基于wifi的单⽚机⽆线通信研究_基于烟雾检测⽕灾⾃动报警系 统
著作权归作者所有。
商业转载请联系作者获得授权，⾮商业转载清注明出处。
作者：胡皓 王兴
来源：中国知⽹
摘要：讨论了⽤MC14468离⼦型烟雾检测报警器、单⽚机8051、nRF401单⽚射频收发器构成的⽕灾 ⾃动报警系统。由于引⼊了⽆线通信技术和FSK（频移键控）调制解调技术为核⼼的nRF401射频收发 器，使系统的性能⼤⼤提⾼，尤其是使系统报警更具实时性和可靠性。
关键词：MC14468 ； 8051 ； nRF401 ； FSK ；⽕灾报警
⼀、前⾔ 现代建筑的特点是楼层不断加⾼，这主要是从缓解城市⽤地紧张的⾓度出发的，同时还便于集
中供电、 供热、供⽓，便于集中控制和管理。现在，不论是普通型（⽐如民⽤住宅）还是豪华型（⽐如⾼级宾馆）的 ⾼层建筑，都⽇益重视防⽕和安全技术的普及应⽤。因为其楼层多、⼈员密集，如果发⽣⽕灾，疏散困难， 扑救也困难，势必造成严重的⼈员伤亡和财产损失。为了保障⾼层建筑安全可靠，必须设计出具有可靠性⾼、 实时性好的⽕灾⾃动报警与消防系统，其要求是：（1）当有⽕情发⽣时，能以最快的速度检测报警，并能检 测⽕情发⽣的具体地点（特定的地址编码）；（2）经查实确认后，能及时的通报消防部门灭⽕；（3）系统本 ⾝应有⾃⾝故障检测的功能，如系统⽋电压报警和⾃检功能等，保证⾃动报警系统功能完好；（4）较⾼的系 统抗⼲扰能⼒，防⽌系统发⽣误报警。
⽬前，虽然已经有多种⽕灾⾃动报警系统，但⼤多还属于脱机⽅式，最终要靠⼈来联系消防部门，往往 由于不能及时报警⽽造成重⼤损失。如果能够以在线的⽅式直接⼯作，将很⼤程度上减轻财产损失和⼈员伤 亡。我们正是着眼于这⼀问题，⼒图从根本上解决脱机信号传输⽅式存在的问题，直接将信号通过⽆线传输 技术发送给主控室或消防部门，达到第⼀时间救⽕、灭⽕的⽬的。
图⽚来⾃论⽂内容
⼆、系统的总体结构 本系统由两部分组成：检测发射部分和接受控制部分，其结构 如图1和图 2所⽰。⼆者均采⽤单⽚机控制，系统结构简单，容易 实现。由于采⽤了 nRF401 单⽚射频收发器，从⽽达到了⽆线传输 的⽬的，能迅速的发出报警信号，⽅便及时的控制⽕情。检测发射 端和接收控制端选⽤了⽬前市场上已经成熟的⾼性能芯⽚，其外围 电路结构简单，实现容易，可靠实⽤。系统由三⼤芯⽚互相配合构 成，检测装置采⽤了 Motorola 公司⽣产的具有声光报警电路的 MC14468 芯⽚，能实现多点并⾏检测，配合外围电路可构成多点烟 雾报警系统，其应⽤电路如图3所⽰。⽆线收发器采⽤美国Nordic 公司最新推出的基于⽆线通信的nRF401型单⽚射频收发器，它采 ⽤了⽆线通信和FSK （频移键控）调制解调技术，⼯作频率稳定且 抗⼲扰能⼒强，不需要对数据进⾏编码，外围电路简单，使⽤⽅便，去其他检测报警单元 CiOl”R21.5M Cs：1000
Cs：1000更能提⾼系统的可靠性。
IM离⼦源 CiOl”
IM离⼦室 IM
INT 8.2
8.2 53144 MC 14468 135126117 1089 M IM
每次TO记时开始时， 要由软件重新置初值，从⽽不会由于 90 ms 期 间MC14468管脚1上的信号消失或变低⽽导致 下次运⾏出错。
nRF4O1 的串⾏⼝直接和单⽚机的串⾏⼝ 连接（DIN 接 TXD，DOUT 接 RXD）， TXEN 端的⾼/低电平由软件设置，可实现nRF401发 射模式与接收模式之间的相互切换。当需要发 射数据时，由晶振电路产⽣的4 MHz频率作为 其内部锁相环的基准频率，经锁相环和压控震 荡器进⾏ N 倍频后，中⼼频率 f O 成为 433.92 MHz或434.33 MHz （双频道），调制后， ±⼛ /=0±15 kHz （该芯⽚调制度为±15 kHz）， 最后经功率放⼤器放⼤后从PCB天线上发射出去。
四、接收部分
nRF4O1 从 PCB 天线上接收到调频信号时，单⽚机置 TXEN端为低电平，功率放⼤器被关断从⽽进⼊接收状态。 调频信号依次经低噪声放⼤器放⼤，经混频器（其作⽤是 抵消本机发送器与接收器之间的⾼频⼲扰）变成中频，再 经带通滤波器滤波和调制器解调后，成为数据输出。这时 单⽚机切换到发射模式，回送握⼿信号，nRF401把得到的 数据输送给单⽚机，经处理后从P1 ⼝输出到LED上显⽰（⽕ 情来源地信息），同时驱动报警器报警。
fpc焊接机相⽐于检测发射端电路，接收控制端电路更简单。各 管脚引线⽅法两者基本相同，只是软件实现稍有不同。它 可直接⽶⽤多位LED显⽰，不⽤扩展任何接⼝。
其应⽤电路如图 4 所⽰。由于采⽤低发射功率和⾼接收灵敏 度的设计⽅案，因此不受⽆线电管理条例的限制，⽆须办理 许可证。
nRF401的引⼊是本系统的突出特点之⼀，它极⼤ 的提⾼了系统的实时性，这对安全系统是相当重要的。单⽚ 机采⽤8051，它不但是MC14468与nRF401之间的桥梁， 还起着控制各芯⽚时钟周期相互配合的作⽤，这也是相当重 要的⼀环。由于本系统整体结构简单，软件容易实现，因此 不需要对8051 进⾏特别的扩展。
三、发射部分
MC系列芯⽚MC14468为离⼦型烟雾检测报警芯⽚，
是⽬前市场上很流⾏的集⽕灾检测与报警于⼀体的智能传 感器。当检测到烟雾颗粒时，它能驱动其外围连接的压电 陶瓷蜂鸣器或压电式扬声器发出报警声，与此同时，还驱 动发光⼆极管（LED）以1Hz的频率闪烁发光，利⽤声光 报警达到烟雾报警的最佳效 果。
MC14468 的 1 脚（检测输 出端）直接联接单⽚机的 INT0，当检测到烟雾时，其输 出的⾼电平通过 I
NTO 控制单 ⽚机内部定时器T0⼯作，定时 9O ms，TO 溢出中断，进⼊中 断服务程序，通过串⼝发送数 据（房间号或之前对该系统的 有意义编码）给单⽚射频收发 器nRF401。在检测到烟雾时， MC14468⾃⾝的100 mV的滞 后电压会防⽌其他外界因素 （如飞⾍）造成的误报警，辅 以单⽚机产⽣ 90 ms 的延时，
图⽚来⾃论⽂内容
图⽚来⾃论⽂内容
图⽚来⾃论⽂内容青梅1H
图⽚来⾃论⽂内容
五、系统软件设计 初始化主要是指对定时器⼯作⽅式寄存器、中断允许 寄存器、串⼝⼯作⽅式寄存器等的设定。当检测到有烟雾
时，先由定时器TO定时90 ms，在此期间，如⼀直能检测 到烟雾，确认有⽕情存在，TO溢出中断，开始发送数据（可 以是⽕情地址编码），经由nRF401的PCB天线发射出去。
INTO被设置为下降沿触发，如果90 ms期间MC14468管脚 1信号消失或变低，都会引起外部INT0中断，计数器重新 置初值。当接收控制端接收到收据时，回送握⼿信号，以 ⽰发送下⼀帧数据，同时控制压电陶瓷蜂鸣器报警，并控 制 LED 显⽰数据；如没接收到，即检测发射端没接收到应 答信号，则重新发送，直到接收到为⽌。TXEN端的⾼/低 电平由软件设置，可实现nRF401发射模式与接收模式之间 的相互切换。
程序主要采⽤汇编语⾔，运⽤⾃上⽽下的设计思想， 总体分为两部分，如流程图 5 所⽰。整个软件系统有主程 序和中断程序、显⽰程序、延时程序等⼦程序。主程序主 要是对系统的初始化以及检测处理，中断程序主要是发送 数据并通过nRF401发射出去，显⽰模块实现的功能是接收 数据并送 LED 显⽰，同时启动报警，延时程序是为了 nRF4O1 的发射模式与接收模式之间相互切换时序的需要。
六、结论
综上所述，由MC14468、8051、nRF401三⼤芯⽚组成 的⽕灾⾃动报警系统，具有功能强、灵活性⾼、可靠性好、 抗⼲扰能⼒强、实时性⾼等优点，系统整体结构简单、容 易实现、实⽤⽅便，符合安全系统的要求。
sero-0151
参考⽂献：
沙占友.集成化智能传感器原理与应⽤[M].北京： 电⼦⼯业出版社，2004.给排水在线
余锡存，曹国华.单⽚机原理及接⼝技术[M].西安： 西安电⼦科技⼤学出版社，2002
调浆桶图⽚来⾃论⽂内容采集重构
Abstract： The automatic fire alarm Automatic Fire Alarm System Based On Smoke Detection Abstract： 接收控制端流程图 Automatic Fire Alarm System Based On Smoke Detection
system is discussed which consists of a iron-type smoke detector NC14468, a microcontroller 8051 and a radio frequency transceiver nRF401. Because of nRF401 being introduced into which adopts the radio communication technology and the FSK technology , the system is improved increasingly in the performances , such as real-time function and high responsibility. Keywords：
Keywords：MC14468；805 1；nRF401；FSK； fire alarm
