基于A(yíng)T89S51單片機的監控與管理系統的設計

　　摘要：在宿舍或商場(chǎng)的出入口中采用監視和管理系統可以進(jìn)行防盜和信息提示使用?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/AT89S51">AT89S51單片機的控制系統包括四部分：數據采集、控制系統、時(shí)鐘電路、語(yǔ)音錄音電路和報音提示信息電路。該系統采用單片機進(jìn)行控制，結構簡(jiǎn)單，還可進(jìn)行多種功能的擴展，如實(shí)現多機通訊，對更大的場(chǎng)合進(jìn)行監控與管理等。

　　關(guān)鍵詞：單片機，監控與管理，硬件，程序

1 引言

　　在學(xué)校宿舍、課室、圖書(shū)館、商場(chǎng)等場(chǎng)所的出入口，如果采用監控與管理系統，就可以對進(jìn)出的人數進(jìn)行統計，可以利用錄音設備或顯示設備進(jìn)行溫馨提示的管理工作，也可以在非進(jìn)入時(shí)間進(jìn)行監控報警等處理?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/AT89S51">AT89S51單片機的監控與管理系統由于采用了單片機進(jìn)行控制，大大簡(jiǎn)化了外圍硬件電路的設計，系統結構簡(jiǎn)單。同時(shí)，該系統可以進(jìn)行很多的擴展，如實(shí)現多機通訊，對更大的場(chǎng)合進(jìn)行監控與管理等。

2 系統硬件結構

2．1結構框圖

圖1 基于AT89S51單片機的監控與管理系統的結構框圖

　　圖1所示是基于A(yíng)T89S51單片機的監控與管理系統的結構框圖。該系統采用了AT89S51單片機系統來(lái)控制系統的工作，采用語(yǔ)音專(zhuān)用錄音芯片，同時(shí)也加上時(shí)鐘芯片，這樣就可以根據自己和場(chǎng)合的需要進(jìn)行不同的錄音，發(fā)出適合的報音信號，而且也可以實(shí)時(shí)顯示時(shí)鐘、日歷等，如果選用液晶顯示電路，還可以進(jìn)行文字顯示，用于溫馨提示，消息或新聞的發(fā)布等。本處只介紹利用語(yǔ)音IC實(shí)現報音的提示功能。

　　該系統由于采用了單片機的軟件編程實(shí)現控制各模塊電路的工作，并且可以通過(guò)鍵盤(pán)進(jìn)行參數的設置，實(shí)現了自動(dòng)控制，使得該系統變得更加完整，功能更多，同時(shí)可以進(jìn)行擴展。

2．2 工作原理

1、 硬件組成

圖2  各模塊單元電路

　　該系統由AT89S51單片機最小系統電路為主要結構，利用其I/O口進(jìn)行數據的采集和控制。圖2是各單元電路。

　　該電路的工作原理是：首先由無(wú)線(xiàn)熱釋電人體紅外探頭根據人體恒溫（37℃）發(fā)出特定波長(cháng)（10uM）的紅外線(xiàn)，通過(guò)菲泥爾濾光片增強后聚集到紅外感應源上，再經(jīng)熱釋電元件產(chǎn)生一定的電荷信號并送往單片機，此時(shí)單片機馬上讀取當前時(shí)間，并與之前單片機設定的時(shí)間段進(jìn)行比較，如果發(fā)現當前時(shí)間落在所設時(shí)間段范圍內，則向錄音電路芯片發(fā)出控制信號，把相應時(shí)間段的錄音內容送到報音電路，然后由報音電路通過(guò)放大電路放大后驅動(dòng)揚聲器，發(fā)出相應的聲音；若發(fā)現當前時(shí)間沒(méi)有落在所設時(shí)間段范圍內，則不響應該次無(wú)線(xiàn)熱釋電人體紅外探頭送進(jìn)來(lái)的中斷信號，即后面的全部工作將不再進(jìn)行下去，而是等待下一個(gè)中斷信號的過(guò)來(lái)。

各芯片與單片機的連接如下：

　?、僬Z(yǔ)音錄音芯片占單片機Ｐ0的8個(gè)Ｉ/Ｏ口及Ｐ2.0～Ｐ2.5共6個(gè)Ｉ/Ｏ口；其中單片機的P0口、P2.0和 P2.1分別與ISD2560的地址線(xiàn)相連，用以設置語(yǔ)音段的起始地址。P2.2~P2.5用以控制錄放音狀態(tài)。P1.7用于錄音鍵控制。

　?、跁r(shí)鐘芯片占用單片機Ｐ1.0～Ｐ1.2共3個(gè)Ｉ/Ｏ口；

　?、坻I盤(pán)顯示電路占用單片機Ｐ1.3～Ｐ1.6共4個(gè)Ｉ/Ｏ口。

　?、艽鎯ζ鱁2PROM占用Ｐ2.6和Ｐ2.7共2個(gè)Ｉ/Ｏ口

　?、輸祿杉Y果為外中斷輸入請求信號。

2．3 單元電路設計

1、單片機最小系統

　　該部分包括兩部分：?jiǎn)纹瑱C最小系統及串行E2PROM。單片機最小系統主要以AT89S51為核心，外加上電復位電路及時(shí)鐘電路組成；接入串行E2PROM主要是為了通過(guò)該E2PROM斷電后繼續保存系統所設定的相關(guān)參數。該電路使用的串行E2PROM是采用I2C總線(xiàn)接口的AT24C01，采用軟件模擬的方法實(shí)現I2C總線(xiàn)數據的傳送。

2、數據采集部分

　　為實(shí)現對人體數據的采集，該電路根據人體恒溫發(fā)出特定波長(cháng)的紅外線(xiàn)信號，采用無(wú)線(xiàn)或有線(xiàn)的熱釋電人體紅外探頭，通過(guò)該探頭可以將所采集回來(lái)的數據轉換成一個(gè)電平信號去觸發(fā)單片機，從而送出中斷請求信號。由于該部分電路在本系統中只充當一個(gè)中斷源使用，且不是該系統的核心電路部分，可采用一個(gè)成品的單元模塊進(jìn)行代替。

　　同時(shí)，由此可知，該控制系統也可以設置采集其他類(lèi)型的數據作為中斷源，方便地修改為其他服務(wù)的控制。

3、時(shí)鐘芯片電路

　　為了實(shí)現實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能，該電路采用了美國DALLAS公司生產(chǎn)的高性能、低功耗的時(shí)鐘芯片DS1302以及一些外圍元件組成[1]，該芯片具有時(shí)鐘/日歷功能，電路中配備了兩粒紐扣式后備電池，以保證DS1302在外電源中斷后正常計時(shí)，在單片機開(kāi)機后，可以通過(guò)鍵盤(pán)校準DS1302的時(shí)間、日歷。

4、語(yǔ)音錄音芯片電路

　　為了實(shí)現根據不同的使用場(chǎng)合，發(fā)出不同的報音內容，該電路采用了語(yǔ)音專(zhuān)用錄音ISD2560[2]，它具有抗斷電、音質(zhì)好，使用方便，無(wú)須專(zhuān)用的開(kāi)發(fā)系統等優(yōu)點(diǎn)。錄音時(shí)間為60 s，能重復錄放達10萬(wàn)次。只要通過(guò)麥克風(fēng)便可向錄音芯片錄入你想錄入的內容。

5、鍵盤(pán)、數碼管顯示電路

　　電路的鍵盤(pán)控制和顯示電路采用zlg7289A芯片構成數碼管顯示電路作為顯示[3]。該芯片具有SPI串行接口功能，無(wú)需外圍元件可直接驅動(dòng)LED，可同時(shí)驅動(dòng)8位共陰式數碼管(或64只獨立LED)的智能顯示驅動(dòng)芯片，使用非常方便。zlg7289A 內部含有譯碼器可直接接受BCD碼或16 進(jìn)制碼并同時(shí)具有2 種譯碼方式此外還具有多種控制指令如消隱﹑閃爍﹑左移﹑右移﹑段尋址等，使用非常方便。只使用單片機的4個(gè)端口。

6、報音電路

　　采用芯片ISD2560輸出已經(jīng)具有一定的功率，能正常驅動(dòng)小的揚聲器，但是為了能讓報出的報音信號能更宏亮，更讓人察覺(jué)，在輸出已有一定的功率的情況下再加兩級放大電路對輸出信號進(jìn)行繼續放大，以驅動(dòng)更大功率的揚聲器，發(fā)出更加響亮的聲音。

3.軟件設計

圖3 主程序流程         

圖4時(shí)鐘芯片的流程      

圖5 中斷程序流程

　　主程序主要是用于系統開(kāi)始或復位的初始化及調用各個(gè)子程序來(lái)完成對整個(gè)系統的控制，在初始化模塊中除了一般的堆棧指針設置及對各個(gè)所要用到的寄存器進(jìn)行賦值，還要對鍵盤(pán)顯示控制芯片ZLG7289的復位初始化。主程序流程圖見(jiàn)圖3。

　　圖4是時(shí)鐘芯片DS1302程序流程，檢測工作時(shí)間是否正確，如用戶(hù)有修改，則采用用戶(hù)修改結果。圖5是其中斷服務(wù)程序流程。其主要過(guò)程是開(kāi)機進(jìn)行初始化后，檢測熱釋電元件是否產(chǎn)生一定的電信號，然后把現在的時(shí)間和E2PROM所存儲時(shí)間相比較，判斷是否需要播放某一段錄音的時(shí)間，如果是，則播放相應的語(yǔ)言，然后返回。E2PROM所存儲時(shí)間，用戶(hù)可以鍵盤(pán)進(jìn)行輸入設置。同時(shí)，在編程時(shí)，可以設置設計算中斷的次數，從而計算進(jìn)出的人數。在非開(kāi)放時(shí)間，如檢測到人體信號，則可以輸出報警信號。

4．結語(yǔ)

　　本系統以AT89S51單片機為核心，以無(wú)線(xiàn)熱釋電人體紅外探頭信號為中斷請求信號，以當前時(shí)間為標準，通過(guò)軟件編程實(shí)現控制報音的目的。本系統的創(chuàng )新之處是系統硬件電路上比較簡(jiǎn)單，使用元件少，電路更具有可用性，性?xún)r(jià)比高，可方便安裝于各種需監測和管理場(chǎng)所。該系統非常方便擴展，如培養攝像頭啟動(dòng)控制等，如果要實(shí)現更大范圍的檢測和監控，還非常方便改裝成為主—從機的多機通信形式。

參考文獻：

[1]于復生，宋現春等，時(shí)鐘芯片DS1302及其在數據記錄中的應用   電子技術(shù)應用 2000年3月
[2]肖海榮，王鳳瑛等，基于A(yíng)T89C2051和ISD2560的錄放音系統設計  微計算機信息 2004年第1期
[3] 廣州周立功單片機發(fā)展有限公司 zlg7289A 8 位LED 及8 8 鍵盤(pán)控制芯片選型指南/upload/eWebUpload/200703/20070312110856345.pdf