pic單片機(jī)應(yīng)用于小區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)

I S S N1 0 0 9 3 0 4 4 C o m p u t e rK n o w l e d g eA n dT e c h n o l o 電奠知識(shí)與技術(shù) V 0 1 3 N o 7 S e p t e r a b e r2 0 0 8 P P 1 5 6 6 1 5 6 7 P I C 單片機(jī)應(yīng)用于小區(qū)監(jiān)控系統(tǒng) 馮川放1 2 1 安徽理工大學(xué) 安徽淮南2 3 2 0 0 1 2 淮南聯(lián)合大學(xué) 安徽淮南2 3 2 0 0 1 E m a i l k f y j c c e c n e t e n h t t p w w w d n z s n e t a n T e l 8 6 5 5 1 5 6 9 0 9 6 35 6 9 0 9 6 4 摘要 該文談了一種基于P I C 單片機(jī)的智能小區(qū)監(jiān)控系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)了水表 電表 煤氣表的自動(dòng)抄表 以及火災(zāi) 煤氣泄漏 入室盜竊等 安防監(jiān)控 詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)以及P C 杌與多臺(tái)P I C 單片機(jī)的串行通訊方案 運(yùn)用了單片機(jī)有關(guān)的軟硬件技術(shù) 關(guān)鍵詞 終端控制器 P l C 單片機(jī) 串行通信 V C 6 0 中圖分類號(hào) T P 3 3 8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1 0 0 9 3 0 4 4 2 0 0 8 2 5 1 5 6 6 0 2 T h e P I CM o n o l i t h i cI n t e g r a t e dC i r c u i tA p p l i e di nP l o tS u p e r v i s o r yS y s t e m F E N GC h u m 一白1 9 1 1 A n h u iU n i v e r s i t yo f S c i e n c ea n dT e c h n o l o g y H u a n n a n2 3 2 0 0 1 C h i n a 2 H u a i n a nU n i o nU n i v e r s i t y H u a n n a n2 3 2 0 0 1 C h i n a A b s t r a c t T 地a r d d ed i s c u s s e so n ek i n do fi n t e l l i g e n tp l o ts u p e r v i s o r ys y s t e mb a s e d0 1 3 t h eP I Cm o n o l i t h i ci n t e g r a t e dc i r c u i t r e a l i z i n gt h e s k i l lo ft h ed a t ar e c o r do ft h ew a t e rm e t e r t h ee l e c t r i cm e t e ra n dt h eg a sm e t e ra u t o m a t i c a l l y 越w e l la st h em o n i t o r i n go ft h ef i r e t h eg a s l e a k a g e t h eb u r g l a r ya n ds oo n I ta l s oe l a b o r a t e st h ed e s i g n so ft h es y s t e m Ss o f t w a r e sa n dh a r d w a r e s 出eP Ca n dm a n yP I Cm o n o l i t h i ci n t e g r a t e dc i r c u i t Ss e r i a lc o m m u n i c a t i o np l a n sw h i l eu s i n gm o n o l i t h i ci n t e g r a t e dc i r c u i tr e l a t e ds o f t w a r ea n dh a r d w a r et e c h n o l o g y K e yw o r d s t e r m i n a lc o n 扛o lu n i t P I Cm o n o l i t h i ci n t e g r a t e dc i r c u i t s e r i a lc o m m u n i c a t i o n V C 6 0 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 人室盜竊等警情的實(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C A N 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)i 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P C 機(jī) P C 機(jī)完成數(shù)據(jù)的運(yùn)算 存儲(chǔ) 和打印 硬件通過(guò)P I C l 6 F X X 單片機(jī)實(shí)現(xiàn) 軟件由V C 6 0 實(shí)現(xiàn) 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)是由一臺(tái)P C 機(jī) 上位機(jī) 和多臺(tái)P I C 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) P C 機(jī)C O M1 2 1 帶多個(gè)終端控 制器 終端控制器地址設(shè)為l N P C 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 P C 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R S 一4 8 5 接口總線通信 R S 4 8 5 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) 1 2 0 0 m 波特率在1 2 0 0 和3 8 4 0 0 b s 間可設(shè)置 R S 4 8 5 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H e l 6 F X X 單片機(jī) 片中串行 口加M A X 4 8 7 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M A X 4 8 7 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 E M I 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)P I C l 6 F X X 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 P I C l 6 F X X 單片機(jī)是由美國(guó)M i e r o c h i p 公司推 出的一種新型的C M O S 工藝的8 位單片機(jī) 具有別具特色的哈佛總線和R I S C 結(jié)構(gòu) 以及P I C l 6 F X X 的程序存儲(chǔ)器為電可擦除閃速存儲(chǔ)器 f l a s h 可修改程 序 甚至可在線編程 P I C l 6 F 8 3 和P I e l 6 F 8 4 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器除R A M 外 還有 6 4 K 字節(jié)的E P R O M 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 P I C l 6 F X X 單片機(jī)擴(kuò)展了8 路信號(hào)輸入通道 通信接1 2 1 電路 鍵盤 看門狗電 路 L C D 顯示器和E E P R O M2 4 C 1 6 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 串行通信擴(kuò)展卡 哮 卜愛(ài)1E 垂i 卜 眄忑習(xí) I 蘭型蘭竺ll 蘭型蘭竺I I 蘭型蘭蘭I 圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 收稿日期 2 0 0 8 0 4 2 9 作者簡(jiǎn)介 馮川劇t 1 9 7 6 一 男 安徽淮南人 講師 學(xué)士 研究方向?yàn)?計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù) 1 5 6 6 一計(jì)算機(jī)工租應(yīng)用技術(shù) 本欄目責(zé)任編輯 賈薇薇 萬(wàn)方數(shù)據(jù) 馮川放 P I C 單片機(jī)應(yīng)用于小區(qū)監(jiān)控系統(tǒng) 利用單片機(jī)P I C l 6 F X X 的P O R T A 端1 2 1 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7 4 L S 2 4 4 緩沖器進(jìn)入C P U 在一定的采樣周期內(nèi) C P U 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E E P R O M2 4 C 1 6 相應(yīng)的存 儲(chǔ)區(qū) 等待中央計(jì)算機(jī)的查詢和抄寫 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L C D 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R A M 和驅(qū)動(dòng)控制器 通過(guò)4 線與單片機(jī)相 連 8 K B 串行E E P R O M2 4 C 1 6 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L c D 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2 4 C 1 6 中 查詢鍵盤 通過(guò) 串口響應(yīng)P C 機(jī)通信命令與P C 機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 圖2 終端控制器原理圖 4 系統(tǒng)通信 通信的發(fā)起方總是主機(jī)開(kāi)始 由P C 機(jī)控制通訊的主動(dòng)性 單片機(jī)在通訊過(guò)程中處于被動(dòng)地位 由于各分機(jī)共享同一頻率 為避 免沖突 P C 機(jī)通過(guò)巡查分機(jī)的工作方式查詢各單片機(jī)是否有信息要上報(bào)給P C 機(jī) 為了保證P C 機(jī)與多臺(tái)單片機(jī)之間能夠準(zhǔn)確 可靠的通信 確定一個(gè)明確而合理的通訊協(xié)議是關(guān)鍵 包括對(duì)數(shù)據(jù)格式 通訊方 式 傳送速度 傳送步驟 檢糾錯(cuò)方式以及控制字符定義等問(wèn)題做出統(tǒng)一規(guī)定 為區(qū)分不同的分機(jī) 必須為每一個(gè)分機(jī)分配一個(gè)唯一的地址 此地址唯一區(qū)別各單片機(jī) 數(shù)據(jù)格式采用數(shù)據(jù)包的形式 一次傳 輸一組數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)包格式如下 起始標(biāo)志分機(jī)她址操作拍令數(shù)據(jù)長(zhǎng)度數(shù)據(jù)內(nèi)容 和校驗(yàn)結(jié)束標(biāo)志位 起始標(biāo)志位 1 個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 1 個(gè)字節(jié) 分機(jī)地址 1 個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)內(nèi)容 n 個(gè)字節(jié) 和檢驗(yàn) 2 個(gè)字節(jié)命令 數(shù)據(jù) 1 個(gè)字節(jié) 結(jié)束標(biāo)志位 1 個(gè)字節(jié) 主機(jī)向單個(gè)單片機(jī)傳數(shù)據(jù)時(shí) 首先 上位機(jī)順次發(fā)送起始標(biāo)志位 目的地址位 數(shù)據(jù) 生成檢驗(yàn)位 結(jié)束標(biāo)志位 上位機(jī)發(fā)送后每 個(gè)下位機(jī)都產(chǎn)生中斷把上位機(jī)數(shù)據(jù)包都接收下來(lái) 當(dāng)接收到結(jié)束標(biāo)志字符時(shí) 表示接受到一幀完整的數(shù)據(jù)包 然后對(duì)數(shù)據(jù)解包 把 接收到的目的地和本機(jī)地址進(jìn)行比較 如果不是則馬上跳出中斷服務(wù)程序 相同的話則表示要和本下位機(jī)進(jìn)行通訊 主機(jī)發(fā)完信息 后便等待該分機(jī)的接收應(yīng)答 當(dāng)接收數(shù)據(jù)包完成后 接受方也生成相應(yīng)的檢驗(yàn)和 如果接受方生成的檢驗(yàn)和與接收到的檢驗(yàn)和一 致 則表明這次通訊成功 下位機(jī)根據(jù)接收到的內(nèi)容給上位機(jī)發(fā)送相應(yīng)的反饋信息 如果不一致 則表明此次通訊失敗 下位機(jī)給上 位枧發(fā)送失敗信息 要求上位機(jī)重頹發(fā)送 由于系統(tǒng)采用上位機(jī)巡查下位機(jī)的工作方式 單片機(jī)在通信過(guò)程中處于被動(dòng)地位 只能其被輪詢到的時(shí)候才能給上位機(jī)發(fā)送 數(shù)據(jù) 否則即使信息要上報(bào)主機(jī)時(shí) 也必須處于等待 上位機(jī)從第一分機(jī)依次查詢下位機(jī) 給巡查到的下位機(jī)發(fā)送查詢命令 詢問(wèn)該 單片機(jī)是否有信息要上報(bào)給上位機(jī) 被輪詢的單片機(jī)如果沒(méi)有信息要上報(bào)給上位機(jī)的話就給上位機(jī)發(fā)送無(wú)上報(bào)要求的指令 上位 機(jī)接受到此指令后便輪詢下一地址的分機(jī) 若分機(jī)有數(shù)據(jù)需上報(bào)便回發(fā)一個(gè)有上報(bào)要求給主機(jī) 主機(jī)收到后便等待分機(jī)上報(bào)數(shù)據(jù) 有上報(bào)數(shù)據(jù)的分機(jī)組織好數(shù)據(jù)后上報(bào)給主機(jī) 然后等待主機(jī)的接收應(yīng)答 主機(jī)收到分機(jī)上報(bào)的數(shù)據(jù)后進(jìn)行檢查 若正確接收發(fā)正確 接收應(yīng)答 否則發(fā)錯(cuò)誤接收應(yīng)答 當(dāng)接收錯(cuò)誤后 主機(jī)等待分機(jī)再次上報(bào)數(shù)據(jù) 分機(jī)收到接收錯(cuò)誤應(yīng)答后再次發(fā)送數(shù)據(jù) 信號(hào)傳輸中接受與發(fā)送都采用中斷方式 多機(jī)通信從機(jī)中斷服務(wù)程序如圖3 所示 5P C 機(jī)通信程序設(shè)計(jì) 上位機(jī)的軟件是基于V C 6 0 實(shí)現(xiàn)的 其中的重點(diǎn)和難點(diǎn)是進(jìn)行實(shí)時(shí)的 串行通訊 應(yīng)用V C 編寫串行通信程序 通?？蓺w納為如下四種方法 一是 利用W i n d o w sA P I 通信函數(shù) 二是使用M i c r o s o f t 提供的M i c r o s o f tC o m m u n i c a t i o n sC o n t r o l 控件 簡(jiǎn)稱M S C o m m 三是利用第三方編寫的通信類 如M u M e g a T e c h n o l o g i e s 公司提供的C s e r i a l 類 四是在V C 中用端口操作指令直接對(duì) 串行端口編程 實(shí)現(xiàn)串行通信 本系統(tǒng)中采用的是M S C o m m 控件 它是通過(guò)串 行端口發(fā)送和接收數(shù)據(jù) 為應(yīng)用程序提供串行通信功能 使用非常方便 6 小結(jié) 本系統(tǒng)提出的通訊硬件和通訊協(xié)議已經(jīng)在實(shí)際中使用 截止目前運(yùn)行正 常 這說(shuō)明這種通訊方案在P C 機(jī)和多臺(tái)單片機(jī)的數(shù)據(jù)通訊中快速 準(zhǔn)確 可 靠的 參考文獻(xiàn) l 李朝青 P C 機(jī)及單片機(jī)數(shù)據(jù)通訊技術(shù) M 北京 北京航空航天大學(xué)出版社 2 0 0 0 2 陽(yáng)憲惠 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用 M 北京 清華大學(xué)出版社 1 9 9 9 3 王仲文 精通串行u i i 訊 M 北京 電子工業(yè)出版社 1