單片機(jī)典型案例開發(fā)（二）

一、宿舍智能報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

　　摘要：該系統(tǒng)以凌陽公司的16位單片機(jī)SPCE061A作為主控制器，通過煙霧傳感器與人體熱釋電紅外傳感器分別感應(yīng)煙霧與人體紅外信號(hào)，通過單片機(jī)做出報(bào)警動(dòng)作。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是滿足宿舍自動(dòng)報(bào)警的需要，設(shè)計(jì)的目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)語音報(bào)警、時(shí)間設(shè)定和顯示、燈光報(bào)警并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)報(bào)警等功能。

　　1 設(shè)計(jì)方案

　　1.1 主控制器的選擇

　　采用凌陽公司的16位單片機(jī)SPCE061A作為主控制器。由于SPCE061A內(nèi)置有2 KB的SRAM和32 KB的內(nèi)存FLASH,能滿足本系統(tǒng)存儲(chǔ)密碼及各類數(shù)據(jù)的要求，且CPU時(shí)鐘頻率高達(dá)49.152 MHz,能保證響應(yīng)的快速性，內(nèi)置的語音模塊更提高了系統(tǒng)人機(jī)界面的友好性。

　　1.2 異地監(jiān)控方案選擇

　　采用無線通信方式。使用無線收發(fā)模塊NRF2401進(jìn)行無線通信。這種通信方式不受線路長短影響，主從站位置可任意設(shè)置，布置比較靈活。

　　1.3 貴重物品檢測方案選擇

　　門框?qū)捯话阍?~2 m,采用射頻收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)較為方便，將發(fā)射機(jī)附在貴重物品上，接收機(jī)固定在門口，當(dāng)貴重物品出入時(shí)，即可進(jìn)行記錄。發(fā)射機(jī)與接收機(jī)電路結(jié)構(gòu)都較簡單，體積小，攜帶方便。

　　1.4 系統(tǒng)總體框圖

　　根據(jù)上述設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)兩大部分組成。上位機(jī)進(jìn)行鍵盤輸入、語音提示、報(bào)警和人員物品進(jìn)出情況記錄。下位機(jī)進(jìn)行煙霧檢測、人體紅外檢測、貴重物品檢測、人員進(jìn)出情況檢測等數(shù)據(jù)采集工作。下位機(jī)通過無線收發(fā)模塊將檢測信號(hào)送入上位機(jī)。上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并作出相應(yīng)動(dòng)作。

　　圖1 系統(tǒng)總體框圖

　　2 理論分析與計(jì)算

　　2.1 物品檢測電路的計(jì)算

　　采用無線發(fā)射與接收方式進(jìn)行貴重物品檢測，通信距離與發(fā)射功率、接收靈敏度和工作頻率有關(guān)。選用通信頻率為8MHz,電感為47μH。

　　2.2 控制方案分析

　　根據(jù)題目要求，為實(shí)現(xiàn)對(duì)宿舍安防情況進(jìn)行異地監(jiān)控，采用一主兩從的方式進(jìn)行模擬，其中主站可以實(shí)現(xiàn)對(duì)從站的搜索，實(shí)時(shí)顯示從站是否在線，并進(jìn)行信息的接收處理、顯示、記錄與報(bào)警，從站進(jìn)行信息獲取與發(fā)送。主站上可實(shí)現(xiàn)對(duì)從站信息的實(shí)時(shí)顯示，并將報(bào)警及貴重物品進(jìn)出信息存儲(chǔ)在主站的FLASH內(nèi)，省去了外接存儲(chǔ)芯片，可方便地讀取與顯示。利用人體傳感器并通過對(duì)進(jìn)出宿舍的人員進(jìn)行計(jì)數(shù)來確定宿舍內(nèi)人數(shù)，并提示鎖門。采用單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘作為時(shí)間基準(zhǔn)，通過鍵盤進(jìn)行時(shí)間設(shè)定，用以記錄報(bào)警時(shí)間。利用單片機(jī)內(nèi)部的語音模塊實(shí)現(xiàn)語音報(bào)警，直觀實(shí)用。這種控制方案充分利用了單片機(jī)的片內(nèi)資源，使用外部器件少，簡單實(shí)用。

　　2.3 煙霧探測模塊

　　采用MQ-2煙霧傳感器，它具有探測范圍廣，靈敏度高，響應(yīng)恢復(fù)快，穩(wěn)定性優(yōu)，壽命長等優(yōu)點(diǎn)，配以簡單的驅(qū)動(dòng)電路即可實(shí)現(xiàn)煙霧檢測。煙霧傳感器電路如圖2所示。當(dāng)未檢測到煙霧信號(hào)時(shí)，比較器輸出低電平;當(dāng)傳感器檢測到煙霧信號(hào)時(shí)，比較器輸出5 V高電平，報(bào)警器動(dòng)作。

　　圖2 煙霧傳感器結(jié)構(gòu)

　　2.4 人體紅外探測模塊

　　采用芯片BISS0001配以熱釋電紅外傳感器KBS-6B和少量外接元器件構(gòu)成被動(dòng)式紅外人體傳感器。加裝菲涅爾透鏡大大提高了檢測范圍，很好的滿足了人體檢測需求。當(dāng)有人從熱釋電傳感器通過時(shí)，BISS0001的V.口輸出一正向脈沖，報(bào)警器動(dòng)作。電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　圖3 釋熱電紅外傳感器結(jié)構(gòu)

　　2.5 人員進(jìn)出檢測設(shè)計(jì)

　　采用前后放置的兩個(gè)紅外光電開關(guān)，通過對(duì)開關(guān)順序的檢測確定人員進(jìn)/出宿舍。當(dāng)有人出宿舍時(shí)控制信號(hào)1先置高，然后控制信號(hào)2置高，通過對(duì)時(shí)序的判斷即可得出人員外出的結(jié)論。有人進(jìn)入時(shí)同理。檢測電路如圖4所示。

　　圖4 人員進(jìn)出檢測電路圖

　　2.6 貴重物品檢測設(shè)計(jì)

　　為達(dá)到貴重物品檢測的要求，將一單調(diào)諧回路諧振放大器至于卡片內(nèi)，卡片掛在貴重物品上，卡片向外發(fā)出射頻信號(hào)，當(dāng)其出入宿舍時(shí)，與副邊線圈發(fā)生諧振，負(fù)載電壓發(fā)生變化，通過對(duì)負(fù)載的檢測即可記錄人員進(jìn)出情況。電路如圖5所示。

　　圖5 貴重物品檢測電路圖

　　3 程序設(shè)計(jì)

　　主站系統(tǒng)加電后進(jìn)行初始化并要求輸入密碼，密碼輸入正確即可對(duì)火災(zāi)、貴重物品、鍵盤等進(jìn)行監(jiān)控，并根據(jù)監(jiān)控的情況作出相應(yīng)的處理。從站加電初始化后即開始對(duì)各個(gè)傳感器狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控并進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。其程序流程如圖6所示。

　　圖6 主程序流程圖

　　4 測試數(shù)據(jù)與分析

　　4.1 測試儀器

　　測試儀器及型號(hào)如表1所示。

　　4.2 測試方法及測試數(shù)據(jù)

　　測試方法及測試數(shù)據(jù)如表2、表3所示。

　　表2的測試數(shù)據(jù)表明，煙霧傳感器性能良好。

　　表3顯示的測試數(shù)據(jù)符合設(shè)計(jì)要求。

　　5 結(jié)語

　　本系統(tǒng)通過測試較好地實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求。主要?jiǎng)?chuàng)新是加入了語音報(bào)警功能，更加實(shí)用;加入從站搜索功能，可以實(shí)時(shí)顯示各從站的工作狀態(tài);加入無人看守功能，并能在特定時(shí)段發(fā)現(xiàn)人員活動(dòng)后立即發(fā)出報(bào)警;加入時(shí)鐘功能，可實(shí)現(xiàn)時(shí)間設(shè)定和顯示。

二、基于單片機(jī)控制的智能路燈模擬系統(tǒng)

　　1.實(shí)現(xiàn)功能

　?。?）支路控制器有時(shí)鐘功能，能設(shè)定、顯示開關(guān)燈時(shí)間，并控制整條支路按時(shí)開燈和關(guān)燈。

　?。?）支路控制器應(yīng)能根據(jù)環(huán)境明暗變化，自動(dòng)開燈和關(guān)燈。

　?。?）支路控制器應(yīng)能根據(jù)交通情況自動(dòng)調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài)：當(dāng)可移動(dòng)物體M（在物體前端標(biāo)出定位點(diǎn)，由定位點(diǎn)確定物體位置）由左至右到達(dá)S點(diǎn)時(shí)，燈1亮；當(dāng)物體M到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，燈1滅，燈2亮；若物體M由右至左移動(dòng)時(shí)，則亮燈次序與上相反。

　?。?）支路控制器能分別獨(dú)立控制每只路燈的開燈和關(guān)燈時(shí)間。

　?。?）當(dāng)路燈出現(xiàn)故障時(shí)（燈不亮），支路控制器應(yīng)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并顯示有故障路燈的地址編號(hào)。

　　2.方案設(shè)計(jì)

　　本設(shè)計(jì)主要以STC89C52單片機(jī)為主體。其中，支路控制器模塊通過單片機(jī)來控制單元控制器1和單元控制器2，并完成顯示和聲光報(bào)警部分。用光敏傳感器感應(yīng)自然光的暗亮，將感應(yīng)結(jié)果送至支路控制器，進(jìn)而控制LED1和LED2的工作狀態(tài)。單元控制器1模塊控制可移動(dòng)物體M從S到B再到方向路燈變化過程。如當(dāng)可移動(dòng)物體M到達(dá)S處時(shí)，紅外檢測可移動(dòng)物體M的位置，并將信號(hào)發(fā)送至單元控制器1。在支路控制器允許工作的同時(shí)，單元控制器1打開繼電器，由繼電器打開功率可控恒流源，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài)。

　　圖1 模擬電路控制系統(tǒng)框圖

　　2.1 恒流源方案論證

　　采用程控分流實(shí)現(xiàn)電源的功率調(diào)節(jié)。由變壓器將220V的交流電轉(zhuǎn)化成直流電，電源通過整流橋到7809芯片得到+9V的電壓從而得到恒流源，再由7805芯片轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的恒流源，所得功率在1W可調(diào)。其優(yōu)點(diǎn)是電路簡易，容易搭建。缺點(diǎn)是性能不可靠，不穩(wěn)定。其構(gòu)圖如下圖2所示。