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煙霧檢測技術(懸賞!)

MC系列芯片MC14468為離子型煙霧檢測報警芯片,是目前市場上很流行的集火災檢測與報警於壹體的智能傳感器。當檢測到煙霧顆粒時,它能驅動其外圍連接的壓電陶瓷蜂鳴器或壓電式揚聲器發出報警聲,與此同時,還驅動發光二極管(LED)以1Hz的頻率閃爍發光,利用聲光報警達到煙霧報警的最佳效果。

MC14468的1腳(檢測輸出端)直接聯接單片機的INT0,當檢測到煙霧時,其輸出的高電平通過INT0控制單片機內部定時器T0工作,定時90 ms,T0溢出中斷,進入中斷服務程序,通過串口發送數據(房間號或之前對該系統的有意義編碼)給單片射頻收發器nRF401。在檢測到煙霧時,MC14468自身的100 mV的滯後電壓會防止其他外界因素(如飛蟲)造成的誤報警,輔以單片機產生90 ms的延時,更能提高系統的可靠性。每次T0記時開始時,要由軟件重新置初值,從而不會由於90 ms期間MC14468管腳1上的信號消失或變低而導致下次運行出錯。

nRF401的串行口直接和單片機的串行口連接(DIN接TXD,DOUT接RXD), TXEN端的高/低電平由軟件設置,可實現nRF401發射模式與接收模式之間的相互切換。當需要發射數據時,由晶振電路產生的4 MHz頻率作為其內部鎖相環的基準頻率,經鎖相環和壓控震蕩器進行N倍頻後,中心頻率f0成為433.92 MHz或434.33 MHz(雙頻道),調制後,f=f0±△f=f0±15 kHz(該芯片調制度為±15 kHz),最後經功率放大器放大後從PCB天線上發射出去。

nRF401從PCB天線上接收到調頻信號時,單片機置TXEN端為低電平,功率放大器被關斷從而進入接收狀態。調頻信號依次經低噪聲放大器放大,經混頻器(其作用是抵消本機發送器與接收器之間的高頻幹擾)變成中頻,再經帶通濾波器濾波和調制器解調後,成為數據輸出。這時單片機切換到發射模式,回送握手信號,nRF401把得到的數據輸送給單片機,經處理後從P1口輸出到LED上顯示(火情來源地信息),同時驅動報警器報警。

相比於檢測發射端電路,接收控制端電路更簡單。各管腳引線方法兩者基本相同,只是軟件實現稍有不同。它可直接采用多位LED顯示,不用擴展任何接口。

五、系統軟件設計

初始化主要是指對定時器工作方式寄存器、中斷允許寄存器、串口工作方式寄存器等的設定。當檢測到有煙霧時,先由定時器T0定時90 ms,在此期間,如壹直能檢測到煙霧,確認有火情存在,T0溢出中斷,開始發送數據(可以是火情地址編碼),經由nRF401的PCB天線發射出去。INT0被設置為下降沿觸發,如果90 ms期間MC14468管腳1信號消失或變低,都會引起外部INT0中斷,計數器重新置初值。當接收控制端接收到收據時,回送握手信號,以示發送下壹幀數據,同時控制壓電陶瓷蜂鳴器報警,並控制LED顯示數據;如沒接收到,即檢測發射端沒接收到應答信號,則重新發送,直到接收到為止。TXEN端的高/低電平由軟件設置,可實現nRF401發射模式與接收模式之間的相互切換。

程序主要采用匯編語言,運用自上而下的設計思想,總體分為兩部分,如流程圖5所示。整個軟件系統有主程序和中斷程序、顯示程序、延時程序等子程序。主程序主要是對系統的初始化以及檢測處理,中斷程序主要是發送數據並通過nRF401發射出去,顯示模塊實現的功能是接收數據並送LED顯示,同時啟動報警,延時程序是為了nRF401的發射模式與接收模式之間相互切換時序的需要。

綜上所述,由MC14468、8051、nRF401三大芯片組成的火災自動報警系統,具有功能強、靈活性高、可靠性好、抗幹擾能力強、實時性高等優點,系統整體結構簡單、容易實現、實用方便,符合安全系統的要求。

參考文獻:

[1] 沙占友 . 集成化智能傳感器原理與應用[M] . 北京:電子工業出版社,2004.

[2] 余錫存,曹國華 . 單片機原理及接口技術[M] . 西安:西安電子科技大學出版社,2002

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