王 寧，徐月娜，范文兵

（1.黃河科技學院，河南 鄭州 450000；2.鄭州大學，河南 鄭州 450000；3.鄭州聯(lián)睿電子科技有限公司，河南 鄭州 450000）

1 信息采集與電路轉(zhuǎn)換

1.1 傳感設(shè)備

基于GSM的手機短信火災(zāi)報警系統(tǒng)，依靠傳感設(shè)備進行環(huán)境監(jiān)測與信息采集。當前，最常見的檢測方案包括煙霧檢測、光線檢測和溫度檢測。不同的檢測方案，檢測對象不同，檢測效果也不同。其中，應(yīng)用最廣泛的為煙霧檢測方案。目前，MQ-2煙霧傳感器具備較高的精準率，設(shè)備應(yīng)用成本較低，可以有效檢測可燃氣體含量，并將檢測信息轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號。該設(shè)備需通過信號調(diào)理電路對電信號進行預(yù)處理，包括濾波處理和放大處理等，進而通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換信號形式。MQ-2煙霧傳感器的應(yīng)用機理在于，通過P型半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體氰化物的氣敏性能，檢測空氣成分和可燃氣體的濃度。檢測氣體類型包括煤氣、丁烷、煙霧等。檢測效果受到MQ-2煙霧傳感器靈敏度與線性度的影響。

1.2 溫度檢測

除了氣體檢測，該系統(tǒng)還需搭配相應(yīng)的溫度檢測單元?？刹捎肈S18B20數(shù)字溫度檢測傳感設(shè)備，基于該溫度檢測設(shè)備的單總線接口，實現(xiàn)傳感裝置與數(shù)據(jù)信號處理單元之間的數(shù)據(jù)傳輸。在進行數(shù)據(jù)傳輸時，數(shù)據(jù)信號處理單元可直接對數(shù)據(jù)量進行處理。數(shù)字溫度傳感設(shè)備具備雙向數(shù)據(jù)傳輸功能，并可發(fā)送時鐘信號。出于保證溫度傳感器運行穩(wěn)定的考量，向數(shù)字溫度傳感設(shè)備進行外部電源供應(yīng)。

1.3 調(diào)理電路

基于GSM的手機短信火災(zāi)報警系統(tǒng)，傳感器在采集信息后，會將信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸出。考慮到環(huán)境因素的干擾，且設(shè)備本身的特性也會對信號產(chǎn)生干擾，可通過調(diào)理電路實現(xiàn)信號的處理。利用濾波器電路進行濾波，減少干擾性因素，并通過放大電路對信號加以放大，以確保信號的精準性，提高煙霧檢測的精度。信號調(diào)理電路是輔助性電路的一種。系統(tǒng)設(shè)計時，可基于信號調(diào)理電路來保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與安全性。圖1是當前火災(zāi)報警系統(tǒng)的框圖。

圖1 災(zāi)報警系統(tǒng)

1.4 轉(zhuǎn)換電路

數(shù)據(jù)信號處理單元可直接處理數(shù)字量，但無法處理模擬信號，需要A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。信號轉(zhuǎn)換時，A/D轉(zhuǎn)換的精準性受到轉(zhuǎn)換芯片位數(shù)的影響，高位數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的應(yīng)用會實現(xiàn)高精度轉(zhuǎn)換效果。GSM手機短信火災(zāi)報警系統(tǒng)采用8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832，模擬電壓低于5 V，芯片的分辨性能達到256級，可適用于一般環(huán)境。轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)輸出采用雙輸出模式，確保數(shù)據(jù)輸出的精準性，可有效規(guī)避數(shù)據(jù)輸出和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的誤差。

2 控制電路

A/D轉(zhuǎn)化電路可利用數(shù)據(jù)信號處理單元的數(shù)據(jù)運算及信號判斷功能判斷信號類型，根據(jù)信號確定火災(zāi)發(fā)生作出報警決策，并進行聲光報警。同時，可通過GSM功能以手機短信的方式進行報警。基于系統(tǒng)指示，通過繼電器進行操作與處理。本次設(shè)計采用美國Texas Instruments公司生產(chǎn)的數(shù)據(jù)信號處理單元。該數(shù)據(jù)信號處理單元要求輸入信號在3.75～5.25 V，采用C語言進行編程，以保障系統(tǒng)的可讀性和可遷移性。在控制電路中，設(shè)置相應(yīng)的I/O端口，以檢測濃度閾值。

不同于單片機，數(shù)據(jù)信號處理單元通過超長指令進行信號的處理與控制。采用的數(shù)據(jù)信號處理單元的功能單元共計8個，具備不同的功能，可滿足64組32位通用寄存器單元的應(yīng)用，并實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的高效處理，具備大規(guī)模運算效果。該數(shù)據(jù)信號處理單元可同時執(zhí)行多條指令，并通過其乘法器保障控制器性能。數(shù)據(jù)信號處理單元具備超過1.1GHz的主頻。

編寫控制程序時，可采用結(jié)構(gòu)化編程方法，結(jié)合系統(tǒng)工作的實際情況與真實環(huán)境，調(diào)用大量子函數(shù)，提升程序的抗干擾能力。信號處理單元程序編寫時，通過匯編指令或高級編程語言進行編程，可通過C語言編寫高級程序保證程序的可讀性，并預(yù)留系統(tǒng)升級空間。

3 輸出電路

3.1 GSM發(fā)送

GSM模塊包含射頻模塊、基帶處理模塊、存儲模塊和功放模塊等，具備獨立的操作系統(tǒng)。GSM模塊可應(yīng)用于無線終端、工業(yè)檢測及智能家居領(lǐng)域，應(yīng)用范疇較為廣泛。在信息輸出模塊，可選用西門子公司生產(chǎn)的TC35雙頻900/1800 MHz高度集成GSM模塊，可在3.3～5.5 V的電壓環(huán)境下運行。文本模式只能發(fā)送英文字符，因而將系統(tǒng)運行模式調(diào)整為協(xié)議數(shù)據(jù)單元（Protocol Data Unit，PDU）。PDU模式下可實現(xiàn)號碼接收、回復(fù)等相應(yīng)信息的收發(fā)，可進行十六進制編碼?；赑DU模式，可以用任何字符向手機發(fā)送短信。該模式是時下最通用的移動網(wǎng)絡(luò)終端編碼模式之一，可兼容于不同系統(tǒng)的手機，一旦火災(zāi)發(fā)生，會基于GSM模塊向指定手機發(fā)送報警信息。

3.2 報警電路

基于GSM的手機短信火災(zāi)報警系統(tǒng)，一旦檢測到超過閾值的煙霧濃度，將以聲光的形式進行報警。設(shè)計采用無緣蜂鳴器作為聲音報警器。系統(tǒng)檢測過程中，一旦確定火災(zāi)發(fā)生，則數(shù)據(jù)信號處理單元會產(chǎn)生高電平，通過三極管驅(qū)動無緣蜂鳴器進行聲音報警，并通過發(fā)光二極管的閃爍實現(xiàn)光的報警。聲光報警電路可同時實現(xiàn)聲光兩種信號的報警，用戶在接收到報警信息后，可取消報警狀態(tài)。圖2為聲光報警電路。

4 系統(tǒng)調(diào)試

4.1 硬件調(diào)試

基于GSM的手機短信火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計完成后，需對系統(tǒng)進行調(diào)試，包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。硬件調(diào)試主要指電路調(diào)試，在完成電路焊接的同時，檢測電路板芯片焊接引腳的牢固性，確保充分焊接，避免由于虛焊或短焊導(dǎo)致電路引腳接觸不良，保障系統(tǒng)電源的良好運行，確保電源的使用能夠有效驅(qū)動系統(tǒng)部件。對電路進行調(diào)試時，需按照先靜態(tài)調(diào)試、后動態(tài)調(diào)試，先局部調(diào)試、后整體調(diào)試的順序進行操作。

圖2 聲光報警電路

實際調(diào)試過程中，可通過萬用表檢測系統(tǒng)電源，確保系統(tǒng)電源能夠支持電路的長期穩(wěn)定運行，確保電源波紋系數(shù)能夠滿足數(shù)據(jù)信號處理單元和傳感電路的需求，確保在非短路情況下電源的正常運行，保證系統(tǒng)運行的安全性與穩(wěn)定性。通常，需通過檢測外圍電容，對電源穩(wěn)定性進行驗證。電路調(diào)試要確保芯片可以支撐程序下載及運行的要求，系統(tǒng)開關(guān)量要滿足系統(tǒng)測試需要[1]。

4.2 軟件調(diào)試

開發(fā)數(shù)據(jù)信號處理單元時，可采用集成開發(fā)環(huán)境Code Composer Studio3.0 IDE。它能滿足系統(tǒng)項目建立的要求，并且能夠?qū)Υa編寫、系統(tǒng)調(diào)試及下載器件提供支持。目前，Texas Instruments公司旗下的微控制器與嵌入式產(chǎn)品、系統(tǒng)開發(fā)及調(diào)試工具均可以在Code Composer Studio環(huán)境下運行，包括C/C++、運行環(huán)境、調(diào)試器等功能。Code Composer Studio集成開發(fā)環(huán)境具備直觀化的用戶操作界面，以便全面了解系統(tǒng)開發(fā)的步驟與環(huán)節(jié)，保障產(chǎn)品開發(fā)效率與質(zhì)量。

軟件調(diào)試過程中，為保證程序編碼能夠正常運行，可采用C語言保證程序編寫的可擴展性。C語言的應(yīng)用可保證系統(tǒng)開發(fā)效率，并為后期維護與升級預(yù)留空間，保證系統(tǒng)應(yīng)用的便利性。軟件調(diào)試時，可首先采用Code Composer Studio3.0驗證程序編碼語法，進而運用仿真軟件驗證系統(tǒng)運行效果。若通過仿真驗證，則下載程序目標，完成調(diào)試。

5 結(jié) 論

本次設(shè)計充分運用數(shù)字信號處理單元，以GSM作為信號傳輸路徑，擴大溫度監(jiān)控范圍，并采用數(shù)字信號處理單元實現(xiàn)系統(tǒng)開發(fā)，可提升系統(tǒng)的實時性與智能化效果。在實際的手機短信火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)時，需基于實際需要靈活選用相應(yīng)技術(shù)和措施，以解決生活實踐中的安全問題。