基于51單片機(jī)多功能報(bào)警接收控制器的設(shè)計(jì)

盛建榮（金華廣播電視大學(xué)，浙江 金華 321022）

0 引言

在城市快速發(fā)展的過(guò)程中，城市人口數(shù)量巨增，給社會(huì)治安帶來(lái)很大壓力。工廠、機(jī)關(guān)和居家失盜、搶劫等事件時(shí)有發(fā)生。為此，政府部門提倡采用高科技手段實(shí)現(xiàn)技術(shù)防范措施。針對(duì)目前市場(chǎng)上的家用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)報(bào)警只有一個(gè)輸入接口，而用戶實(shí)際需要接入多種報(bào)警源（防火、防盜、防搶）的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)可以接入種多報(bào)警源的報(bào)警接收控制器，它能配合網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)把報(bào)警現(xiàn)場(chǎng)的視頻實(shí)時(shí)傳回報(bào)警中心和業(yè)主，讓報(bào)警中心或業(yè)主根據(jù)報(bào)警現(xiàn)場(chǎng)的視頻情況及時(shí)處理，提高效率，降低成本。

1 硬件電路設(shè)計(jì)

本控制器的核心芯片采用STC11F08XE單片機(jī)，復(fù)位芯片選用美信半導(dǎo)體的MAX813L，無(wú)線接收芯片選用法國(guó)SYNOXO半導(dǎo)體公司SYN480R。系統(tǒng)整體功耗較小，兼容性好，穩(wěn)定性高。

1.1 硬件結(jié)構(gòu)

硬件的結(jié)構(gòu)和可靠性直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，所以合理安排電路能提高電子產(chǎn)品的性能。本控制器的系統(tǒng)框圖如圖1所示，其中實(shí)線大框內(nèi)的是本項(xiàng)目的原理框圖。本系統(tǒng)以STC11F08XE單片機(jī)為控制核心，具有在線編程、低功耗、5 V工作電壓、內(nèi)置資源豐富的特點(diǎn)。I/O口有 40個(gè)，F(xiàn)lash程序存儲(chǔ)器為 8 KB，SRAM為 1 280 B，內(nèi)置波特率發(fā)生器，2個(gè)定時(shí)器，內(nèi)置看門狗等；ASK/OOK高靈敏度超外差接收芯片 SYN480R，具有低功耗3.7 mA（315 MHz，完全工作），頻率范圍為315～433.92 MHz，接收靈敏度為-107 dBm，傳輸速率10 kb/s（SWP）。復(fù)位芯片 MAX813L具有四個(gè)功能：上電和掉電狀態(tài)下的復(fù)位功能、WATCHDOG輸出功能、1.25 V掉電告警門限檢測(cè)器、手動(dòng)復(fù)位輸入[1]。

無(wú)線接收芯片SNY480R可以提供固定和掃頻兩種基本的工作模式，本系統(tǒng)采用固定模式[2]。在這種模式下，芯片內(nèi)會(huì)產(chǎn)生固定的本振信號(hào)，僅僅需要輸入外部時(shí)鐘信號(hào)或外接一個(gè)石英晶振即可，但該接收模式下需要發(fā)射機(jī)有相對(duì)精確穩(wěn)定的發(fā)射頻率，所以通常都使用聲表面濾波SAW和石英晶振。

圖1 控制器系統(tǒng)框圖

1.2 電路設(shè)計(jì)

1.2.1 系統(tǒng)復(fù)位電路

在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，有時(shí)可能需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。為了避免對(duì)硬件系統(tǒng)經(jīng)常加電和斷電造成的損害，設(shè)計(jì)了手動(dòng)的復(fù)位電路，如下圖2所示。該電路在系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中需要復(fù)位時(shí)，只需使開(kāi)關(guān)閉合，在RESET端就會(huì)出現(xiàn)一定時(shí)間的高電平信號(hào)，從而使單片機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)位。

圖2 系統(tǒng)復(fù)位電路圖

1.2.2 系統(tǒng)晶振電路

單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能進(jìn)行工作。STC11FXX系列單片機(jī)內(nèi)部都有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路，只需外接晶振源，就能產(chǎn)生一定頻率的時(shí)鐘信號(hào)送到單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)單元，決定單片機(jī)的工作速度[3]。本設(shè)計(jì)采用外接晶振的方法，電路中兩個(gè)電容的作用：一是幫助振蕩器起振；二是對(duì)振蕩器的頻率起到微調(diào)的作用。

1.2.3 系統(tǒng)輸入電路

按輸入的方式分有線信號(hào)輸入和無(wú)線信號(hào)輸入兩種，圖3是有線信號(hào)的輸入電路設(shè)計(jì)，圖中CAR0_IN是防火探頭的輸入端，常開(kāi)開(kāi)關(guān)輸入；CAR1_IN是防劫持按鈕的輸入端，常開(kāi)開(kāi)關(guān)輸入；CAR2_IN是有線防盜探測(cè)器信號(hào)輸入，常閉開(kāi)關(guān)輸入；CAR3_IN是目前市面上常用的報(bào)警主機(jī)的接入，由于這個(gè)信號(hào)是有電源電壓的輸入，為防止正負(fù)極性接錯(cuò)而損壞設(shè)備，故在電路中設(shè)計(jì)了極性轉(zhuǎn)換電路；CAR4_IN、CAR5_IN為預(yù)留的外部防盜報(bào)警探頭的輸入，這兩路的輸入可以通過(guò)K1、K2這2個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)置輸入方式是常開(kāi)的還是常閉的輸入信號(hào)。K1/K2閉合，則 CAR4_IN、CAR5_IN為常閉輸入，否則為常開(kāi)輸入[4]。

圖3 系統(tǒng)輸入電路

1.2.4 無(wú)線報(bào)警接收電路

無(wú)線報(bào)警探頭及遙控器的發(fā)送信號(hào)經(jīng)過(guò)無(wú)線接收電路接受后送入單片機(jī)，本電路的特點(diǎn)是，單片機(jī)任意I/O口都可以接受無(wú)線信號(hào)進(jìn)行解碼，如圖4所示。

圖4 無(wú)線報(bào)警接收電路

1.2.5 系統(tǒng)輸出電路

輸出電路主要是報(bào)警輸出信號(hào)和指示燈的指示信號(hào)。報(bào)警輸出端口采用光電耦合管隔離，防止外接高電壓輸入燒壞單片機(jī)。指示燈采用雙色的二極管（紅色、綠色），當(dāng)有輸出時(shí)，指示燈亮綠色，無(wú)輸出則亮紅色。

2 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)的任務(wù)是在整體設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，確定程序結(jié)構(gòu)，分配內(nèi)存RAM資源，劃分功能模塊，然后進(jìn)行主程序和各模塊程序的設(shè)計(jì)，最后與硬件相結(jié)合完成相應(yīng)功能[5]。

2.1 主程序設(shè)計(jì)

主程序采用模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)流程如圖5所示。開(kāi)機(jī)進(jìn)入主程序后對(duì)端口及相關(guān)寄存器、定時(shí)器等進(jìn)行初始化，檢測(cè)是否需要清除以前保存的數(shù)據(jù)信息（探頭的編碼及狀態(tài)信息），若需要清除則進(jìn)入清除數(shù)據(jù)子程序，若不需要清除數(shù)據(jù)，則進(jìn)入讀取已保存的數(shù)據(jù)信息并保存這些信息到相應(yīng)的數(shù)組和變量中；初始化定時(shí)器，開(kāi)啟定時(shí)器，開(kāi)啟中斷功能，用串口發(fā)送已讀取的信息（便于系統(tǒng)調(diào)試、測(cè)試），再判斷當(dāng)前EEPROM數(shù)據(jù)是否為空且不處于工作模式，如果是則設(shè)備不工作，并提示用戶進(jìn)行學(xué)習(xí)；否則按模式開(kāi)關(guān)的狀態(tài)進(jìn)入相關(guān)的工作模式。工作模式按工作子程序運(yùn)行，學(xué)習(xí)模式按學(xué)習(xí)子程序運(yùn)行。

圖5 系統(tǒng)流程圖

2.2 學(xué)習(xí)子程序

SYN480R與CPU 的連接僅需要一條線，只要將SYN480R的DO和STC11F08XE的P4.0口連接即可。SYN480R片內(nèi)自動(dòng)完成所有的RF及IF調(diào)諧，輸出信號(hào)通過(guò)CPU的端口進(jìn)行解碼。

PT2262編碼芯片是一種CMOS工藝制造的低功耗低價(jià)位通用編解碼電路，它每次發(fā)射時(shí)至少發(fā)射4組字碼。每組字碼之間由同步碼隔開(kāi)，用單片機(jī)軟件解碼時(shí)，程序只要判斷出同步碼，然后對(duì)后面的字碼進(jìn)行脈沖寬度識(shí)別即可。一個(gè)字碼由8位地址碼加4位數(shù)據(jù)碼即12位AD碼組成，地址碼和數(shù)據(jù)碼都用不同寬度的脈沖來(lái)表示，用“1”表示兩個(gè)寬脈沖；用“0”表示兩個(gè)窄脈沖；用“F”表示一個(gè)寬脈沖和一個(gè)窄脈沖，也就是地址碼的“懸空”。設(shè)置地址碼時(shí)應(yīng)考慮：同一個(gè)系統(tǒng)地址碼須一致；不同的系統(tǒng)可以依靠不同的地址碼加以區(qū)分；至于設(shè)置什么樣的地址碼完全由用戶決定。

根據(jù)上述特點(diǎn)我們用定時(shí)器計(jì)數(shù)的方式測(cè)量電平脈沖的寬度，根據(jù)這個(gè)寬度判斷是同步碼、“0”碼、“1”碼、“F”碼和錯(cuò)誤碼，然后做相應(yīng)的處理完成解碼過(guò)程。為了確保接收到的碼是正確的，采用連續(xù)兩次收到相同的碼后才能確認(rèn)的方式來(lái)解碼。

2.3 工作子程序

在進(jìn)入工作子程序時(shí)，先檢測(cè)各個(gè)外接有線輸入端口是否有有效信號(hào)輸入，如果有則根據(jù)規(guī)則輸出相應(yīng)的信號(hào)，比如：火警輸入信號(hào)有效，則立刻對(duì)外輸出報(bào)警信號(hào)；如果有有線報(bào)警信號(hào)輸入，則需要檢測(cè)目前是否是布防狀態(tài)，是布防狀態(tài)則立即對(duì)外輸出報(bào)警信號(hào)，若是撤防狀態(tài)則什么也不做。有線信號(hào)檢測(cè)完畢后進(jìn)入無(wú)線信號(hào)接收，無(wú)線信號(hào)接收和學(xué)習(xí)模式相同，當(dāng)收到一組解碼信息后，立刻與布防數(shù)組、撤防數(shù)組、防劫數(shù)組、報(bào)警探頭1數(shù)組、報(bào)警探頭2數(shù)組的信息對(duì)比，一旦有一個(gè)數(shù)組信息與收到的解碼信息相同就執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，比如：若收到與解碼信號(hào)的布防碼信號(hào)一致，則系統(tǒng)檢查當(dāng)前的狀態(tài)，若是撤防狀態(tài)就修改當(dāng)前狀態(tài)為布防狀態(tài)，修改相應(yīng)的輸出指示及狀態(tài)標(biāo)志，如果是布防狀態(tài)則什么也不做。若收到的解碼信號(hào)與防劫按鈕學(xué)習(xí)碼一致則立即對(duì)外輸出報(bào)警信號(hào)，輸出信號(hào)保存1 s后停止輸出信號(hào)。若收到的是報(bào)警探頭的解碼信號(hào)，則系統(tǒng)檢測(cè)當(dāng)前的布防狀態(tài)標(biāo)記，如果是布防狀態(tài)，則立即對(duì)外輸出報(bào)警信號(hào)，輸出信號(hào)保存1 s后停止輸出信號(hào)；如果是撤防狀態(tài)則系統(tǒng)什么也不做。工作子程序的流程如圖6所示。

圖6 子程序工作流程

3 結(jié)論

該控制器采用先進(jìn)的微處理技術(shù)作為控制核心，集成度高，可靠性好，具有多種靈活接口。可以接收2路無(wú)線報(bào)警探頭信號(hào)和2路有線防盜報(bào)警探頭信號(hào)的輸入；可以接入24小時(shí)布防的火警探測(cè)器、防搶劫按鈕等有線探測(cè)器的輸入；可以對(duì)接其他報(bào)警主機(jī)的報(bào)警信號(hào)輸入，實(shí)現(xiàn)多種探測(cè)器的輸入；通過(guò)報(bào)警輸出口和網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)報(bào)警輸入口配套使用，還可實(shí)現(xiàn)無(wú)線遙控布防、撤防。隨著社會(huì)的發(fā)展，相信多功能報(bào)警接收控制器必將會(huì)廣泛應(yīng)用。

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