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作者：广西机电职业技术学院 钟镇东 张籍芳 卢家亮
指导教师：蒋朝宁 黄守宁

　　作品简介　　

 　　本作品共分为3个硬件模块。节点1模块，节点2模块，FPGA总控模块，键盘和显示模块。在节点1、2的下方和侧面分别有其模块的开关和电源接头。方便在任意时间、地点使用。接上电源之后，2块1602和电脑显示屏分别显示传感器监测到相关的数据。键盘控制部分：通过键盘可以设置系统时间，按下键盘“time 12:00:00(相应需要设置的时间)”。同时也可以人工控制通过键盘向用户发打电话，按下键盘“uart atd 12345678989(后面的数字为用户的电话号码)”。通过键盘可以向用户发短信，按下键盘“uart msg 12345678989(后面的数字为用户的电话号码)”。当节点1出监测到有烟雾的时候，蜂鸣器响报警，通过无线传输到主端点，主端点显示：节点1的 “SMOKE”(烟雾)由”NO”变为“YES”。马上通过GSM模块自动发送短信到指定用户的手机上。以下是我们作品图片：　　

 　　平台选型说明

　　系统是基于FPGA的平台设计，FPGA资源丰富，可以实现灵活的调制，运行速度快。由于使用了FPGA对数据进行了卷积编解码和深度为8的交织编解码，在很大程度上降低了玛率，灵敏度也得到了提高，一定程度上也降低了发射端的功率，提高系统的稳定性和抗干扰能力。而且FPGA是并行结构，内部含有RAM，容易快速处理数据和同时实现较多硬件功能，能产生高精度、高稳定的时钟频率信号。系统通过主从FPGA的控制，操作简单，调制起来比容易，在保证系统稳定性前提下，还可以实现很好的人机交换界面。

　　设计说明

　　系统框架图如下：　　

 　　二、各组成电路性能要求与分析
　　1、传感器电路设计
　　对于节点1的环境要求监测，我们采用了DHT11数字型温湿度传感器,主要对室内的温度湿度进行实时监控。电路图设计如下：　　

 　　甲醛监测装置我们采用甲醛模块，对采集回来的模拟信号进行分析显示，此装置主要用于房屋室内的有毒气体甲醛含量实施监测。节点1的适用场合在新装修的房屋室内或其他地方。

　　节点2主要监测空气含量的颗粒度和烟雾，次装置适合用于工厂生产现场。烟雾监测主要用了MQ-2气敏传感器探头，对液化气、丁烷、甲烷、烟雾等有较好的灵敏度，具有快速响应恢复特性，使用寿命长、稳定性好特点。适用于家庭或工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等监测装置，探测可燃气体、烟雾300 to 10000ppm。电路设计如下图：　　

 　　为了对模拟信号的精确采样，设计了电压跟随器，稳定信号采样。如下图:　　

 　　空气的中的颗粒浓度则是用成品颗粒传感器模块。

　　三、无线收发模块
　　为了远程距离实施监控，各节点和终端点采用了NRF24L01无线收发模块。nRF24L01是由NORDIC出品的工作在2.4GHz~2.5GHz的ISM 频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括：频率发生器、增强型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和解调器。输出功率频道选择和协议的设置可以通过SPI 接口进行设置。理想状态下传输距离可达100米，数据包每次可传输1～32Byte的数据，较好的完成了我们设计的节点传输监测信号到终端监控。电路设计原理图如下：　　

 　　四、电源电路模块
　　主控板和传感器模块的稳定性和移动性供电，我们采用了线性稳压较好的ASM1117系类芯片，提供了5V和3.3V的电源。如下电路设计：　　

 　　作品特色

　　本系统节点1对于甲醛的检测在生活中尤为实用，同时在数据处理的时候我们进行多次不同环境下的甲醛试纸测试对比得到比较准确的浓度数值。　　

 　　当检测的浓度高于标准值时进行报警，两个节点有体积小，携带方便，也可固定于某处。节点2的监测主要针对工厂生产车间进行设计，我们的烟雾传感器主要是对烟雾进行检测，当发生火灾或者其他的突发事件产生危及性命的烟雾时候，温度检测和烟雾的检测都会有信号收集，并及时进行报警。两个节点与终端点的数据传输通过无线传输模块，不分先后时时发送检测回来的信号，可增设更多的检测节点把数据传输到终端点处理。接收端点可以同时接收两个节点的检测回来的数据，并不会发生冲突。无线传输有方便，轻巧，便宜，传输速率较快。显示模块我们采用VGA接口利用电脑液晶显示屏，当我们需要进行大量数据显示处理的时候小的显示屏远远不能满足显示要求，液晶显示屏可以准确的刷新节点检测的数据，能还原小电脑，有很好的人机界面交换。利用MSG模块在键盘输入相对应的命令后可以打电话发短信。MSG模块则在主端点报警的时候及时对主人的手机号码自动进行拨号和发送短信。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2360