摘#8195;要：基于單片機(jī)的多功能住宅安防系統(tǒng)是一套運(yùn)用了單片機(jī)技術(shù)、nRF905單片射頻發(fā)射器及傳感器設(shè)計(jì)的多功能住宅安防系統(tǒng)。它能夠?qū)?6個(gè)遠(yuǎn)程防區(qū)實(shí)時(shí)防盜、防火監(jiān)控、數(shù)碼顯示布防及報(bào)警情況。對(duì)受監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，一旦出現(xiàn)盜情，可以實(shí)現(xiàn)聲光同步顯示，向外發(fā)送報(bào)警信號(hào)；并利用溫度傳感器及時(shí)探測(cè)室內(nèi)溫度，對(duì)失火情況能夠及時(shí)發(fā)出警報(bào)。該防盜防火報(bào)警系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，使我們?cè)跒?zāi)情發(fā)生時(shí)能更快更早地得到提示，減少人身及財(cái)產(chǎn)損失，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：防盜防火報(bào)警#8195;單片機(jī)#8195;nRF905單片射頻發(fā)射器

筆者在教學(xué)中一直秉承項(xiàng)目教學(xué)的理念，通過項(xiàng)目來讓學(xué)生更好地掌握單片機(jī)技術(shù)。該項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)證后推廣到教學(xué)，讓學(xué)生以小組為單位來完成該項(xiàng)目，該項(xiàng)目需要用到模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)技術(shù)、DXP繪圖等多個(gè)科目的知識(shí)，使學(xué)生的綜合能力得到提高。

一、項(xiàng)目功能

該設(shè)計(jì)中計(jì)時(shí)功能是最基本功能，實(shí)現(xiàn)防盜防火報(bào)警，并在顯示屏上顯示當(dāng)前的月、時(shí)、分、秒時(shí)間。報(bào)警提醒功能是通過蜂鳴器和指示燈提醒，如果有盜竊或火災(zāi)發(fā)生，則系統(tǒng)發(fā)出蜂鳴聲且指示燈亮，報(bào)警信息能被長期自動(dòng)保存，并能隨時(shí)查詢，除非人工清除。

二、方案設(shè)計(jì)

1.計(jì)時(shí)功能

采用單片機(jī)控制日歷時(shí)鐘芯片DS1302來實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生，DS1302內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，通過簡單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘、日歷電路提供秒、分、時(shí)、日、月、年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整，時(shí)鐘操作可通過AM/PM指示決定采用24或12小時(shí)格式。DS1302與單片機(jī)之間能簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信，僅需用到三個(gè)口線：RES（復(fù)位），I/O（數(shù)據(jù)線），SCLK（串行時(shí)鐘）。時(shí)鐘/RAM的讀/寫數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá)31個(gè)字節(jié)的字符組方式通信。DS1302工作時(shí)功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于1mW。

2.信號(hào)收發(fā)功能

采用nRF905芯片，該芯片采用+3VDC供電，面積為5mm×5mm，共有32個(gè)外部引腳，包括UART和SPI等功能。內(nèi)部集成了nRF905射頻模塊、8051微控制器及A/D轉(zhuǎn)換模塊，具有433/868/915MHz三波段載波頻率。采用GFSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，支持多點(diǎn)通訊，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)0.1Mbps。具有特有的ShockBurst信號(hào)發(fā)射模式和發(fā)射信號(hào)載波監(jiān)測(cè)功能，可有效降低功耗電流，避免數(shù)據(jù)沖突。內(nèi)部寄存器為用戶提供了基礎(chǔ)的通訊協(xié)議，便于用戶擴(kuò)展，縮短了開發(fā)周期。外圍電路連接極為簡單，只需要一個(gè)晶體管和一個(gè)電阻，nRF9E5輸出端ANTI，ANT2外接5012單天線終端裝置，信號(hào)有效發(fā)射距離無遮擋時(shí)可達(dá)800m以上，有建筑物等遮擋時(shí)可達(dá)350m左右。

3.顯示功能

使用數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管的價(jià)格便宜、使用方便、易于控制。

4.報(bào)警功能

采用蜂鳴器和發(fā)光二極管指示燈，雖然聲音和亮度比較單一，但價(jià)格便宜，實(shí)用價(jià)值高，體積又小。

三、原理概述

多功能住宅安防系統(tǒng)是基于單片機(jī)的無線防盜防火報(bào)警系統(tǒng)。當(dāng)盜情發(fā)生時(shí)，發(fā)射機(jī)即啟動(dòng)發(fā)射，然后由接收機(jī)接收信號(hào)，通過單片機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警。該系統(tǒng)由鍵盤輸入部分、無線發(fā)射部分、無線接收部分、單片機(jī)控制部分、報(bào)警部分、存儲(chǔ)部分、計(jì)時(shí)顯示部分、防火報(bào)警部分及電源9部分組成。鍵盤輸入電路負(fù)責(zé)把盜情信號(hào)傳送給無線發(fā)射機(jī)，以便及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。無線發(fā)射和接收部分采用nRF905射頻芯片，該芯片抗干擾能力強(qiáng)。支持多點(diǎn)通訊，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)0.1Mbps。具有特有的ShockBurst信號(hào)發(fā)射模式和發(fā)射信號(hào)載波監(jiān)測(cè)功能，可有效降低功耗電流，避免數(shù)據(jù)沖突。信號(hào)有效發(fā)射距離無遮擋時(shí)可達(dá)800m以上，有建筑物等遮擋時(shí)可達(dá)350m左右。在接收控制器中，單片機(jī)控制部分是整個(gè)系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)檢測(cè)接收機(jī)輸出、掃描鍵盤、顯示驅(qū)動(dòng)、輸出驅(qū)動(dòng)、走時(shí)及定時(shí)輸出等。單片機(jī)使用ATMEL公司的89S52單片機(jī)，其FLASH程序存儲(chǔ)區(qū)容量達(dá)8kB，RAM達(dá)到256B，其他特性同 AT89S51完全一致。報(bào)警部分可以利用蜂鳴器和發(fā)光二極管進(jìn)行聲光同時(shí)報(bào)警，準(zhǔn)確迅速地提醒人們及時(shí)阻止盜情的發(fā)生。存儲(chǔ)部分利用EEPROM AT24CXX，可以將發(fā)生盜情的時(shí)間記錄下來，并加以存儲(chǔ)，以便隨時(shí)查詢盜情發(fā)生的時(shí)間。計(jì)時(shí)顯示部分具有顯示當(dāng)前時(shí)間的功能，通過DS1302 時(shí)鐘芯片顯示日、時(shí)、分、秒，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整。防火報(bào)警部分利用溫度傳感器對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí)，傳感器就會(huì)發(fā)出信號(hào)，由蜂鳴器發(fā)出報(bào)警。

電源部分負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)供電，工作電源可從市電220V獲得，經(jīng)穩(wěn)壓后得到5V的穩(wěn)定工作電壓。具體原理框圖如圖1所示。

圖1#8195;原理框圖

四、單片機(jī)硬件電路與程序流程圖

單片機(jī)在該項(xiàng)目中的主要作用是實(shí)現(xiàn)nRF905單片射頻發(fā)射器芯片的收發(fā)信號(hào)功能。

1.單片機(jī)與nRF905的信號(hào)連接

圖2#8195;單片機(jī)與nRF905的信號(hào)連接

2.數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)框

圖3#8195;數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)框圖

3.程序流程

圖4#8195;主程序流程圖

五、調(diào)試遇到的問題及解決方案

一是讀1302時(shí)不顯示，經(jīng)檢查電路發(fā)現(xiàn)原因是電池的兩端接反，改正后顯示正常。

二是調(diào)試DS18B20時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，查閱資料后，發(fā)現(xiàn)此種芯片每一片都有唯一的代碼，用串口把代碼讀出，對(duì)晶振的要求非常高。剛開始讀時(shí)用的是12Hz的晶振，由于串口的誤碼率太高，所以不正確，改用11.0592MHz的晶振后即正確。

三是該項(xiàng)目最難的調(diào)試部分是nRF905收發(fā)器的調(diào)試，因?yàn)樵擁?xiàng)目采用的是無線發(fā)射和接收信號(hào)，所以對(duì)器件的精度要求非常高，否則很難調(diào)試出來，選擇該模塊的原因也在此。在仔細(xì)閱讀相應(yīng)的資料后，認(rèn)真編寫程序，經(jīng)過反復(fù)的修改，最后調(diào)試成功。

經(jīng)調(diào)試后，計(jì)時(shí)顯示功能、信號(hào)的無線收發(fā)功能、防盜防火報(bào)警功能實(shí)現(xiàn)良好，和預(yù)期的效果一致。

六、小結(jié)

“多功能住宅安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”是源于生活中的一個(gè)項(xiàng)目，該項(xiàng)目可以經(jīng)過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和完善運(yùn)用于生活和生產(chǎn)實(shí)際中，例如一般家庭、小區(qū)及機(jī)關(guān)單位的安全防盜防火。本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)過程中，最復(fù)雜的部分就是無線發(fā)射接收電路的設(shè)計(jì)和編程，在程序設(shè)計(jì)過程中遇到了冒險(xiǎn)現(xiàn)象，該現(xiàn)象是程序設(shè)計(jì)中的一個(gè)難點(diǎn)。而冒險(xiǎn)現(xiàn)象往往會(huì)影響到邏輯電路的穩(wěn)定性，時(shí)鐘端口、清零和置位端口對(duì)毛刺信號(hào)十分敏感，任何一點(diǎn)毛刺都可能會(huì)使系統(tǒng)出錯(cuò)。由于能力有限，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中冒險(xiǎn)現(xiàn)象仍沒有得到很好的解決，經(jīng)過查詢各方面的資料得知改善電路冒險(xiǎn)的主要途徑有：通過改變?cè)O(shè)計(jì)破壞毛刺產(chǎn)生的條件，來減少毛刺的發(fā)生；在系統(tǒng)中盡可能采用同步電路等方法。

該項(xiàng)目考驗(yàn)學(xué)生的綜合能力，學(xué)生在實(shí)現(xiàn)的過程中需要自己不斷去思考研究。這對(duì)學(xué)生能力是一個(gè)很大的提高，也可作為電子信息類學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的考核題目。

參考文獻(xiàn):

[1]張慶豐，岑豫皖，杜培明.基于單片機(jī)控制的防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2005(1)．

[2]劉濟(jì)林，宋加濤，丁莉雅等.基于單片機(jī)的報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用[J].自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2003(3)．

[3]王正華，郝麗麗.基于單片機(jī)的報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用[J].電子工程師月刊，2003(10)．

（作者單位：中山市技師學(xué)院）