测的依据。二、早期火灾探测的重要性：当火灾发展到剧烈燃烧阶段时，火势己经很大，难 1 以控制，会对生命、财产造成巨大损失。在火灾的早期阶段(无可见烟阶段、可见烟阶段、燃烧阶段)未产生火灾发展速度较慢，造成损失较小，是发现火情，消灭火灾的最佳时机。三、根据早期火灾产生的物理现象(气凝胶、烟雾、火焰、和热量)在时间上的先后顺序，可以按照其中某一现象研发早期火灾探测技术。2.2 火灾探测器的分类 物质燃烧是一个复杂的
19、物理变化和化学反应过程，火灾探测的实质是检测火灾发生时产生的各类物理、化学变化，从而实现对火灾的动态监测和报警。2.2.1 感烟式火灾探测器 烟雾是火灾的早期特征，利用感烟式火灾探测器可以及早检测到火灾信号及火灾参数，所以，感烟式火灾探测器目前是世界上应用最广，数量最多的火灾探测器。常用的火灾探测器是离子式感烟探测器和光电式感烟探测器4。(1)离子式感烟探测器 离子式感烟探测器是采用空气离化火灾探测方法构成和工作的，它是利用放射性同位素释放的高能量 a 射线将局部的空气电离，产生正、负离子，在外加电压的作用下产生离子电流。离子式感烟式探测器有两个电离室串联，构成等效于电阻串联的偏置电路，其中一
20、个基本不与外界相通的内电离室，另一个是于外界相通的外电离室，电离室有 Pl，P2 两个电极，两个电离室均放入一片放射性镅241(AM241)不断的放射出a 离子，以高速运动撞击空气中的氮、氧等分子。从而使得原来不导电的空气具有导电性，当在电离室两端加上一定的电压后，使空气中的离子像相反的电极移动，形成电离电流。因烟雾颗粒吸附一部分离子，使外室的离子电流减小，等效于他的电阻增大，分压电位增高。(2)光电感烟式火灾探测器 由烟雾离子对光的吸收散射作用。光电火灾探测器可分为减光式和散光式。减光式光电烟雾火灾探测器：进入光电检测暗室内的烟雾粒子对光源发出的光产生吸收和散射作用，使得通过光路上的光通量减
21、少，从而在受光原件上产生的光电流降低。光电流相对于初始标定值的变化量大小，反映了烟雾浓度的大小，以此可通过设计电子线路对火灾信息的变化进行阀值比较、类比判断或火灾参数运算，最后传输至控制电路产生相应的火灾信号，构成开关量火灾探测器、类比式模拟量火灾探测器或分布智能式智能化探测器。散射式光电感烟火灾探测器：1 进入遮光暗室的烟雾粒子对发光原件发出的一定波长的光产生散射作用(按照光散射定律，烟粒子需轻度着色，且当其粒径大于光的波长将产生散 射作用)，使得处于一定夹角位置的受光原件的阻抗发生变化，产生光电流。此光电流的大小与散射光强弱有关，并且由烟雾粒子的浓度和粒径大小及着色与否来决定。根据受光原件
22、的光电流大小，即当烟粒子浓度达到一定值时，散射光的能量足以产生一定大小的激励光电流，可以用于激励遮光暗室外部的信号处理电路发出火灾信号。2.2.2 感温式火灾探测器 感温式火灾探测器可以根据其工作原理分为三大类：定温式火灾探测器、差温式火灾探测器、差定温式火灾探测器5。(1)定温式火灾探测器 定温式火灾探测器是在一定的时间内，火灾引起的温度上升超过某个定值时开始报警的火灾探测器。他有点型和线型两种结构形式。目前常用的定温式火灾探测器有双金属、易熔合金和热敏电阻几种形势。(2)差温式火灾探测器 差温式火灾探测器是在规定时间内，火灾引起的温度上升速率超过某个规定值时启动报警的火灾探测器。他有点型和
23、线型两种结构。消防工程中常用的差温式火灾探测器多是点型结构，差温元件多采用空气膜盒和热敏电阻。(3)差定温式火灾探测器 差定温式火灾探测器结合了定温式和差温式两种感温作用原理并将两种探测器结构结合在一起。在消防工程中，常见的差定温式火灾探测器是将定温式、差温式两种感温火灾探测器组装成在一体，兼有两者的功能，若其中某一功能失效，则另一种功能仍然其作用。因此，大大提高了火灾监测的可靠性。差定温式火灾探测器根据其工作原理，还可以分为机械式和电子式两种。电子式差定温火灾 探测器在当前火灾探测报警及消防联动控制系统中用的比较普遍。他的定温探测和差温探测两部分都是由半导体电子电路来实现的。2.2.3 感光
24、式火灾探测器 感光式火灾探测器主要是指火焰光探测器，目前广泛使用紫外式和红外式两种类型6。此处省略 NNNNNNNNNNNN 字。如需要完整说明书和设计图纸 1 等.请联系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！该论文已经通过答辩 2.2.4 CO 探测器 在无火灾发生的一般情况中，CO 的含量极少几乎没有。在火灾发生时，特别是在阴燃阶段，CO 浓度均超过正常情况下甚至是 CO 浓度最高场所得含量。若在火灾发生初期能及时探测出有大量 CO，就可以确定有火灾信号。CO 探测器是采用一氧化碳传感器作为敏感元件，目前实际使用的是半导体材料的气敏元件，它利用 CO 气体在半导体表面的氧
25、化和还原反应导致敏感元件的阻值变化，变化幅度代表了 CO 气体浓度，从而实现了把 CO 浓度转化为电信号。23 系统的总体设计及工作原理 在人民生命价值不断提高和社会财富不断积累的今天，如何防止火灾对社会财富和人民生命安全造成危害已成为当前社会管理者的一大课题。火灾探测研究就是为了尽早准确发现火灾，及时报警，以采取相应措施进行排除和控制事故的发生和发展。目前我国火灾自动报警控制系统大多应用在商场、大型仓库、高级写字楼等场所，它们所用的都是一些采集集中一区域报警控制方式的智能化程度较高的总线式报警控系统，并且在一些住宅区和商业住宅楼等安装的是单一的火灾自动报警探测装置，这种报警探测装置因为采用单
26、一的传感器所以可靠性不是很高，很容易发生漏报误报。所以本文介绍研制一种结构简单、价格低廉、可靠性高、反应快的火灾自动检测系统。1 图 1 系统总体框图 Fig1 The system ensemble biock diagram 硬件由温度传感器、烟雾传感器、信号处理模块、单片机模块、及自动报警模块组成。非电物理量通过敏感元件即传感器(烟雾传感器和温度传感器)，将现场温度、烟雾等非电信号转化为电信号，并对电信号进行信号处理使模拟量转换为数字量，最后通过单片机对预警值进行比较处理，可进行现场和远程自动报警。通过采用温度传感器与烟雾传感器配合使用，通过检测现场温度与烟雾，从而达到可以早期的发现火情
27、，减少火灾损失，火灾检测系统必须要做到安全、可靠，并具有高灵敏度和极低的误报率。2.4 本章小结 本章从火灾的发展过程开始介绍了火灾从引起到燃烧的所有过程，从而对火灾的发展有了一个充分的了解。随后介绍了火灾探测器的分类，了解各个探测器的特点和预防特性。最后介绍了本系统的硬件组成及总体设计理念、设计目的。3 火灾预警系统的硬件设计 3.1 ATmegal6 单片机简介 AVR 单片机是美国 ATMEL 公司推出的全新配置精简指令集(RISC)单片机。设计人员可以在功耗和执行速度之间取得平衡。AVR 程序和数据总线分离，且具有预取指令功能，即 CPU 在执行一条指令的同时，预取下一条指令，这种模式
28、使得指令可在一个时钟周期内完成。ATmegal6 具有 16K 字节的程序存储器 Flash。为了程序的安全性，Flash 存储器空烟 雾 传感器 信号处理模块 Atmega16 温 度 传感器 液晶显示 键盘 自 动 拨号模块 1 间被分为引导程序段和应用程序段，可以通过对相应熔丝位的编程设定，选择是否需要使用引导程序段以及该段空间的大小。ATmegal6 最小系统如图 2 所示 图 2 ATmegal6 最小系统 Fig2 ATmcgal6 Minimum System 3.1.1 ATmegal6 资源及性能(1)AVR RISC(精简指令集计算机)结构 高性能、低功耗 RISC 的结构
29、。130 条指令，大多数为单周期指令。32*8 的通用(工作)寄存器+外设控制寄存器。工作在 16MHZ 时具有 16MIPS 的性能。片内集成硬件乘法器(执行速度为 2 个时钟周期)。(2)片内集成了较大容量的非易失性程序和数据存储器以及工作寄存器。16K 字节的在线可编程 Flash。支持在线编程。1K 字节的片内 SRAM。512 字节的在线可编程 EEPROM。可编程的程序加密位。(3)外围资源 1 2 个带预分频器、具有比较、PWM 功能的 8 位定时器计数器；1 个带预分频器、具有比较、捕获和PWM 功能的 16 位定时器计数器；1 个具有独立振荡器的异步实时时钟(RTC)；4 个
30、 PWM 通道；1 个可编程的串行 USART 接口；1 个主从收发的 S P I 同步串行接口；带片内 R C 震荡器的可编程看门狗定时器W D T。(4)特制的 MCU 特点 上电复位和可编程的欠电压检测电路；内部集成了可校准的 R C 震荡器，可用软件调整频率；20 个内部和外部的中断源；6 种休眠模式：空闲、ADC 噪声抑制、省电、掉电、待命和外部待命模式。(5)在 4MHz、3V、25 度条件下的功耗 工作模式：36mA；空闲模式：1OmA；掉电模式：05uA。(6)IO 和封装 32 个可编程的 IO 引脚；40 脚 PDIP 封装，44 脚 TQFP 封装。(7)工作电压 2.7
31、-5.5V(ATmegal6L)；4.55.5V(ATmegal6)。(8)运行速度 0-8MHz(ATmegal6L)；0-1616MHz(ATmegal6)。32 感烟探测器的选择 本系统采用的是 NIS-09C 离子室烟雾传感器，这种传感器是日本 NEMOTO 公司专为检测烟雾而设计的单源双室 DSCB 型电离室烟雾传感器。NIS-09C 烟雾传感器的工作原理是：当流经内外电离室的电离电子流不平衡的时候，收集极会充电直到电离电流达到平衡。在无烟雾或无燃烧物时，收集极除受电离电流统计涨落的影响外，维持平衡电位。当烟进入电离室时对电离电流产生影响，外电离由于易于进烟，受影响大于内 1 电离室
32、，电离电流下降，收集极重新充电直到新的平衡电位，这种电位变化可用于触发报警电路。3.2.1 烟雾传感器的特点 (1)单源双室结构；体积小，便于安装在小型报警器中；(2)在相对温、湿度40和 95条件下，极平衡电位变化值在基本参数范围；(3)不锈钢和聚酸酯材料及电离源表面金属钯均具有高耐腐蚀性能；(4)收集极平衡电位一致性好，分散度小，可以用于模拟量感烟探测器；(5)所有焊点预先涂焊料，便于焊接安装。3.2.2 技术规格 条件：外罩电极与源基电极问电压(工作电源电压)：9 V。环境温度：203大气压，接近标准大气压，清洁空气。工作参数：收集极平衡电位为5.50.3V，电容：6PF。3.2.3 注
33、意事项(1)检测输出电压需要用1014NM 以上阻抗的仪表或IC 集成电路。普通的仪表会造成检测结果的不准确；(2)组装烟雾报警器的时候，不要将焊锡等杂物误入器件离子室中，否则必须进行清洗；(3)器件的输出引线应悬空连结，因为普通的电路板会造成微小的漏电流，使检测结果不是很准确；(4)元件引线和 FET 和 IC 的输入引线需要用树脂密封，这样可以使湿度造成的漏电达到最小；(5)由于器件的输出电流很小，元件需要屏蔽，而输入和输出部分受外界影响较大，这部分结构要进行屏蔽处理。3.3 温探测器的选择 温度传感器采用的是 Dallas 公司的推出的 DSl8820 单线数字测温芯片，它能在现场采集温
34、度数据，并将温度数据直接转换成数字量输出。3.3.1 DSl8B20 产品的特点(1)采用单总线专用技术，微处理器只需要一个端口线即可实现与 DSl8820 的双向通信；(2)在 DSl8820 中的每个器件上都有独一无二的序列号；(3)实际应用中不需借助外部任何元件即可实现测温；1(4)测量温度范围在-55 度到+125 度之间；(5)数字温度计的分辨率用户可以从9 位到 12 位选择；(6)内部有温度上、下限超出报警设置；(7)可实现简单的多点分布式温度检测；(8)内部含有寄生电源，电压范围：3.0-5.5V；(9)12 位数字最多在 750ms 内把温度值转换为数字值。3.3.2 DSl
35、8820的引脚和工作说明 DSl8820 有三个引脚，说明如下表 17：表 1 DSl8820 引脚说明 Table1 DSl8820 Pin Description 序号 名称 引脚功能 1 GND 地信号 2 DQ 数据输入输出引脚，漏极开路单总线接口引脚。当工作于寄生电源，也可向元件提供电源。3 VDD 可选择的 VDD 引脚，当工作于寄生电源时，必须接地。引脚排列见图 3：图 3 DSl8820 引脚图 Fig 3 DSl8820 pin diagram DSl8820 的 64 位 ROM 保存了设备的唯一序列码。高速闪存包含了 2 字节的温度寄存器，保存了温度传感器的数字输出。该闪
36、存还提供了对上限和下限超标报警寄存器、配置寄存器的访问。TH、TL 和配置寄存器是非易失性的。DSl8820 利用 Dallas 的单总线控制协议，实现了利用单线控制信号在总线上进行通信。由于所有的设备通过漏极开路端(即 DSl8820 的 DQ 脚)连在总线上，控制线需要一个上拉电阻。在这一总线系统中，微控制器通过唯一的 64 位序列码识别和访问总线上的器件由于每一个设备有唯一的编码，连在一条总线上可被访问的器件数实际上 1 是无限的。DSl8820 于 htmegal6 的接线如图 4 所示：图 4 D818820 与 ATmgal6 的连接图 Fig4 DSl8820 connectio
37、n diagram with ATmegal6 3.3.3 DSl8820 的寄存器 DSl8820 存储器组织如表 2 所示。DSl8820 温度传感器的存储器包括一个告诉暂存RAM 和一个非易失性的可电擦出的 ERAM。数据先写入 RAM，经校验后再传给 ERAM后者主要用于存储 TH，TL 值，前者包含了 9 个连续字节(0-8)，字节 O 和字节 l 是测得的温度信息，字节 0 的内容是温度的低 8 位，字节 1 是温度的高 8 位：字节 2 是 TH(温度上限报警)，字节 3 是 TL(温度下限报警)；字节 4 是配置寄存器，用于确定输出分辨率 9-12 位。第 5、6、7 字节是
38、预留寄存器，用于内部计算。字节 8 是冗余检验字节，校验前面所有 8 个字节的 CRC 码，可用来保证通信正确。配置寄存器为高速暂存 RAM 中的字节 4，它用于确定温度值的数字转换分辨率，具有重要意义，DSl8820 工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。低5 位一直都是 1，TM 是测试模式位，用于设置 OSl8820 在工作模式还是在测试模式，在DSl8820 出厂时该位被设置为 0。R1 和 RO 决定温度转换的精度，即用来设置分辨率。而设定的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间就越长。因此，在实际应用中要在分辨率和转换时间权衡考虑8。表 2 DSl8820 存储器组织
39、 Table 2 DSl8820 memory organization 1 字节 高速缓存 RAM 0 温度数字量的低 8 位 1 温度数字量的高 8 位 2 TH 高温限值字节 3 TL 低温限值字节 4 配置寄存器 5 保留 6 保留 7 保留 8 CRC 校验 3.3.4 DSl8820 常用命令(1)SKIP ROMCCH 控制器可以用这一命令同时访问总线上的所有设备而不需要送出 ROM序列码信息。例如：发 出 SKIP ROM 命令后接着送出 Convert T44H命令，控制器可以使总线上的所有 DSl8820 同时进 行温度转换 请注意，仅当总线上只有一个从属设备时，Skip
40、ROM命令后才可跟着 Read ScratchpadBEtt命令。如果总线上有多于一个的从属设备，由于多设备企图同时送出数据，将 引起数据冲突。(2)SERCH ROMFOH 当系统开始上电时，控制器必须识别总线上所有从机的 ROM 序列码，以确认从机的数目和它 们呢的类别。控制器需要执行 Search ROM 循环(如 Search ROM 命令后接着数据交换)足够多次以识别所有的从属设备。如果只有一个从属设备在总线上，可使用简单的 Read ROM 命令取代 Search ROM。每一个 Search R 伽命令之后必须返回初始化。(3)READ ROM33H 这一命令在总线上只有一个从属
41、设备时使用。它使都控制器可以不用 Search ROM命令就可读出从机的 64 位 ROM 序列码。当多于一个从属设备在总线上时，如果使用该命令，由于所有设 备都企图响应该命令将产生数据冲突。(4)CONVERT T44H 这一命令开始一次温度转换。变换结束后，数据保存在暂存器的 2 字节温度寄存器中，DSl8820 回到低功耗空闲状态。如果设备工作在寄存器电源模式，则这一命令发生后 10us 之内，在整个变换期间控制器必须在总线上能够有强的上拉。如果 DSl8820由外部电源供电，那么 Covert T 命令之后控制器可以发出读时序。如果温度变换正在进行，那么 DSl8820 返回“0”；如
42、果已经 完毕，则返回“1”。在寄生供电模式下，不能使用这一技术，因为在变换期间总线被抬高。1(5)WRITE SCRATCHPAD4EH 这一命令使得控制器可以写 3 字节数据到 DSl8820 的暂存器中。第一字节数据写到 TH 寄存器(暂存器的字节 2)，第 2 字节写到 TL 寄存器(字节 3)，第 3 字节字节写到配置寄存器(字节 4)。数据以最低有效位发送。所有 3 字节必须在控制器发出复位或数据可能丢失之前写完。(6)READ SCRTCHPADBEH 这一命令使控制器可以读暂存器的内容。数据传送开始于字节 O 的最低位，直到暂存器的第 9 字节(字节 8 CRC)被读取。任何时候
43、，如果只需部分暂存器数据，控制器可以使用复位结束读操作。3.4 系统的无线通信模块 近年来，随着技术和社会的发展，在越来越多的领域开始强调“无线”的概念。手机的更新速度快，价格低廉。由于手机的传输属于无线传输，信号覆盖范围广，在信息传递性能方面稳定、可靠。在这里，考虑把手机作为信息传递的载体，与单片机结合起来行成远距离无线控制系统，可以实现远程数据传输和远程监控等。本设计采用的是 GSM 模块中 TC35 系列的 TC35i 通信模块。3.4.1 TC35i 主要性能和技术特点 TC35i 工作在 EGSM900 和 GSMl800 双频段，电源范围为直流 3.3-4.8V，电流消耗-休眠状态
44、为 3.5mA，空闲状态为 25mA，发射状态为 300mA，2.5A 峰值：可传输语音和数据信号，功耗在 EGSM900 和 GSMl800 分别为 2W 和 1W，通过接口连接器和无线连接器分别连接 SIM 卡读卡器和天线。SIM 电压为 3V1.8V，TC35i 的数据接口(CMOS 电平)通过 AT 命令可双向传输指和数据，可选波特率为 300bs-115kbs它支持 Text和 PDU 格式的 SMS(短息)，可通过 AT 命令或关断信号实现重启和故障恢复。TC35i 由供电模块(ASIC)、闪存、ZIF 连接器、天线接口等 6 部分组成。作为 TC35i的核心基带处理器主要处理 G
45、SM 终端内的语音和数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有模拟和数字功能。TC35i 模块集射频电路和基带于一体，是一个性能优异的无线MODEM 模块，具有标准的 AT 指令接口。利用 TC35i 模块，可以完成数据、语音、短消息和传真等信息的快速、可靠、安全的传输。并且接口简单，便于用户的二次开发使用。3.4.2 TC35i引脚说明 TC35i 模块有 40 个引脚，通过一个 ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座)引 1 出。这 40 个引脚可以划分为 5 类，即电源、数据输入输出、SIM 卡、音频接口和控制。TC35i 的第 1-5 引脚是正电源输入脚通常推荐值 4
46、.2V，第 6-10 引脚是电源地。1l、12 为充电引脚，可以外接锂电池，13 为对外输出电压(共外电路使用)，14 为 ACCU-TEMP接负温度系 数的热敏电阻，用于锂电池充电保护控制。15 脚是启动脚 IGT，系统加电后为使 TC35i 进入工作状态必须给 IGT 加一个大于lOOms 的低脉冲，电平下降持续时间不可超过 1ms。16-23 为数据输入输出，分别为 DSRO、RINGO、RXDO、TXDO、CTS0、RTS0、DTR0和 DCDO。TC35i 模块的数据输入输出接口实际上是一个串行异步接收器，符合 111JT RS232 接口标准。它有固定的参数：8 位数据位和 1 位
47、停止位，无校验位，波特率在 300bps-115kbps 之间可选，默认 9600 bps硬件握手信号用 RTsOCTsO，软件流量控制用 XoNXOFF，CMOS 电平，支持标准 AT 命令集。其中 18 脚、19 脚 TXD 和 TTL 的串口通讯脚，需要和单片机或者 PC 通讯。TC35i 使用外接式 SIM 卡，24-29 为 SIM 卡引脚，SIM 卡同 TC35i 是这样连接的：SIM 上的 CCRST、CCIO、CCCL、CCVCC 和 CCGND 通过 SIM 卡阅读器与 TC35i 的同名端直接相连，ZIF 连接座的 CCIN 引脚用来检测 SIM 卡是否插好，如果连接正确，
48、则 CCIN引脚输出高电平，否则为低电平。TC35i 的第 32 脚 SYNC 引脚有两种工作模式，一种是指示发射状态时的功率增长情况，另一种是指示 TC35i 的工作状态，可用 AT 命令 AT+SYNC 进行切换，本模块使用的是后一种。当 LED 熄灭时，表明 TC35i 处于关闭或睡眠状态：当 LED 为 600ms 亮600ms熄时，表明 SIM 卡没有插入 或 TC35i 正在进行网络登录；当 LED 为 75ms 亮3s 熄时，表明 TC35i 已登录进网络，处于待机状态。30、31、32 脚为控制脚，其中 30 为 RTC backup，31 为 Power down，32 为
49、SYNC。35-38 为语音接口，35、36 接扬声器放音。37、38 可以直接接驻极体话筒来采集声音(37 是话筒正端，39 是话筒负端)单片机通过两根 IO 口控制 TC35i 的开关机、复位等，通过串口与 TC35i 进行数据通信。TC35i 与 ATmegal6 的连接图如图 5 所示：1 图 5 TC35i 与 ATmegal6 的连接图 Fig5 TC35i connection diagram with Atmega16 3.4.3 常用的 AT 指令 GSM 模块中的 MODEM 可以通过如下三种方式实现对 SMS 的控制：Block Mode 协议；基于 AT 命令的 Tex
50、t Mode 协议；基于 AT 命令的 PDU Mode 协议。Block Mode 协议产生得比较早，通过终端设备或电脑来控制 SMS，其不能进行文本控制；Text Mode 协议是纯文本方式，可以使用不同的字符集；PDU Mode 协议被所有手机支持，可以使用任何字符集，在国内是默认的编码方式。目前，相对于国外而言，国内 Block Mode 协议和 Text Mode 协议使用的比较少，而 PDU Mode 协议使用最为广泛。TC35i 的数据接口通过 AT 命令可双向传输指令和数据。常用的 AT 指令如表 3所示：8 表 3 TC35i 常用的 AT 指令 1 Table 3 TC35