基于nRF2401智能无线火灾监控系统设计

文章摘要：系统软件数据采集控制节点是一种嵌入式无线通信接口，是连接传感器和灭火等设备与监控终端的纽带。数据采集控制节点软件系统采用模块化设计方法，一个模块可被多个任务共享，可以有效节省存储空间，也便于设计和调试。以汇编语言为编程工具，更加有效地利用单片机的硬件资源，可以使系统程序更加简洁，减少占用的内存资源。按照硬件电路设计，数据采集控制节点软件主要完成初始化设置部分、传感器信号检测部分、数据发送部分、数据接收及控制输出几部分等。系统上电后，首先对单片机端口进行相应的设置;其次通过nRF2401的DATA1和CLK1端口将nRF2401配置数据包发送给nRF2401，并置nRF2401为接收模式;最后定

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　　系统软件

　　数据采集控制节点是一种嵌入式无线通信接口，是连接传感器和灭火等设备与监控终端的纽带。数据采集控制节点软件系统采用模块化设计方法，一个模块可被多个任务共享，可以有效节省存储空间，也便于设计和调试。以汇编语言为编程工具，更加有效地利用单片机的硬件资源，可以使系统程序更加简洁，减少占用的内存资源。按照硬件电路设计，数据采集控制节点软件主要完成初始化设置部分、传感器信号检测部分、数据发送部分、数据接收及控制输出几部分等。系统上电后，首先对单片机端口进行相应的设置;其次通过nRF2401的DATA1和CLK1端口将nRF2401配置数据包发送给nRF2401，并置nRF2401为接收模式;最后定时对单片机端口进行循环扫描，若有传感器信号输入，将数据打包，并调用通信数据发送模块将信息发送出去。若有中断信号，则调用通信数据接收模块接收数据，接收完毕对信号进行处理，输出执行命令。数据采集控制节点软件流程如图3所示。

                  

　　                  图3 数据采集控制节点软件流程图

　　结语

　　设计了利用无线通信芯片nRF2401进行数据传输的无线火灾监控系统系统，并全采用了模块化设计，使其具有很好的移植性和扩展性。该系统具有使用方便、成本低、应用灵活、无需重新布线等优点。在实验楼内搭建的该系统能够正常实现火灾自动报警监控的功能，具有误报率低及抗干扰性强等特点。此外本系统具有良好的通用性和可靠性，也可用于建筑物的报警和安全系统。

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　                     　图2 数据采集控制节点电路原理图

　　数据采集控制节点的电路主要包括传感器的输入接口,输出控制接口,电源接口和无线通信芯片nRF2401的接口等。数据采集控制节点通过无线通信芯片nRF2401和监控终端进行通信，数据采集控制节点的无线通信接口由配置选通线(CS、CE、PWR_UP)，通道1(DATA1、CLK1、DR1)和通道2(DOUT2、CLK2、DR2)三部分组成。CS、CE和PWR_UP负责无线通信芯片nRF2401工作模式的配置，nRF2401工作模式有四种：收发模式、配置模式、空闲模式和关机模式。通道1(DATA1、CLK1、DR1)和通道2(DOUT2、CLK2、DR2)是无线通信芯片nRF2401和单片机AT89C2051之间的数据通道，本设计选用通道1(DATA1、CLK1、DR1)作为无线通信芯片nRF2401和单片机AT89C2051之间的数据通道。CLK1是单片机AT89C2051向无线通信芯片nRF2401的时钟输出线，DR1是无线通信芯片nRF2401向单片机AT89C2051发送的中断信号接口，当无线通信芯片nRF2401有数据准备向单片机AT89C2051发送时，DR1产生高电平，则三极管N2导通，单片机AT89C2051引脚P3.3变为低电平，产生中断，单片机AT89C51置接收模式，无线通信芯片nRF2401通过DATA1向单片机AT89C2051发送数据。

　　控制输出采用四路继电器输出，为了防止干扰，采用光电隔离器将输入与输出相互隔离,也将输入和输出端与单片机AT89C2051隔开。无线网络节点的单片机通过光电隔离器和继电器控制输出， 其中P1.X是单片机AT89C2051引脚P1.4、P1.5、P1.6和P1.7，当P1.X置低时，光电隔离器导通，继电器线圈导通，则继电器触点动作，完成控制动作。
　　采集数据处理

　　采样数据处理使用融合算法,将数据采集控制节点发送来的信息用多传感器融合原理进行处理(u=+1为发生火灾,u=-1为未发生火灾):

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