2 基于单片机的无线防盗报警系统总体方案设计
2.1 系统总体架构
报警系统主要由数据采集模块、单片机控制模块、无线发送接收模块、声光报警模块组成。图2-1为火灾报警系统的结构框图。
发 送部分 滤波处理，然后经由模数转换芯片，将模拟信号转换为数字信号，将此信号输给单片机，由单片机控制发射模块将烟雾信号发射出去，接收模块接到信号后，将信息传给单片机，由单片机控制报警。 2.2 系统主要器件的选择 2.2.1 烟雾传感器的选择
烟雾传感器的功能：当火灾发生时，它能把火灾产生的各种非电量参数(如烟雾，温度)变成电量参数传送给控制器；其特点是模拟量传输，跟随各种非电量参数的变化而变化，火灾探测器根据火灾发生时所表现出来的物理现象可以分
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接收部分
图2-1 系统结构框图
系统的工作原理是：通过烟雾传感器将烟雾信号采集出来，将信号进行二阶
为：气敏型、感温型、感烟型、感光型、感声型五大类[5]。
(l)感温探测器
感温火灾探测器是对火灾现场温度参数响应的火灾探测器。按照它对环境温度或温度变化的响应，可分为：定温、差温、差定温三种形式。单一的感温探测器灵敏度低、探测范围小，对阴燃情况不响应，因此不适用于火灾早期的探测[6].
(2)感烟探测器
感烟探测器主要响应燃烧或热解产生的固体液体微粒即烟雾粒子的探测器，主要用来探测可见或不可见的燃烧产物及起火速度缓慢的初期火灾。感烟探测器具有非常好的早期报警功能，即使在不太好的环境条件场所也会有比较好的探测效果，它一般适用于极高的房屋或空心花板或地下室中。感烟探测器适用于火灾前期及早期，产生大量的烟和少量的热[7]。
(3)气体探测器
气体检测仪器是一种检测气体浓度的仪器，该仪器适用于存在可燃或有毒气体的危险场所，能长期连续检测空气中被测气体爆炸下限以内的含量。可广泛应用于燃气，石油化工，冶金，钢铁，炼焦，电力等存在可燃或有毒气体的各个行业，是保证财产和人身安全的理想监测仪器[8]。
(4)图像探测器
图像火灾探测器是针对室外、隧道和室内高大空间的特殊需求而开发的工业等级的火灾探测器。该产品实现了“眼睛和大脑”的完美统一，能在各种复杂环境下对火情做出准确的判断，同时提供视频、网络、开关量三种报警方式，可灵活接入各类火灾报警体系[9]。
(5)红、紫外火焰探测器
探测器可探测碳氢化合物燃烧火焰，如氢气、羟基化合物以及金属和无机物燃烧火焰火警。探测器对紫外和红外传感器接收信号的频率、亮度和持续时间进行分析，任何一个传感器在接收到火焰发射频谱后都能够引发报警。探测器能够在高/低温，高湿，震动等最苛刻的环境下工作[10]。
烟雾浓度是早期火灾发生的重要特性参数之一，在较大范围的监视场所，烟雾探测一直被广泛使用的火灾探测方法。
烟雾报警器就是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的，烟感器内部采用离子式烟雾传感，离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各种消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器[11]。
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为了将人们的生命财产安全损失降至最低，为此本设计主要采用了能比较早检测到火情的烟雾传感器进行设计。 2.2.2 单片机及A/D转换芯片的选择
AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央 处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合[12]。
AT89C52主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0至P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（32至39 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能[13]。
图2-2 AT89C52芯片的引脚图
常用的8位8通道数模转换专用芯片ADC0804是本设计所采用的A/D转换
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芯片，ADC0804是属于连续渐进式（Successive Approximation Method）的A/D转换器，这类型的A/D转换器除了转换速度快（几十至几百us）、分辨率高外，还有价钱便宜的优点，普遍被应用于微电脑的接口设计上。ADC0804只有数据总线，没有地址总线，也不需要地址锁存器[14]。当AT89C52向其发送读写信号时，只要虚拟一个系统不占用的数据存储器的地址即可。芯片引脚图如图2-3所示。
图2-3 ADC0804芯片的引脚图
ADC0804的主要性能指标为:
1．工作电压：+5V，即VCC=+5V
2．模拟输入电压范围：0～+5V，即0≤Vin≤+5V
3．分辨率：8位，即分辨率为1/2=1/256，转换值介于0～255之间 4．转换时间：100us 5．转换误差：±1LSB
6．参考电压：2.5V，即Vref=2.5V
2.2.3 无线发射接收模块的选择
NRF24L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4 GHz～2.5 GHz频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低,在以-6 dBm的功率发射时，工作电流也只有9 mA;接收时，工作电流只有12.3 mA，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便；nRF24L01 还可以兼容nRF2401A、nRF24L01+、nRF24LE1、nRF24LU1等无线模块，并且它们在一定条件下可以互相通信[15]。本设计经过所使用的NRF24L01最大的传输距离大约为5m～6m。
此无线发射模块可以运用在以下方面：无线鼠标，键盘，游戏机操纵杆；无
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线门禁，无线数据通讯，安防系统，遥控装置，智能运动设备等。
（1）工作原理
发射数据时，首先将nRF24L01配置为发射模式：接着把接收节点地址TX_ADDR和有效数据TX_PLD按照时序由SPI口写入nRF24L01缓存区，TX_PLD必须在CSN为低时连续写入，而TX_ADDR在发射时写入一次即可，然后CE置为高电平并保持至少10μs，延迟130μs后发射数据;若自动应答开启，那么nRF24L01在发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号（自动应答接收地址应该与接收节点地址TX_ADDR一致）。如果收到应答，则认为此次通信成功，TX_DS置高，同时TX_PLD从TX FIFO中清除;若未收到应答，则自动重新发射该数据(自动重发已开启)，若重发次数(ARC)达到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中数据保留以便再次重发;MAX_RT或TX_DS置高时，使IRQ变低，产生中断，通知MCU。最后发射成功时,若CE为低则nRF24L01进入空闲模式1;若发送堆栈中有数据且CE为高，则进入下一次发射;若发送堆栈中无数据且CE为高，则进入空闲模式2。
接收数据时,首先将nRF24L01配置为接收模式，接着延迟130μs进入接收状态等待数据的到来。当接收方检测到有效的地址和CRC时，就将数据包存储在RX FIFO中，同时中断标志位RX_DR置高，IRQ变低，产生中断，通知MCU去取数据。若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。最后接收成功时，若CE变低，则nRF24L01进入空闲模式1。
（2）参考数据
表1 nRF24L01参考数据
参数 最低供电电压 最大发射功率 最大数据传输率 发射模式，电流消耗 接收模式，电流消耗 温度范围 掉电模式，电流消耗 数据传输为1000Kbps时的灵敏度
（3）nRF24L01封装及引脚排列和功能
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数值 1.9 0 2000 11.3 12.3 -40～+85 900 -85 单位 V dBm kbps mA mA ℃ nA dBm