基于单片机的家用无线监控系统设计
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作者: 吉建英 王丽
摘 要： 为及时发现并排除居民家中存在或突发的一些安全隐患，以及时采取措施。采用AT89S52单片机为主要原件，结合使用温度传感器、无线编解码芯片等，利用单片机的嵌入式编程原理和无线通信技术，为普通家庭用户设计一个功能相对齐全，价格低廉，安装方便的家用无线监控系统。
关键词： 单片机；家用监控系统；硬件选择；电路设计
中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0220059－01
近年来，随着科技的进步，社会发展越来越快，人民生活也变得更加便捷舒适。可随着许多高科技产品服务于生活的方方面面，也给家庭带来了一些安全隐患，如煤气泄漏、电器起火、水管漏出等。尽管当前市场上也出现了许多安防产品，但有的功能过于单一，有的价格昂贵，不适合普通家庭的安装使用。为了解决这一问题，我们进行研究并设计基于单片机的家用无线监控系统。
该系统基于AT89S52单片机，利用单片机的嵌入式编程和无线通信技术的思想设计而成的，其中，AT89S52单片机作为各个监控电路的控制中心，利用液晶显示器LCD1602对各种监控模块出现的状态进行显示，通过无线通讯对出现的各种安全隐患进行报警处理。日常，该系统也可以显示室内温度、日期时间，还可以通过薄膜键盘对时间进行调整。
1 系统设计
1.1 设计思路
由于本系统是利用单片机的嵌入式编程思想进行系统总体控制，系统的各个不同模块需要分别安装在不同的位置，如：卫生间，厨房，防盗门等，因此，在硬件电路设计时，采用由主控台整体控制，并与各功能模块之间通过无线发射、接收信息的传输方式，实现整体监测与控制。因此，硬件电路的设计主要包括：总控制台与无线模块之间的连接电路，无线信号发射电路，无线信号接收线路等几个主要部分。
1.2 系统组织模块
从功能模块来划分，该系统包含有温度传感模块、时钟显示模块、液晶模块，及无线编/解码模块等。
但从系统构成上来划分，该系统包含主控台模块，厨房水、电、气监控模块，卫生间水电监测模块，防盗门窗监控模块等。主控台与各组成模块之间需要能过无线信号发射与接收来完成信号的传送，因此，在系统设计时，每个组成模块设计了相应的连接电路，然后，在主控台模块和各组成模块分别设计无线信号发射和接收电路。
2 硬件选择
本系统使用的硬件主要有AT89S52单片机，液晶模块LCD1602，时钟模块DS1302，温度传感器模块DS18B20，无线电路模块以及无线编解码芯片PT2262、PT2272等。
2.1 单片机的选择
本系统选择采用的AT89S52单片机是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP（In-system programmable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器[1]，非常适合我们所设计的系统的需要。此外，AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置的省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口外中断系统可继续工作，掉电模式下，冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片的其它功能直至外中断激活或者硬件复位。
2.2 液晶显示器的选择
在液晶显示器的选择上，由于LCD1602是16x2的显示器，足以用于显示日常的时间日期以及温度，而且在报警发生和修改时钟数据时，还可以利用清屏和英文语句来表示，加之LCD1602价格比较低廉，符合并足以满足本系统设计思想，因此，选择了LCD1602作为总控的显示器。
2.3 时钟模块简介
本系统选用的时钟模块为：DS1302，它是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，可对年、月、日、周、时、分、秒计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。
此外，DS1302还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等[1]。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0H～FDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH（写）、FFH（读）。
2.4 温度传感器的选择
在温度传感器的选择上，最常用的是AD590和DS18B20两种，其中AD590价格相对较高，而DS18B20足满足我们系统设计需要，因此，选择了DS18B20。
对DS18B20的使用，多采用单片机实现数据采集。处理时，将DS18B20信号线与单片机一位口线相连，单片机可挂接多片DS18B20，从而实现多点温度检测系统。
2.5 无线模块以及编解码芯片的选择
无线收发模块中，由于总控台上要区分各个监控点，如果不使用编码/解码芯片，那只能是一个单一功能的遥控电路，功能有限并且很容易受到干扰。必须加上编解码芯片，使用编码/解码芯片来把不同的遥控电路区分开，使一个发射电路的信息只能被一个接收电路来识别，使用编码机制，就像密码一样，只有双方的密码相同才能有效。但编解码芯片价格便宜，相比之下使用也更加方便。因此，我们最终选择了编解码芯片[2] 。
3 系统调试
软件调试利用Keil C51进行软件程序的编译以及hex文件的生成，在生成hex文件后，利用Proteus7的仿真电路进行仿真[3][4]。
硬件调试前，我们利用Proteus7进行了硬件图的设计和连接，在确定基本器件后在电路板上搭建电路。在搭建电路过程中，必须严格按照预先设计好的焊接点进行焊接。S52等多管脚器件最好有座，因为这样更方便单片机的程序的烧写和擦除。另外一定要注意液晶屏以及DS18B20的正负极的接法，以免接反而烧掉元件。
4 总结
该系统的设计以便于普通家庭用户安装使用，价格低廉，方便安装，功能齐全为指导思想，目前主要的功能在软件方面都已实现，但由于无线模块在调试中受到的干扰比较大，使得在硬件方面功能没有完全得到实现，但时间、日期、温度的液晶显示，时间、日期的键盘调节等均已经实现，无线通信模块的电路也已搭建好。另外，本系统还可以进行手机模块功能的扩展，即当有盗情或其它安全隐患出现时，可以通过手机以发送短消息或者拨打主人手机的方式进行远程报警，这一功能的具体实现，还有待于我们进一步研究。
参考文献：
[1]北京航空航天大学，《单片机与嵌入式系统应用》，2008，7：6-8.
[2]杜树春编著，《单片机应用系统开发实例详解》，北京：机械工业出版社，2007，10：55-56.
[3]马忠梅编著，《单片机的C语言应用程序设计》，人民邮电出版社，2003，5：56-57.
[4]张靖武，《单片机系统的PROTEUS设计与仿真》，电子工业出版社，2007，5：30-31.
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