pic單片機應用于小區(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 電奠知識與技術 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 單片機應用于小區(qū)監(jiān)控系統(tǒng) 馮川放1 2 1 安徽理工大學 安徽淮南2 3 2 0 0 1 2 淮南聯(lián)合大學 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 單片機的智能小區(qū)監(jiān)控系統(tǒng) 實現(xiàn)了水表 電表 煤氣表的自動抄表 以及火災 煤氣泄漏 入室盜竊等 安防監(jiān)控 詳細闡述了系統(tǒng)的軟硬件設計以及P C 杌與多臺P I C 單片機的串行通訊方案 運用了單片機有關的軟硬件技術 關鍵詞 終端控制器 P l C 單片機 串行通信 V C 6 0 中圖分類號 T P 3 3 8文獻標識碼 A文章編號 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 人們對居住環(huán)境的要求也大大提高 對信息服務和安全防范的要求尤為突出 如何利用計算機和通 信技術在智能化小區(qū)家庭智能管理系統(tǒng)中 對住戶家庭水表 電表 煤氣表的自動計量以及火災 煤氣泄漏 人室盜竊等警情的實時 監(jiān)控已經(jīng)成為信息產(chǎn)業(yè)的熱點技術 利用C A N 總線技術雖然有其開放式 數(shù)字化 多點通信等諸多優(yōu)點 但將其用于智能住宅小 區(qū) 卻因其成本偏高 目前在我國還難以推廣 為此 作者開發(fā)出一種設備簡單 成本低廉 便于維護經(jīng)濟型智能小區(qū)家庭管理系統(tǒng) 能有效地實現(xiàn)i 表自動采集計費 防盜 防災 自動報警和遠程監(jiān)控等功能 利用單片機進行實時采集 并將采集的數(shù)據(jù)通過串行口 傳給P C 機 P C 機完成數(shù)據(jù)的運算 存儲 和打印 硬件通過P I C l 6 F X X 單片機實現(xiàn) 軟件由V C 6 0 實現(xiàn) 2 系統(tǒng)結構 系統(tǒng)是由一臺P C 機 上位機 和多臺P I C 單片機 下位機 作為終端控制器 構成分布式控制系統(tǒng) P C 機C O M1 2 1 帶多個終端控 制器 終端控制器地址設為l N P C 機采用巡查工作方式自動查詢小區(qū)內所有終端控制器的報警狀態(tài) 及時對各種報警信號做出響 應 并通過有效手段 語音提示 電子地圖標識等 向監(jiān)控中心工作人員提供報警業(yè)主家庭有關地址 電話等詳細信息 以便及時處 理 同時通過抄表工作方式完成自動抄表以及報表輸出等任務 終端控制器采集用戶煤氣表 電表 水表脈沖數(shù)據(jù) 實現(xiàn)3 表自動計 數(shù) 同時采集現(xiàn)場的防盜 防災等信息 有意外事件發(fā)生時可自動啟動報警器報警 P C 機與終端控制器采用總線式網(wǎng)絡結構相連 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現(xiàn)通信 以半雙工工作方式工作 最大傳輸距離可達 1 2 0 0 m 波特率在1 2 0 0 和3 8 4 0 0 b s 間可設置 R S 4 8 5 網(wǎng)絡采用一對有補償?shù)碾p絞線 終端控制器采用H e l 6 F X X 單片機 片中串行 口加M A X 4 8 7 轉換器 選用在多點總線傳輸線中雙向數(shù)據(jù)通信應用網(wǎng)絡廣泛使用的M A X 4 8 7 收發(fā)器 其特點是具有限斜率的驅動 器 即驅動器發(fā)送數(shù)字信號 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 接口接線簡單 維護方便 保 證了抄表的可靠性和監(jiān)控的實時性 3 終端控制器硬件設計 每個家庭安裝的終端控制器是以單片機P I C l 6 F X X 為核心的數(shù)據(jù)采集和 處理裝置 電路結構如圖2 所示 P I C l 6 F X X 單片機是由美國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 具有別具特色的哈佛總線和R I S C 結構 以及P I C l 6 F X X 的程序存儲器為電可擦除閃速存儲器 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 片內數(shù)據(jù)存儲器除R A M 外 還有 6 4 K 字節(jié)的E P R O M 可以當作一般的或非易失性數(shù)據(jù)存儲器使用 簡單方便 它還具有片內上電復位 延時電路 看門狗電路等 終端控制器就是由 P I C l 6 F X X 單片機擴展了8 路信號輸入通道 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 為了簡化硬件結構 將三表設計成脈沖表 報警探頭為脈沖輸出 從而避 免了在控制器主板上使用A D 轉換接口 本系統(tǒng)對表脈沖安排4 路輸入通道 串行通信擴展卡 哮 卜愛1E 垂i 卜 眄忑習 I 蘭型蘭竺ll 蘭型蘭竺I I 蘭型蘭蘭I 圖1系統(tǒng)結構圖 收稿日期 2 0 0 8 0 4 2 9 作者簡介 馮川劇t 1 9 7 6 一 男 安徽淮南人 講師 學士 研究方向為 計算機應用技術 1 5 6 6 一計算機工租應用技術 本欄目責任編輯 賈薇薇 萬方數(shù)據(jù) 馮川放 P I C 單片機應用于小區(qū)監(jiān)控系統(tǒng) 利用單片機P I C l 6 F X X 的P O R T A 端1 2 1 輸入 表脈沖和報警脈沖信號分別通過斯密特 觸發(fā)器波形整形和7 4 L S 2 4 4 緩沖器進入C P U 在一定的采樣周期內 C P U 輪流查詢用 戶表和報警的輸入端口狀態(tài) 并進行數(shù)據(jù)分析處理 存到E E P R O M2 4 C 1 6 相應的存 儲區(qū) 等待中央計算機的查詢和抄寫 再安排4 路輸入通道用于對設防 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)和有關報警狀態(tài) 等信息 所采用的液晶顯示模塊 內置顯示R A M 和驅動控制器 通過4 線與單片機相 連 8 K B 串行E E P R O M2 4 C 1 6 用以存儲用戶各表的數(shù)據(jù)信息 報警狀態(tài)信息和采 集監(jiān)控終端地址以及有關初始化信息 每個用戶的采集監(jiān)控終端設置不同的地址 從 而保證采集數(shù)據(jù)的正確無誤 終端控制器工作過程如下 上電復位自檢后 開始運行 指示燈閃爍表示程序開 始正常工作 初始化L c D 脈沖表 密碼 報警狀態(tài) 鍵盤 串口 然后進入主程序循環(huán) 首先記錄報警狀態(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 串口響應P C 機通信命令與P C 機之間進行數(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)起方總是主機開始 由P C 機控制通訊的主動性 單片機在通訊過程中處于被動地位 由于各分機共享同一頻率 為避 免沖突 P C 機通過巡查分機的工作方式查詢各單片機是否有信息要上報給P C 機 為了保證P C 機與多臺單片機之間能夠準確 可靠的通信 確定一個明確而合理的通訊協(xié)議是關鍵 包括對數(shù)據(jù)格式 通訊方 式 傳送速度 傳送步驟 檢糾錯方式以及控制字符定義等問題做出統(tǒng)一規(guī)定 為區(qū)分不同的分機 必須為每一個分機分配一個唯一的地址 此地址唯一區(qū)別各單片機 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 起始標志分機她址操作拍令數(shù)據(jù)長度數(shù)據(jù)內容 和校驗結束標志位 起始標志位 1 個字節(jié)數(shù)據(jù)長度 1 個字節(jié) 分機地址 1 個字節(jié)數(shù)據(jù)內容 n 個字節(jié) 和檢驗 2 個字節(jié)命令 數(shù)據(jù) 1 個字節(jié) 結束標志位 1 個字節(jié) 主機向單個單片機傳數(shù)據(jù)時 首先 上位機順次發(fā)送起始標志位 目的地址位 數(shù)據(jù) 生成檢驗位 結束標志位 上位機發(fā)送后每 個下位機都產(chǎn)生中斷把上位機數(shù)據(jù)包都接收下來 當接收到結束標志字符時 表示接受到一幀完整的數(shù)據(jù)包 然后對數(shù)據(jù)解包 把 接收到的目的地和本機地址進行比較 如果不是則馬上跳出中斷服務程序 相同的話則表示要和本下位機進行通訊 主機發(fā)完信息 后便等待該分機的接收應答 當接收數(shù)據(jù)包完成后 接受方也生成相應的檢驗和 如果接受方生成的檢驗和與接收到的檢驗和一 致 則表明這次通訊成功 下位機根據(jù)接收到的內容給上位機發(fā)送相應的反饋信息 如果不一致 則表明此次通訊失敗 下位機給上 位枧發(fā)送失敗信息 要求上位機重頹發(fā)送 由于系統(tǒng)采用上位機巡查下位機的工作方式 單片機在通信過程中處于被動地位 只能其被輪詢到的時候才能給上位機發(fā)送 數(shù)據(jù) 否則即使信息要上報主機時 也必須處于等待 上位機從第一分機依次查詢下位機 給巡查到的下位機發(fā)送查詢命令 詢問該 單片機是否有信息要上報給上位機 被輪詢的單片機如果沒有信息要上報給上位機的話就給上位機發(fā)送無上報要求的指令 上位 機接受到此指令后便輪詢下一地址的分機 若分機有數(shù)據(jù)需上報便回發(fā)一個有上報要求給主機 主機收到后便等待分機上報數(shù)據(jù) 有上報數(shù)據(jù)的分機組織好數(shù)據(jù)后上報給主機 然后等待主機的接收應答 主機收到分機上報的數(shù)據(jù)后進行檢查 若正確接收發(fā)正確 接收應答 否則發(fā)錯誤接收應答 當接收錯誤后 主機等待分機再次上報數(shù)據(jù) 分機收到接收錯誤應答后再次發(fā)送數(shù)據(jù) 信號傳輸中接受與發(fā)送都采用中斷方式 多機通信從機中斷服務程序如圖3 所示 5P C 機通信程序設計 上位機的軟件是基于V C 6 0 實現(xiàn)的 其中的重點和難點是進行實時的 串行通訊 應用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 串行端口編程 實現(xiàn)串行通信 本系統(tǒng)中采用的是M S C o m m 控件 它是通過串 行端口發(fā)送和接收數(shù)據(jù) 為應用程序提供串行通信功能 使用非常方便 6 小結 本系統(tǒng)提出的通訊硬件和通訊協(xié)議已經(jīng)在實際中使用 截止目前運行正 常 這說明這種通訊方案在P C 機和多臺單片機的數(shù)據(jù)通訊中快速 準確 可 靠的 參考文獻 l 李朝青 P C 機及單片機數(shù)據(jù)通訊技術 M 北京 北京航空航天大學出版社 2 0 0 0 2 陽憲惠 現(xiàn)場總線技術及其應用 M 北京 清華大學出版社 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