一種低功耗單片機(jī)芯片在智能樓宇安防系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉塵塵

【摘 要】隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，目前越來越多的物業(yè)公司都使用基于嵌入式設(shè)備開發(fā)的智能樓宇安防系統(tǒng)，但是由于主控芯片與其他I/O設(shè)備不同步而導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定的問題時(shí)常發(fā)生，本文介紹了一種高速單片機(jī)主控芯片在智能樓宇安防系統(tǒng)中得到實(shí)現(xiàn)的過程。

【關(guān)鍵詞】低功耗；單片機(jī)；智能樓宇安防系統(tǒng)；應(yīng)用

0 前言

目前國內(nèi)城鎮(zhèn)建設(shè)日益發(fā)展，智能樓宇安防系統(tǒng)市場需求加劇，目前集成式、中控式智能樓宇安防系統(tǒng)日趨凸顯不足（例如對主干網(wǎng)絡(luò)過于依賴、功耗過大），因此根據(jù)實(shí)驗(yàn)室原有的8051單片機(jī)相關(guān)平臺，結(jié)合工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)一款既具有中央控制單元，又有分布式結(jié)構(gòu)的智能樓宇安防系統(tǒng)。分布式控制模塊主要分布在各層主要樓道中，通過RJ45模塊與中央處理模塊通訊；中央處理模塊利用最新由STC公司開發(fā)的12C5A60S2單片機(jī)對匯集信息進(jìn)行集中處理，必要時(shí)，可以通過界面和短信報(bào)警。通過上述模塊，最終達(dá)到小區(qū)、樓宇安防系統(tǒng)智能化的需求目標(biāo)。

1 基于高速單片機(jī)控制的智能樓宇安防系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)目由兩個(gè)部分組成，分別是：中央處理模塊（計(jì)算機(jī)）和分布式處理模塊，模塊之間的連接關(guān)系如圖1所示：

圖1 智能樓宇安防系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)圖

其中中央處理模塊完成功能：1.實(shí)時(shí)顯示模塊監(jiān)測情況；2.及時(shí)處理和報(bào)警突發(fā)事件；分布式處理模塊功能：1.采集和處理溫、濕度，煙霧，震動等傳感器信息；2.與中央處理模塊進(jìn)行有線通訊（串口RS485或RJ45）。

2 主控芯片STC12C5A60S2和溫控傳感器DS18B20在智能樓宇安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 STC12C5A60S2與AT89C51異同點(diǎn)

本次系統(tǒng)的核心主控芯片STC12C5A60S2和過去常用的使用Atmel 公司制造的AT89C51系列作對比如表1所示。

從表1可以看出，STC12C5A60S2能力比過去常用的AT89C51系列得到加強(qiáng)，作為本次系統(tǒng)開發(fā)使用到的主要有以下三個(gè)特點(diǎn)：

第一點(diǎn)：工作電壓。AT89C51單片機(jī)使用電壓只能是5.5V，但是在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了體現(xiàn)低功耗的特點(diǎn)，因此把電壓控制在3.3V左右，加入了3.3V電源模塊，同時(shí)，為了今后擴(kuò)展需要，也保留了常用的5.5V電源。

第二點(diǎn)：掉電喚醒引腳。STC12C5A60S2具有掉電喚醒功能，STC的喚醒機(jī)制就是進(jìn)中斷，通過MCU_POWER_DOWN（MCU掉電程序）和INT0_int（） interrupt 0（外部中斷0服務(wù)程序），可以使得該芯片進(jìn)入掉電服務(wù)程序，在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，該功能與定時(shí)器配合，使得智能樓宇安防系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間更加人性化，可以進(jìn)一步降低功耗。

表1 AT89C51系列和STC12C5A60S2主要性能對比表

第三點(diǎn)：內(nèi)置的晶振和復(fù)位電路。電路板布局是硬件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，STC12C5A60S2單片機(jī)將過去需要單獨(dú)設(shè)計(jì)的晶振和復(fù)位電路內(nèi)置，節(jié)約了電路空間，使得電路板更加緊湊，合理，為今后系統(tǒng)擴(kuò)展留下了硬件空間。

2.2 利用STC12C5A60S2的A/D功能實(shí)現(xiàn)溫度檢測

為了強(qiáng)化智能樓宇安防系統(tǒng)的低功耗性能，充分發(fā)揮節(jié)能減排作用，因此需要精準(zhǔn)掌握和控制溫度，在本系統(tǒng)中，使用溫度傳感器DS18B20作為溫度檢測芯片。這里提供DS18B20芯片的讀寫時(shí)序圖如圖2所示。

圖2 DS18b20的讀/寫時(shí)序圖

寫時(shí)間隙分為寫“0”和寫“1”，時(shí)序如圖2。在寫數(shù)據(jù)時(shí)間隙的前15us總線需要是被控制器拉置低電平然后是采樣時(shí)間，這個(gè)時(shí)間為15～60us，讀時(shí)間隙時(shí)控制時(shí)的采樣時(shí)間應(yīng)該更加的精確才行，讀時(shí)間隙時(shí)也是必須先由主機(jī)產(chǎn)生至少1us的低電平，代表讀時(shí)間的開始。隨后DS18b20會在總線被釋放后的15us發(fā)送內(nèi)部數(shù)據(jù)位，這時(shí)若總線為高電平就讀為“1”，若總線為低電平就讀為“0”。在讀每一位之前都由控制器加一個(gè)起始信號。

DS18B20的引腳定義如圖3所示。

圖3 DS18B20芯片的引腳定義圖

DS18b20內(nèi)部是由六個(gè)部分組成的：電源部分的電路、64位光刻ROM及1—wire接口、溫度的傳感器、溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器和CRC效驗(yàn)碼產(chǎn)生器。

DS18b20引腳的功能描述：

DQ：數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳的開漏引腳，單總線。當(dāng)用在寄生電源供電，供電的裝置。

VDD：電源引腳，可選擇使用。當(dāng)工作寄生電源下時(shí)，此引腳必須接地。

NC：空引腳。

DS18B20芯片與主控芯片STC12C5A60S2的電路連接圖如圖4所示。

圖4 DS18B20芯片與主控芯片STC12C5A60S2的電路連接圖

3 結(jié)語

本文介紹了一種基于新型高速單片機(jī)芯片STC12C5A60S2在智能樓宇安防系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程，詳細(xì)闡述了如何利用溫度傳感器DS18B20精確掌握和控制溫度，進(jìn)一步降低降低能耗；本系統(tǒng)的研發(fā)為在多樣化的中央處理單元中發(fā)現(xiàn)一種穩(wěn)定、低功耗的芯片提供了一種新的途徑，同時(shí)為自動控制的其他設(shè)備研發(fā)提供了一種更加穩(wěn)定和快速的芯片。

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[責(zé)任編輯：王楠]