基于單片機的智能小區監控系統的設計

1． 引言

　　隨著(zhù)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(wù)和安全防范的要求尤為突出．如何利用計算機和通信技術(shù)在智能化小區家庭智能管理系統中，對住戶(hù)家庭水表、電表、煤氣表的自動(dòng)計量以及火災、煤氣泄漏、入室盜竊等警情的實(shí)時(shí)監控已經(jīng)成為信息產(chǎn)業(yè)的熱點(diǎn)技術(shù)．利用CAN總線(xiàn)技術(shù)雖然有其開(kāi)放式、數字化、多點(diǎn)通信等諸多優(yōu)點(diǎn)，但將其用于智能住宅小區，卻因其成本偏高，目前在我國還難以推廣．為此，作者開(kāi)發(fā)出一種設備簡(jiǎn)單，成本低廉，便于維護經(jīng)濟型智能小區家庭管理系統，能有效地實(shí)現三表自動(dòng)采集計費，防盜、防災、自動(dòng)報警和遠程監控等功能．利用單片機進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并將采集的數據通過(guò)串行口傳給PC機，PC機完成數據的運算、存儲、和打印。硬件通過(guò)PIC16FXX單片機實(shí)現，軟件由VC++6.0實(shí)現。

　　2． 系統結構

　　系統是由一臺PC機（上位機）和多臺PIC單片機（下位機，作為終端控制器）構成分布式控制系統，PC機COM口帶多個(gè)終端控制器，終端控制器地址設為1－N。PC機采用巡查工作方式自動(dòng)查詢(xún)小區內所有終端控制器的報警狀態(tài)，及時(shí)對各種報警信號做出響應，并通過(guò)有效手段（語(yǔ)音提示、電子地圖標識等）向監控中心工作人員提供報警業(yè)主家庭有關(guān)地址、電話(huà)等詳細信息，以便及時(shí)處理；同時(shí)通過(guò)抄表工作方式完成自動(dòng)抄表以及報表輸出等任務(wù)．終端控制器采集用戶(hù)煤氣表、電表、水表脈沖數據，實(shí)現3表自動(dòng)計數；同時(shí)采集現場(chǎng)的防盜、防災等信息，有意外事件發(fā)生時(shí)可自動(dòng)啟動(dòng)報警器報警．PC機與終端控制器采用總線(xiàn)式網(wǎng)絡(luò )結構相連，采用RS—485接口總線(xiàn)通信；RS485接口總線(xiàn)利用平衡發(fā)送和差分接收方式實(shí)現通信．，以半雙工工作方式工作，最大傳輸距離可達1200m，波特率在1200和38400b/s間可設置，RS485網(wǎng)絡(luò )采用一對有補償的雙絞線(xiàn)。終端控制器采用PIC16FXX單片機，片中串行口加MAX487轉換器，選用在多點(diǎn)總線(xiàn)傳輸線(xiàn)中雙向數據通信應用網(wǎng)絡(luò )廣泛使用的MAX487收發(fā)器，其特點(diǎn)是具有限斜率的驅動(dòng)器，即驅動(dòng)器發(fā)送數字信號，其沿邊斜率是受限制的，這使電磁干擾（EMI）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(xiàn)簡(jiǎn)單，維護方便，保證了抄表的可靠性和監控的實(shí)時(shí)性．

　　3． 終端控制器硬件設計

　　每個(gè)家庭安裝的終端控制器是以單片機PIC16FXX為核心的數據采集和處理裝置，電路結構如圖2所示．PIC16FXX單片機是由美國Microchip公司推出的一種新型的CMOS工藝的8位單片機，具有別具特色的哈佛總線(xiàn)和RISC結構，以及PIC16FXX的程序存儲器為電可擦除閃速存儲器（flash），可修改程序，甚至可在線(xiàn)編程。PIC16F83和PIC16F84片內數據存儲器除RAM外，還有64K字節的EPROM，可以當作一般的或非易失性數據存儲器使用，簡(jiǎn)單方便，它還具有片內上電復位，延時(shí)電路，看門(mén)狗電路等。終端控制器就是由PIC16FXX單片機擴展了8路信號輸入通道，通信接口電路，鍵盤(pán)，看門(mén)狗電路，LCD顯示器和EEPROM 24C16等．

　　為了簡(jiǎn)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．本系統對表脈沖安排4路輸入通道，利用單片機PIC16FXX的PORTA端口輸入，表脈沖和報警脈沖信號分別通過(guò)斯密特觸發(fā)器波形整形和74LS244緩沖器進(jìn)入CPU，在一定的采樣周期內，CPU輪流查詢(xún)用戶(hù)表和報警的輸入端口狀態(tài)，并進(jìn)行數據分析處理，存到EEPROM 24C16相應的存儲區，等待中央計算機的查詢(xún)和抄寫(xiě)．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LCD液晶顯示器可顯示表數據和有關(guān)報警狀態(tài)等信息，所采用的液晶顯示模塊，內置顯示RAM和驅動(dòng)控制器，通過(guò)4線(xiàn)與單片機相連． 8KB串行EEPROM 24C16，用以存儲用戶(hù)各表的數據信息、報警狀態(tài)信息和采集監控終端地址以及有關(guān)初始化信息．每個(gè)用戶(hù)的采集監控終端設置不同的地址，從而保證采集數據的正確無(wú)誤．

　　終端控制器工作過(guò)程如下：上電復位自檢后，開(kāi)始運行，指示燈閃爍表示程序開(kāi)始正常工作，初始化LCD，脈沖表，密碼，報警狀態(tài)，鍵盤(pán)，串口。然后進(jìn)入主程序循環(huán)，首先記錄報警狀態(tài)，脈沖表數據，然后將上述兩種數據存入24C16中，查詢(xún)鍵盤(pán)，通過(guò)串口響應PC機通信命令與PC機之間進(jìn)行數據傳輸。

4． 系統通信