基于單片機(jī)的智能小區(qū)信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高 博

（天津職業(yè)大學(xué) 300410）

1 基于單片機(jī)的智能小區(qū)信息采集系統(tǒng)的產(chǎn)生背景

智能小區(qū)是指通過(guò)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、IC卡技術(shù)，通過(guò)有效的傳輸網(wǎng)絡(luò)，建立一個(gè)由住宅小區(qū)綜合物業(yè)管理中心與安防系統(tǒng)、信息服務(wù)系統(tǒng)、物業(yè)管理系統(tǒng)以及家居智能化組成的“三位一體”住宅小區(qū)服務(wù)和管理集成系統(tǒng)。 隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)居住環(huán)境的要求也越來(lái)越高，智能小區(qū)蓬勃發(fā)展，而作為智能小區(qū)核心的信息采集系統(tǒng)卻面臨著很多問(wèn)題，其中最重要的就是信息共享，目前大多數(shù)的信息采集系統(tǒng)中各個(gè)子系統(tǒng)還多呈現(xiàn)為相互孤立狀態(tài)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)信息共享，不能完全體現(xiàn)和達(dá)到智能小區(qū)的優(yōu)勢(shì)和目的。

在這樣的背景下，產(chǎn)生了各種不同類型的智能小區(qū)信息采集系統(tǒng)。STC89C52RC單片機(jī)作為控制芯片的智能小區(qū)綜合信息采集系統(tǒng)得到了廣泛的采用，本文首先介紹了智能小區(qū)及其信息采集系統(tǒng)的概念和含義，并在此基礎(chǔ)上以呼叫系統(tǒng)為例重點(diǎn)探討了基于STC89C52RC單片機(jī)的智能小區(qū)綜合信息采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路及其實(shí)現(xiàn)途徑。該設(shè)計(jì)采用STC89C52RC單片機(jī)作為控制芯片，低功耗芯片nRF905作為無(wú)線收發(fā)模塊。最后給出該系統(tǒng)的相關(guān)硬件組成電路和數(shù)據(jù)傳輸流程圖。經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，通信距離很遠(yuǎn)，且響應(yīng)時(shí)間短，具有很廣泛的應(yīng)用前景。

2 基于單片機(jī)的智能小區(qū)信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路和程序

智能小區(qū)信息采集系統(tǒng)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)智能小區(qū)弱電系統(tǒng)統(tǒng)一監(jiān)控、聯(lián)動(dòng)控制、信息共享并力求將全球信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展融入其中。而基于單片機(jī)的信息采集系統(tǒng)能夠緊緊圍繞此目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，建立一個(gè)BS架構(gòu)的IBMS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能小區(qū)弱電系統(tǒng)真正意義的信息采集。 基于單片機(jī)的智能小區(qū)綜合信息采集系統(tǒng)能夠提供實(shí)現(xiàn)智能小區(qū)信息采集系統(tǒng)信息共享的有效方法:建立信息采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，并通過(guò)此數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)智能小區(qū)弱電子系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制?；趩纹瑱C(jī)的信息采集系統(tǒng)能夠有效設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)信息采集系統(tǒng)IB-MCS，并對(duì)對(duì)智能小區(qū)內(nèi)弱電系統(tǒng)的信息進(jìn)行綜合有效的管理，以便更好地為小區(qū)使用者提供真正舒適、安全、高效、便捷的居住環(huán)境。

單片機(jī)是一種集成在電路芯片，單片機(jī)作為信息處理的完整機(jī)器，必須具備多種功能，這些功能是通過(guò)不同的功能模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如計(jì)算和分析功能由中央處理器（CPU）來(lái)實(shí)現(xiàn)；存儲(chǔ)功能由存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)中的存儲(chǔ)器按照存儲(chǔ)特點(diǎn)可分為ROM（只讀存儲(chǔ)器）和RAM（隨機(jī)存儲(chǔ)器）兩種；單片機(jī)中還要與外設(shè)元件進(jìn)行信息連接，如打印、掃描、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等外部設(shè)備的連接是通過(guò)I/O接口來(lái)實(shí)現(xiàn)的；此外，單片機(jī)還要通過(guò)計(jì)時(shí)器和定時(shí)器進(jìn)行時(shí)間設(shè)定。單片機(jī)的多種功能是通過(guò)超大規(guī)模集成電路而整合為一個(gè)整體的。超大規(guī)模集成電路技術(shù)是單片機(jī)的最重要技術(shù)，它夠?qū)⒍喾N元件集中在微小的硅片上，從而形成一個(gè)尺寸很小但功能齊全的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

基于單片機(jī)的智能小區(qū)信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路和程序如下：

首先，對(duì)智能小區(qū)信息采集系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、體系結(jié)構(gòu)及開(kāi)發(fā)平臺(tái)。將整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分為三部分：基于CS架構(gòu)的集成接口程序組IB-MCSDUpdate、中央數(shù)據(jù)庫(kù)和基于B/S架構(gòu)多層體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序IBMCSDManager。其中，核心部分是集成接口程序組和中央數(shù)據(jù)庫(kù)，這是解決信息采集系統(tǒng)信息共享問(wèn)題的基礎(chǔ)。

其次，建立智能小區(qū)信息采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)。詳細(xì)分析了智能小區(qū)各個(gè)子系統(tǒng)的集成需求，選取目前通用的集成接口技術(shù)解決系統(tǒng)集成的信息采集問(wèn)題。

第三，運(yùn)用數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)理論和方法對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了有效的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和優(yōu)化，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了智能小區(qū)各個(gè)子系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制。

3 基于單片機(jī)的智能小區(qū)信息采集系統(tǒng)無(wú)線呼叫設(shè)計(jì)實(shí)例

傳統(tǒng)的智能小區(qū)信息采集系統(tǒng)呼叫系統(tǒng)往往安裝麻煩、布線繁瑣、成本高等問(wèn)題，其主要原因在于呼叫器通過(guò)并行連接，而主機(jī)通過(guò)信號(hào)線、電源線、地線結(jié)合為一根的導(dǎo)線與呼叫器連接，這種有線連接方式給智能小區(qū)信息采集系統(tǒng)呼叫系統(tǒng)的安裝、布線和維護(hù)都帶來(lái)了不便。針對(duì)這些問(wèn)題，無(wú)線呼叫系統(tǒng)逐漸發(fā)展起來(lái)，越來(lái)越多的研究者將目光投向了基于單片機(jī)的智能小區(qū)信息采集無(wú)線呼叫系統(tǒng)。

基于單片機(jī)的智能小區(qū)信 息采集無(wú)線呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如下：

3.1 無(wú)線呼叫系統(tǒng)的發(fā)送和接收模塊的設(shè)計(jì)

低功耗無(wú)線呼叫系統(tǒng)的發(fā)送和接收模塊的框圖如圖1，圖2所示。

圖1 系統(tǒng)的無(wú)線發(fā)送模塊

其中圖1為無(wú)線發(fā)送模塊，以STC89C52RC為主控制核心，及時(shí)響應(yīng)終端的呼叫信息，然后利用nRF905無(wú)線傳輸模塊將呼叫信息發(fā)送給無(wú)線接收模塊進(jìn)行處理。

圖2 系統(tǒng)的無(wú)線接收模塊

圖2 為無(wú)線接收模塊，以STC89C52RC為主控制核心，利用nRF905無(wú)線傳輸模塊接收呼叫信息，然后利用串口轉(zhuǎn)USB線上傳給PC，利用上位機(jī)軟件可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3.2 3.3V供電電源模塊

設(shè)計(jì)可用3．3 V電壓供電，故采用ASM1117-3．3電源供電系統(tǒng)，如圖3所示。無(wú)線發(fā)送模塊和STC89C52RC單片機(jī)皆為低功耗器件。對(duì)發(fā)送端而言，在對(duì)通信距離要求較遠(yuǎn)時(shí)，也可采用5 V供電。接收端可通過(guò)與PC連接的USB提供5 V電源。核心部件LM1117-3．3是一個(gè)低壓差電壓調(diào)節(jié)器系列。壓差在1.2 V輸出，此時(shí)相應(yīng)的負(fù)載電流為800mA。

圖3 3.3v供電電源模塊

3.3 單片機(jī)控制電路

單片機(jī)控制電路在數(shù)據(jù)處理部分采取了STFC89C51RC／RD+系列的STC89C52RC型式。STC89C52RC單片機(jī)在結(jié)構(gòu)上與MCS-51系列單片機(jī)有相同的特點(diǎn)，中央處理器、ROM（只讀存儲(chǔ)器）和RAM（隨機(jī)存儲(chǔ)器）、I/O接口、以及位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器等功能模塊非常類似，但與MCS-51系列單片機(jī)相比，有很多優(yōu)點(diǎn)，一方面電源供給穩(wěn)定而充足，功耗非常低，在正常工作時(shí)功耗僅為5-8 mA，抗干擾能力超強(qiáng)。

3.4 數(shù)據(jù)傳輸模塊的選擇

1996年，挪威Nordic公司開(kāi)發(fā)出了NewMsg_RF905SE單片機(jī)模塊。隨后，NewMsg_RF905SE模塊廣泛應(yīng)用于單片機(jī)數(shù)據(jù)傳輸模塊，成為單片機(jī)數(shù)據(jù)傳輸市場(chǎng)的寵兒。NewMsg_RF905SE單片機(jī)模塊是由單片射頻收發(fā)器nRF905芯片開(kāi)發(fā)而成的，其基本工作參數(shù)如下：工作頻段ISM在435／888／928 MHz之間；工作電壓在1.8～3.8 V之間，最大數(shù)據(jù)速率為100 Kb／s。NewMsg_RF905SE單片機(jī)模塊的主要結(jié)構(gòu)為：晶體振蕩器1個(gè)、接收器1個(gè)（帶解調(diào)功能）、功率放大器1個(gè)、調(diào)節(jié)器1個(gè)、頻率調(diào)制器處于芯片內(nèi)部，完全由電子元件集成。NewMsg_RF905SE模塊采取Shock Burst工作模式，其特點(diǎn)是在發(fā)射電流為28.8mA，發(fā)射功率為+12.5 dBm時(shí)，接收電流為14mA。這種模式配置電流消耗很低，并且CRC可以很容易通過(guò)SPI接口進(jìn)行編程，從而能夠自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼。NewMsg_RF905SE數(shù)據(jù)傳輸模塊采用POWERDOWN省電模式，因此功耗很低，很容易實(shí)現(xiàn)節(jié)電。但是，NewMsg_RF905SE數(shù)據(jù)傳輸模塊采取的是nRF905單工工作方式，且在接收模式、待機(jī)模式、發(fā)送模式之間切換需要延時(shí)，這就需要設(shè)計(jì)者在時(shí)序設(shè)計(jì)上精心考慮。

綜上所述，基于單片機(jī)的智能小區(qū)信息采集呼叫系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，并運(yùn)用無(wú)線射頻控制技術(shù)，通過(guò)軟件更新可迅速增容，根據(jù)企業(yè)的規(guī)模隨時(shí)更新軟件，保證系統(tǒng)有最優(yōu)的服務(wù)質(zhì)量。該系統(tǒng)的運(yùn)用，降低了運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用、節(jié)約管理成本，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。

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