基于單片機(jī)的智能小區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1． 引言

　　隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)居住環(huán)境的要求也大大提高，對(duì)信息服務(wù)和安全防范的要求尤為突出．如何利用計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)在智能化小區(qū)家庭智能管理系統(tǒng)中，對(duì)住戶家庭水表、電表、煤氣表的自動(dòng)計(jì)量以及火災(zāi)、煤氣泄漏、入室盜竊等警情的實(shí)時(shí)監(jiān)控已經(jīng)成為信息產(chǎn)業(yè)的熱點(diǎn)技術(shù)．利用CAN總線技術(shù)雖然有其開(kāi)放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信等諸多優(yōu)點(diǎn)，但將其用于智能住宅小區(qū)，卻因其成本偏高，目前在我國(guó)還難以推廣．為此，作者開(kāi)發(fā)出一種設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低廉，便于維護(hù)經(jīng)濟(jì)型智能小區(qū)家庭管理系統(tǒng)，能有效地實(shí)現(xiàn)三表自動(dòng)采集計(jì)費(fèi)，防盜、防災(zāi)、自動(dòng)報(bào)警和遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能．利用單片機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)串行口傳給PC機(jī)，PC機(jī)完成數(shù)據(jù)的運(yùn)算、存儲(chǔ)、和打印。硬件通過(guò)PIC16FXX單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，軟件由VC++6.0實(shí)現(xiàn)。

　　2． 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)是由一臺(tái)PC機(jī)（上位機(jī)）和多臺(tái)PIC單片機(jī)（下位機(jī)，作為終端控制器）構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)，PC機(jī)COM口帶多個(gè)終端控制器，終端控制器地址設(shè)為1－N。PC機(jī)采用巡查工作方式自動(dòng)查詢小區(qū)內(nèi)所有終端控制器的報(bào)警狀態(tài)，及時(shí)對(duì)各種報(bào)警信號(hào)做出響應(yīng)，并通過(guò)有效手段（語(yǔ)音提示、電子地圖標(biāo)識(shí)等）向監(jiān)控中心工作人員提供報(bào)警業(yè)主家庭有關(guān)地址、電話等詳細(xì)信息，以便及時(shí)處理；同時(shí)通過(guò)抄表工作方式完成自動(dòng)抄表以及報(bào)表輸出等任務(wù)．終端控制器采集用戶煤氣表、電表、水表脈沖數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)3表自動(dòng)計(jì)數(shù)；同時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)的防盜、防災(zāi)等信息，有意外事件發(fā)生時(shí)可自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警器報(bào)警．PC機(jī)與終端控制器采用總線式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相連，采用RS—485接口總線通信；RS485接口總線利用平衡發(fā)送和差分接收方式實(shí)現(xiàn)通信．，以半雙工工作方式工作，最大傳輸距離可達(dá)1200m，波特率在1200和38400b/s間可設(shè)置，RS485網(wǎng)絡(luò)采用一對(duì)有補(bǔ)償?shù)碾p絞線。終端控制器采用PIC16FXX單片機(jī)，片中串行口加MAX487轉(zhuǎn)換器，選用在多點(diǎn)總線傳輸線中雙向數(shù)據(jù)通信應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)廣泛使用的MAX487收發(fā)器，其特點(diǎn)是具有限斜率的驅(qū)動(dòng)器，即驅(qū)動(dòng)器發(fā)送數(shù)字信號(hào)，其沿邊斜率是受限制的，這使電磁干擾（EMI）減至最小，并減少因電纜終端不匹配而產(chǎn)生的影響．接口接線簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，保證了抄表的可靠性和監(jiān)控的實(shí)時(shí)性．

　　3． 終端控制器硬件設(shè)計(jì)

　　每個(gè)家庭安裝的終端控制器是以單片機(jī)PIC16FXX為核心的數(shù)據(jù)采集和處理裝置，電路結(jié)構(gòu)如圖2所示．PIC16FXX單片機(jī)是由美國(guó)Microchip公司推出的一種新型的CMOS工藝的8位單片機(jī)，具有別具特色的哈佛總線和RISC結(jié)構(gòu)，以及PIC16FXX的程序存儲(chǔ)器為電可擦除閃速存儲(chǔ)器（flash），可修改程序，甚至可在線編程。PIC16F83和PIC16F84片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器除RAM外，還有64K字節(jié)的EPROM，可以當(dāng)作一般的或非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用，簡(jiǎn)單方便，它還具有片內(nèi)上電復(fù)位，延時(shí)電路，看門狗電路等。終端控制器就是由PIC16FXX單片機(jī)擴(kuò)展了8路信號(hào)輸入通道，通信接口電路，鍵盤，看門狗電路，LCD顯示器和EEPROM 24C16等．

　　為了簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)，將三表設(shè)計(jì)成脈沖表，報(bào)警探頭為脈沖輸出，從而避免了在控制器主板上使用A／D轉(zhuǎn)換接口．本系統(tǒng)對(duì)表脈沖安排4路輸入通道，利用單片機(jī)PIC16FXX的PORTA端口輸入，表脈沖和報(bào)警脈沖信號(hào)分別通過(guò)斯密特觸發(fā)器波形整形和74LS244緩沖器進(jìn)入CPU，在一定的采樣周期內(nèi)，CPU輪流查詢用戶表和報(bào)警的輸入端口狀態(tài)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，存到EEPROM 24C16相應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)，等待中央計(jì)算機(jī)的查詢和抄寫(xiě)．再安排4路輸入通道用于對(duì)設(shè)防、撤防、解警和求助操作的遙控處理．串行接口器件LCD液晶顯示器可顯示表數(shù)據(jù)和有關(guān)報(bào)警狀態(tài)等信息，所采用的液晶顯示模塊，內(nèi)置顯示RAM和驅(qū)動(dòng)控制器，通過(guò)4線與單片機(jī)相連． 8KB串行EEPROM 24C16，用以存儲(chǔ)用戶各表的數(shù)據(jù)信息、報(bào)警狀態(tài)信息和采集監(jiān)控終端地址以及有關(guān)初始化信息．每個(gè)用戶的采集監(jiān)控終端設(shè)置不同的地址，從而保證采集數(shù)據(jù)的正確無(wú)誤．

　　終端控制器工作過(guò)程如下：上電復(fù)位自檢后，開(kāi)始運(yùn)行，指示燈閃爍表示程序開(kāi)始正常工作，初始化LCD，脈沖表，密碼，報(bào)警狀態(tài)，鍵盤，串口。然后進(jìn)入主程序循環(huán)，首先記錄報(bào)警狀態(tài)，脈沖表數(shù)據(jù)，然后將上述兩種數(shù)據(jù)存入24C16中，查詢鍵盤，通過(guò)串口響應(yīng)PC機(jī)通信命令與PC機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

4． 系統(tǒng)通信