NB-Iot烟感06：烟雾检测软件实现及详解

一、产品开发功能简介

1.开机自检

LED灯快闪5次，自检迷宫是否漏光，感烟部分的硬件是否正常，异常蜂鸣器长鸣，LED快闪。

2.工作模式

烟雾探测大概4秒左右感应1次烟感。检测是否有烟雾火灾发生，4秒中检测一次电池是否低压。

LED灯大概48秒左右闪烁一次。

3.烟感报警

测到烟雾报警，LED快闪蜂鸣器嘀嘀鸣叫，声音要求 90DB(正向一米远)。

二、程序开发

1.单片机IO 口驱动

HT45F23A的IO 寄存器列表:

PAWUn：PA 唤醒功能控制位

0：除能

1：使能

PAPUn/PBPUn/PCPUn：上拉电阻控制位

0：除能

1：使能

PACn/PBCn/PCCn：输入 / 输出控制位

0：输出

1：输入

PA/PB/PC IO口控制器

LED闪烁驱动程序。

IO 的初始化和定义：通过原理图我们可以查看到LED 连接到PB1

#define LED_ctrl _pbc1 ///IO 输入输出口控制 = 0 输出
#define LED _pb1 /// LED IO 控制脚
#define LED_pbpu _pbpu1 ///PB 上拉控制脚 = 1
驱动代码
void led_init(void)
{
LED_ctrl = 0; ///配置为输出
LED_pbpu = 1; ///使能上拉
LED = 0; ///LED关闭
}
void led_open(void)
{
LED =1; ///LED关闭
}
void led_close(void)
{
LED = 0; ///LED关闭
}

2. 按键驱动代码、蜂鸣器控制、数据通讯部分代码

这部分代码都是编程的基础代码，在这里给大家不介绍了，如果不懂可以找我们华维单片机编程获取支持，直接度娘就能搜到。

3. 烟雾探测器部分程序逻辑，代码及烟雾探测器的算法介绍:

烟雾探测红外发射。

迷宫的红外发射管，不能常打开，常打开会导致烟感的待机电流过大。

从原理图可以看出。迷宫的红外发射管是有单片机的PC2控制的。 PC2为单片机红外发射管控制脚。

PC2 需要配置成输出 /上拉使能。

烟雾探测红外接收部分逻辑分析。

单片机内部的运算放大器2的结构和对应寄存器的配置方式

下表内容为 OPA2 控制寄存器设置与开关状态的关系。

下表内容为 OPA2 I/O 设置及状态。

单片机内部运算放大器1 的内部结构及IO 表格说明。

下表内容为 OPA1 控制寄存器设置与开关状态的关系：

下表内容为 OPA1 I/O 设置及状态。

单片机的内部ADC:

单片机含有一组 12 位的 A/D 转换器，它们转换的最大值可达 FFFH。由于模拟

输入最大值等于 VDD 或 VREF 的电压值，因此每一位可表示 VDD 或 VREF/4096 的

模拟输入值。

1 LSB=(VDD 或 VREF)÷4096.

A/D 转换器的所有工作由五个寄存器控制。

下三个控制寄存器设置 A/D 转换器的操作和控制功能,一对只读寄存器来存放 12 位 ADC

数据的值。

源于OPA1、OPA2、ADC 的底层驱动我就在这里不和大家探讨了。我们直接看一下烟感感应的驱动逻辑和代码：

4.程序开发

检测迷宫是否漏光。

迷宫探测器是一个密闭的环境，如果迷宫的结构有问题，自然光漏进迷宫中，就会造成迷宫工作异常。

因为自然光中包含我们红外接收管的波长光线，如果接收自然光，红外接收管会收到电压量信号。

程序处理办法：上电关闭红外发射管，打开红外接收管，检测红外接收的电压量，如果有电压量，或电压量还偏大，则说明迷宫漏光，探测器异常。

程序代码逻辑：

第1步：关闭红外发射

第2步：OPA1 OPA2 配置打开启动红外接收

第3步：单片机ADC启动，转换OPA1 接收的电压量

第4步：如果ADC转换的值小于2048，表示设备正常，否则异常报警

第5步：单片机的ADC是12位，FFFH 十进制：4096，ADC 的参考电压选择为单片机工作电压3V，则2048对应的电压值为1.5V.

4096 / 2048 = 3/1.5

对应代码如下：如果返回为1 表示返回0 表示OK

/************************maze_check**********************************/
unsigned char maze_check(void)
{
Vopa1_ctrl = 0;
Vopa1 =1; //set opa input DC bias source voltage
_a2en =1;
delay500us();
_a1en =1;
delay500us();
delay500us();
_emi =0;
_adonb=0;
GCC_NOP();
GCC_NOP();
_adcr=0b00000110;
_start=0; //START ADC Converter ADCR.7
_start=1; //(ADC START bit) 0 -> 1 -> 0
_start=0;
GCC_NOP();
GCC_NOP(); //4 Tad for ADC Sampling Time
GCC_NOP();
GCC_NOP();
_a2en=0;
_a1en=0;
Vopa1=0;
while(_eocb);
An7_AD_H=_adrh;
An7_AD_L=_adrl;
_adonb=1; //Disable ADC
_c=0;
_emi=1;
GCC_RRC(An7_AD_H);
GCC_RRC(An7_AD_L);
GCC_RRC(An7_AD_H);
GCC_RRC(An7_AD_L);
GCC_RRC(An7_AD_H);
GCC_RRC(An7_AD_L);
Smoke_value_det=An7_AD_H;
Smoke_value_det<<=8;
Smoke_value_det=Smoke_value_det+An7_AD_L;
//无IR发射AD值大于100，出现初始化错误
if(Smoke_value_det> 2048)
{
return 0；
}
return 1；
}

烟雾探测部分代码

我们先研究一下烟感探测部分的代码。

烟感探测的过程就是红外发射管发射红外信号，经过烟感离职散射，接收管收到光的过程。

所有程序处理，需要先打开红外发射，产出红外光，打开红外接收管（使能OPA1 OPA2），将红外接收管的微弱信号放大让单片机可以识别判定，经放大OPA1输出的电压信号，通过ADC转换成数字信号。

烟感粒子越多，ADC 转换的值越大。

程序代码逻辑：

第1步：红外发射

第2步：OPA1 OPA2 配置打开启动红外接收

第3步：单片机ADC启动，转换OPA1 接收的电压量

第4步：关闭红外发射OPA1 OPA2 取消使能

第5步：输出ADC的转化值。

程序代码如下：

/************************maze_smoke**********************************/
unsigned int maze_smoke(void)
{
unsigned int smoke_data=0;
Vopa1_ctrl = 0;
Vopa1 =1; //set opa input DC bias source voltage
Vopa1_ctrl =0;
Vopa1 =1; //set opa input DC bias source voltage
_a2en =1;
delay500us();
_a1en =1;
delay500us();
delay500us();
_emi =0;
IR_tx =1; //Set IR LED On
delay90us();
_adonb=0; //Read ADC
GCC_NOP();
GCC_NOP();
_adcr=0b00000110;
_start=0; //START ADC Converter ADCR.7
_start=1; //(ADC START bit) 0 -> 1 -> 0
_start=0;
GCC_NOP();
GCC_NOP(); //4 Tad for ADC Sampling Time
GCC_NOP();
GCC_NOP();
IR_tx=0; //LED Off
_a2en=0;
_a1en=0;
Vopa1=0;
while(_eocb);
GCC_CLRWDT();
An7_AD_H=_adrh;
An7_AD_L=_adrl;
_adonb=1;
_c=0;
_emi=1;
GCC_RRC(An7_AD_H);
GCC_RRC(An7_AD_L);
GCC_RRC(An7_AD_H);
GCC_RRC(An7_AD_L);
smoke_data=An7_AD_H;
smoke_data<<=8;
smoke_data=AN7_AD_data+An7_AD_L;
return smoke_data;
}

烟雾探测的算法（核心）

对于经验不足的工程师来说，可以检测到烟感的ADC值，有烟雾的时候的AD值要比无烟雾的时候的大很多，这样就可以起到烟雾探测的功能了，不错，上面的程序已经可以满足烟感探测的基本需求了。

但以上的还远远的不能满足探测器产品化，还需要注意以下细节：

迷宫的结构，和红外接收和发射有一定的误差
红外发射和接收管同一批次，或不同批次的精度有误差
烟感长期工作，一些灰尘进入迷宫会导致迷宫参数发生变化

为了处理以上的问题，我们就需要增加一些算法，让我们的产品工作的更加稳定。

烟感启动需要产生一个烟感的背景值。

原理：烟感开机后，再无烟的情况下，连续检测10次ADC的转化值。

我们定义烟感的背景值BackVale；

unsigned int GetBackValue(void)
{
unsigned char i;
unsigned int advalue;
advalue = 0;
for(i=0;i<10;i++)
{
advalue += maze_smoke();
}
return advalue/10;
}
BackVale = GetBackValue();

烟雾探测报警程序。

原理：我们每隔4秒探测一次烟雾报警，如果烟雾报警的值比背景值大 1000，则烟雾报警；

备注：烟雾报警的值比背景值大1000，只是一个参考值，具体请结合实际情况判定

返回值 1 有烟雾系统报警蜂鸣器鸣叫 LED指示灯闪烁

unsigned char smokeAlarm_check(void)
{
if(maze_smoke() > (BackVale +1000))
{///高浓度
return 1;
}
else if(maze_smoke() > (BackVale + 500))
{///中级浓度
return 1;
}
return 0;
}
if(smokeAlarm_check() == 1)
{
///打开蜂鸣器DI DI声
///LED指示灯开始闪烁
}
else
{
///关闭蜂鸣器DI DI声
///关闭LED指示灯
}

更新ADC的背景值。

我们通过求取最近的10次AD转换的值的平均值来更新背景值。

共定义一个数组来保存最新的ADC转换的值。

获取adcValue[10]的值和BackValue的值。

开机获取somke[10]的初始值。

void valueInit(void)
{
unsigned char i;
unsigned int sumValue;
sumValue = 0;
for(i=0;i<10;i++)
{
adcValue[i] = maze_smoke();
sumValue += adcValue[i];
}
BackValue = sumValue/10;
}

更新背景值

更新somke[10]的值，将最早的ADC去掉。增加最新的ADC转化值。程序如下：

void updaterBackvalue(void)
{
unsigned char i;
unsigned int sumValue;
sumValue = 0;
for(i=0;i<9;i++)
{
adcValue[i] = adcValue[i+1];
sumValue += adcValue[i];
}
adcValue[9] = maze_smoke();
sumValue += adcValue[9];
BackValue = sumValue/10;
}

以上便是烟雾探测的程序逻辑及代码，其他部分还需要大家自己去完善。

三、数据的传输程序开发

我们先看一下硬件接口:

和NB-Iot通讯模块的接口模块:

本产品的感烟探测和 NB-IOT没有在同一块PCB上，是有6P的2.0的插针链接。接口图如上。

PIN1-2 是电池的电源和GND

PIN3: 是烟感控制单片机的上行数据接口，采用的时单线通讯方式

PIN4: 是烟感控制单片机的下行数据接口，采用的时单线通讯方式

PIN5: 是唤醒脚是单片机唤醒NB-IOT，启动数据传输的作用

PIN6: 预留

从上可以看到。通讯接口共有三个，包括: MCU_DAT_UP、 MCU_DAT_DOWM、MCU_WAKEUP

1. 数据上行数据通讯接口

2. 数据下行数据通讯接口

3. 唤醒 NB-Iot平时处于休眠状态，感烟探测主板有数据需要上传时，需要先唤醒NB-Iot模块，再发送数据。

主要传输的数据

上行：

烟雾报警、按键测试、电池低压、自检异常、按键消音、防拆按钮（预留）

下行：报警消音

上行通讯方式

本通讯方式是自定义的一个数据传输方式。数据通讯方式如下：

数据帧头+4位数据。

4为数据可以传输16中数据，我们只使用其中5个

0 0 0 1 —— 烟雾报警

0 0 1 0 —— 按键测试

0 0 1 1 —— 电池低压

0 1 0 0 ——自检异常

0 1 0 1 —— 按键消音

其他保留

帧头： 10毫秒高电平

数据部分：

Bit1：4毫秒低电平 2毫秒的高电平

Bit0：2毫秒低电平 4毫秒的高电平

举例：数据传输平时为低电平。

如果传输烟雾报警则：

10毫秒高电平 + 2毫秒低电平 4毫秒的高电平 + 2毫秒低电平 4毫秒的高电平 + 2毫秒低电平 4毫秒的高电平 + 4毫秒低电平 2毫秒的高电平。

程序逻辑:

MCU_WAKEUP 唤醒NB-IOT模块，然后传输数据 3次。

下行通讯方式

因下行只有一种信号传输，所有我们只需要将MCU_DAT_DOWM拉高1秒即可实现数据功能的传输。

本节课就先讲到这里，下篇文章华维单片机编程为大家讲解BC26这块的通讯程序。

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