【正文】 系統(tǒng)不上電，程序不執(zhí)行時(shí)，鋰電池也能保證芯片的正常運(yùn)行，以備隨時(shí)提供正確的時(shí)間?；跁r(shí)鐘芯片的上述優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用方案二完成數(shù)字時(shí)鐘的功能。 串口解決方案PIC18F458單片機(jī)只有一個(gè)全雙工的串行通訊口，本設(shè)計(jì)GSM和打印機(jī)分別各需要一個(gè)串口。因此需要I/O口和定時(shí)器去模擬一個(gè)串口。關(guān)于串口的分配：方案一：GSM用自帶串口，打印機(jī)用I/0模擬串口。方案二：打印機(jī)用自帶串口，GSM用I/O模擬串口。因?yàn)镚SM對(duì)串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性要求更高。因此采用方案一。 另外進(jìn)行串行通訊時(shí)要滿足一定的條件，GSM模塊和打印機(jī)模塊的串口是RS232電平的，而單片機(jī)的串行口采用的是TTL電平，因此必須的有電平轉(zhuǎn)換電路，可以選擇1488，1489，MAX232A。方案一：采用專用串口和I/0采用1488或1489芯片實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，但在使用中發(fā)現(xiàn)這兩種芯片可靠性不高，且需要正負(fù)12V電源，使用麻煩。方案二：采用單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232可以使電路變得簡(jiǎn)單，可靠?；谝陨戏治?，本設(shè)計(jì)采用方案二，選用芯片MAX232。 GSM模塊選擇 鑒于本系統(tǒng)可能工作在用戶端，距離控制中心比較遠(yuǎn)，采用普通的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸比較困難，而采用GSM模塊則可以很容易解決這方面問(wèn)題。GSM（Global System for Mobile munication）系統(tǒng)是目前基于時(shí)分多址技術(shù)的移動(dòng)通信體制中，比較成熟完善，且應(yīng)用最廣泛的一種系統(tǒng)。目前已建成的覆蓋全國(guó)的GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)，是我國(guó)公眾移動(dòng)通信網(wǎng)的主要方式?；贕SM的短信信息服務(wù)，是一種在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上傳送簡(jiǎn)短信息的無(wú)線應(yīng)用，是一種信息在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)寄的過(guò)程。由于公眾GSM網(wǎng)絡(luò)在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，因此本系統(tǒng)不需再組建專用通信網(wǎng)絡(luò)，所以具有實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)功能的短信應(yīng)用將得到迅速普及。本設(shè)計(jì)采用的是西門子公司產(chǎn)的TC35T/TC35iT的GSM模塊。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器本系統(tǒng)需要存儲(chǔ)一些重要數(shù)據(jù)。要求長(zhǎng)期存期存儲(chǔ)且掉電不能丟失，如：管理端手機(jī)號(hào)，用戶端手機(jī)號(hào)。煤氣表的用量存儲(chǔ)等。方案一：采用24CXX系列外部存儲(chǔ)器。它采用IIC協(xié)議通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。存儲(chǔ)量比較大。方案二：采用單片機(jī)本身自帶的256字節(jié)的EEPROM進(jìn)行存儲(chǔ)。對(duì)該存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)都比較簡(jiǎn)單。PICC中都有現(xiàn)成的讀寫(xiě)函數(shù)。軟件上比較容易實(shí)現(xiàn)。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量不大。因此采用方案二。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 圖31 硬件總體結(jié)構(gòu)圖 PIC 18F458 單片機(jī)簡(jiǎn)介 高性能RISC CPUl 高達(dá)32K的程序存儲(chǔ)器。l 高達(dá)1536的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。l 高達(dá)10MIPS的執(zhí)行速度。l DC~40MHz帶PLL鎖相環(huán)有源晶振/時(shí)鐘輸入。l 16位寬指令，8位寬數(shù)據(jù)通道。l 帶優(yōu)先級(jí)的中斷。l 8*8單周期硬件乘法器。 外圍功能模塊特性l 最大拉電流/灌電流可達(dá)25mA。l 3個(gè)外部中斷引腳。l 定時(shí)器TMR0：帶有8位可編程前分頻器的8 位或16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。l 定時(shí)器TMR1：16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。l 定時(shí)器TMR2：帶有8位周期寄存器的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（作為PWM的時(shí)基）。l 定時(shí)器TMR3：16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。l 2種振蕩器時(shí)鐘選擇：定時(shí)器TMR1/定時(shí)器TMR3。l 捕捉/比較/脈寬調(diào)制（PWM）（CCP）模塊。 CCP引腳配置如下： 捕捉輸入：16位， ns。 比較單元：16位，最大分辨率為100 ns（Tcy）。 脈寬調(diào)制（PWM）輸出：分辨率為1~10位。 最大PWM頻率：8位分辨率時(shí)為156 kHz,10位分辨率時(shí)為39kHz。l 增強(qiáng)型CCP模塊具有標(biāo)準(zhǔn)型CCP模塊的所有特性，但它在先進(jìn)的電機(jī)控制時(shí)還有如下特性： 1，2，4路的PWM輸出。 可選擇PWM極性。 可編程的PWM死區(qū)時(shí)間。l 有2種工作方式的主同步串行通信（MSSP）： 3線SPI主控方式（去持所有4種SPI工作模式）。 IIC主控/從動(dòng)模式。l 可尋址的USART模塊：支持中斷地址位。 高級(jí)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換特性l 10位，高達(dá)8個(gè)通道的模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊（A/D）： 休眠時(shí)可以轉(zhuǎn)換； 8個(gè)輸入通道可用。l 模擬比較模塊：可編程多路輸入/輸出技術(shù)。l 比較器參考電壓模塊。l 可編程的低電壓探測(cè)模塊（LVD）：支持低電壓檢測(cè)時(shí)產(chǎn)生中斷。l 可編程的鎖定復(fù)位（BOR）。 CAN總線模塊特性l 符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO CAN。l 高達(dá)1 Mbps的通信速率。l 與CAN ： 29位校驗(yàn)符； 8字節(jié)信息長(zhǎng)度。l 3個(gè)帶優(yōu)先級(jí)的信息發(fā)送緩沖器。l 2個(gè)信息接收緩沖器。l 6個(gè)全29位接收過(guò)濾器。l 接收過(guò)濾器具有優(yōu)先級(jí)配置。l 為高優(yōu)先級(jí)信息配置的多路接收緩沖器，它可用于防止因溢出而造成的信息丟失。l 優(yōu)越的錯(cuò)誤處理特性。 特殊的單片機(jī)特性l 上電復(fù)位電路（POR）、上電延時(shí)定時(shí)器（PWRT）和振蕩器起振定時(shí)器（OST）。l 帶有片內(nèi)RC振蕩器的監(jiān)視定時(shí)器(WDT)。l 可編程代碼保護(hù)功能。l 休眠（SLEEP）省電方式。l 可選擇不同的振蕩器工作方式，包括： 4鎖相環(huán)（主振器）； 2路振蕩器（32kHz）時(shí)鐘輸入。l 通過(guò)2個(gè)引腳可進(jìn)行在線串行編程（ICSP） FLASH技術(shù)l 低功耗、高速增強(qiáng)型FLASH技術(shù)。l 全靜態(tài)設(shè)計(jì)。l 寬范圍的工作電壓：～。l 工業(yè)級(jí)和護(hù)展級(jí)溫度范圍[2] [3]。本設(shè)計(jì)采用干簧管傳感器。這是目前應(yīng)用最多的一種形式，它的原理就是在普通轉(zhuǎn)盤(pán)計(jì)數(shù)的煤氣表中加干簧管和永磁鐵,干簧管固定安裝在計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)盤(pán)附近, m3位上,當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)每轉(zhuǎn)一周，永磁鐵經(jīng)過(guò)干簧管時(shí),干簧管的簧片開(kāi)閉一次，由此輸出一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖, m3,其最大優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需耗電, 干簧管由于不需要供電，它對(duì)一般的電磁干擾不敏感,另外，雖然干簧管的機(jī)械觸點(diǎn)有疲勞壽命的問(wèn)題，但質(zhì)量較好的高性能觸點(diǎn)干簧管壽命可達(dá)108次 。目前用干簧管傳感器的生產(chǎn)廠家普遍對(duì)干簧管進(jìn)行靈敏感和觸點(diǎn)導(dǎo)通檢測(cè)，檢測(cè)后其性能較為穩(wěn)定。所以由干簧管傳感組成的自動(dòng)抄表系統(tǒng)比較省電，同時(shí)電源本身不產(chǎn)生或接受干擾，比較其它傳感器所組成的自動(dòng)抄表系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的準(zhǔn)確率較好，運(yùn)行成本也較低廉[4]。只需將傳感器的信號(hào)輸出端接入單片機(jī)的RB2端即可，RB2是單片機(jī)的外部中斷輸入引腳，通過(guò)脈沖觸發(fā)進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而達(dá)到計(jì)量煤氣流量的目的。漏氣檢測(cè)采用MQ2型氣敏傳感器作為檢測(cè)元件,其體電阻隨可燃性氣體或煙霧濃度的改變而改變。電路圖如圖32 所示。平時(shí),可燃性氣體或煙霧濃度在允許范圍內(nèi),氣敏傳感器C、D 間電阻值較大, 從D 端輸出較低的電平。當(dāng)可燃性氣體或煙霧濃度達(dá)到一定值后,氣敏傳感器C、D 間電阻值迅速減小,從D 端輸出較高的電平[5]。得到的電平信號(hào)通過(guò)393比較器與參考電壓相比，得出標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號(hào)0或1 [6]， 單片機(jī)檢測(cè)比較器的輸出電平為低時(shí)，說(shuō)明含量超標(biāo)，即作相應(yīng)處理，即：發(fā)信息，關(guān)閉電磁閥，開(kāi)風(fēng)扇，開(kāi)蜂鳴器和液晶顯示報(bào)警。 圖32 煤氣含量超標(biāo)報(bào)警電路開(kāi)閥熄火檢測(cè)電路如圖33 所示,選用了高精度負(fù)溫度系數(shù)的NTC R101 作為檢測(cè)是否滅火的傳感器,將熱敏電阻安裝到煤氣爐接近火源、不易觸碰且方便的地方。出現(xiàn)開(kāi)閥熄火后，因溫度變低,熱敏電阻Rt 阻值高,A點(diǎn)電位升高，為較高的電平[5], 得到的電平信號(hào)通過(guò)393比較器與參考電壓相比，得出標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號(hào)0或1， 單片機(jī)檢測(cè)比較器的輸出電平為低且持續(xù)超過(guò)30秒時(shí)，說(shuō)明出現(xiàn)開(kāi)閥熄火，單片機(jī)會(huì)做相應(yīng)的處理，即：關(guān)閉電磁閥，打開(kāi)通風(fēng)扇，開(kāi)蜂鳴器和液晶顯示報(bào)警[6]。 圖33開(kāi)閥熄火檢測(cè)報(bào)警電路 通風(fēng)扇控制電路風(fēng)扇的供電電壓為220V交流電，本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)排氣扇開(kāi)閉的控制，采用了光電耦合和繼電器控制。如圖34所示，當(dāng)1端為高電平時(shí)，4，5之間導(dǎo)通，從而控制繼電器閉合，排風(fēng)扇開(kāi)始工作，風(fēng)扇指示燈亮，當(dāng)1端為低電平時(shí)，4，5之間截止，繼電器斷開(kāi)，排風(fēng)扇停止工作，指示燈熄滅。 圖34 排風(fēng)扇控制電路 電磁氣閥控制電路電磁閥的供電電壓為220V交流電，本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)電磁閥開(kāi)閉的控制，采用了光電耦合和繼電器控制。如圖35所示，當(dāng)1端為高電平時(shí)，4，5之間導(dǎo)通，從而控制繼電器閉合，電磁閥打開(kāi)，電磁閥開(kāi)關(guān)指示燈亮，當(dāng)1端為低電平時(shí)，4，5之間截止，繼電器斷開(kāi)，電磁閥關(guān)閉，指示燈熄滅。圖35 電磁閥控制電路 紅外鍵盤(pán)模塊設(shè)計(jì) 通用紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成，應(yīng)用編/解碼專用集成電路芯片來(lái)進(jìn)行控制操作。發(fā)射部分包括鍵盤(pán)矩陣、編碼調(diào)制、LED紅外發(fā)送器；接收部分包括光、電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路。光電/放大解調(diào)解碼圖36 紅外遙控發(fā)射原理圖矩陣鍵盤(pán)編碼調(diào)制紅外發(fā)射圖37 紅外遙控接收原理圖發(fā)射硬件：現(xiàn)以LC7461組成發(fā)射電路為例說(shuō)明編碼原理。當(dāng)發(fā)射器按鍵按下后，即有遙控碼發(fā)出，所按的鍵不同遙控編碼也不同。這種遙控碼具有以下特征：采用脈寬調(diào)制的串行碼，、“0”；、“1”,見(jiàn)圖39。上述“0”和“1”組成的42位二進(jìn)制碼經(jīng)38kHz的載頻進(jìn)行二次調(diào)制以提高發(fā)射效率，達(dá)到降低電源功耗的目的。然后再通過(guò)紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生紅外線向空間發(fā)射，7461產(chǎn)生的遙控編碼是連續(xù)的42位二進(jìn)制碼組，其中前26位為用戶識(shí)別碼，能區(qū)別不同的紅外遙控設(shè)備，防止不同機(jī)種遙控碼互相干擾。后16位為8位的操作碼和8位的操作反碼用于核對(duì)數(shù)據(jù)是否接收準(zhǔn)確。當(dāng)遙控器上任意一個(gè)按鍵按下超過(guò)36ms時(shí)，LC7461芯片的振蕩器使芯片激活，將發(fā)射一個(gè)特定的同步碼頭，對(duì)于接收端而言就是一個(gè)9ms的低電平,，這個(gè)同步碼頭可以使程序知道從這個(gè)同步碼頭以后可以開(kāi)始接收數(shù)據(jù)。 圖38 LC7461遙控器 圖39 LC7461時(shí)序圖圖310 LC7461發(fā)射電路接收硬件： 解碼的關(guān)鍵是如何識(shí)別“0”和“1”，從位的定義我們可以發(fā)現(xiàn)“0”、“1”，不同的是高電平的寬度不同，“0”,“1”,所以必須根據(jù)高電平的寬度區(qū)別“0”和“1”。，開(kāi)始延時(shí)，若讀到的電平為低，說(shuō)明該位為“0”，反之則為“1”，為了可靠起見(jiàn)，,否則如果該位為“0”，讀到的已是下一位的高電平，因此取（+）/2=。根據(jù)紅外編碼的格式。LT0038是塑封一體化紅外線接收器，它是一種集紅外線接收、放大、整形于一體的集成電路，不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與TTL電平信號(hào)兼容的所有工作，沒(méi)有紅外遙控信號(hào)時(shí)為高電平，收到紅外信號(hào)時(shí)為低電平，而體積和普通的塑封三極管大小一樣，它適合于各種紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸，見(jiàn)圖311。圖311 LT0038紅外接收頭本設(shè)計(jì)采用太陽(yáng)能給蓄電池供電方案，太陽(yáng)能供電具有以下優(yōu)點(diǎn)：；；；；；；，沒(méi)有易磨損的零部件，無(wú)污染，非常環(huán)保，轉(zhuǎn)換成電能中不產(chǎn)生其它物質(zhì)；。另外用太陽(yáng)能代替一般電源供電，可以大量節(jié)約能源，符合創(chuàng)建節(jié)約型社會(huì)的要求，具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。整流電路將交流電壓變換為脈動(dòng)的直流電壓；穩(wěn)壓電路的作用為在電壓波動(dòng)或負(fù)載電流變化時(shí)保持輸出電壓基本不變；濾波電路可減少脈動(dòng)使直流電壓平滑[4]。本次設(shè)計(jì)的電源電路如圖312。瓷片電容的作用是濾除高頻干擾，電解電容的作用是濾低頻干擾。在7085前加一組，是為了抑制電源中的高頻和低頻成分，在7805后再加一組，是為了抑制7085在穩(wěn)壓過(guò)程中產(chǎn)生的高頻和低頻成分。 圖312 電源電路 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 時(shí)鐘芯片DS1302簡(jiǎn)介DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片，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(guò)簡(jiǎn)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、日期、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?？赏ㄟ^(guò)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(jiǎn)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1：RES 復(fù)位；2：I/O 數(shù)據(jù)線；3：SCLK 串行時(shí)鐘。時(shí)鐘/RAM 的讀/寫(xiě)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。DS1302是由DS1202改進(jìn)而來(lái)增加了以下的特性：(1)實(shí)時(shí)時(shí)鐘具有能計(jì)算2100年之前的秒分時(shí)日日期星期月年的能力還有閏年調(diào)整的能力。(2)31個(gè)8位暫存數(shù)據(jù)存儲(chǔ)RAM。(3)串行 I/O 口方式使得管腳數(shù)量最少。(4)。(5)工作電流 時(shí),小于300nA。(6)讀/寫(xiě)時(shí)鐘或RAM 數(shù)據(jù)時(shí)有兩種傳送方式單字。節(jié)傳送和多字節(jié)傳送字符組方式。(7)8 腳DIP 封裝或可選的8 腳SOIC 封裝根據(jù)表面裝配。(8) 簡(jiǎn)單 3 線接口。(9) 與 TTL 兼容Vcc=5V。(10) 可選工業(yè)級(jí)溫度范圍40 +85。(11) 與 DS1202 兼容。(12) 在 DS1202 基礎(chǔ)上增加的特性。 DS1302 硬件連接除了正常的時(shí)鐘電路連接外，本設(shè)計(jì)的硬件電路中加入了掉電保護(hù)以保證時(shí)鐘掉電后的正常運(yùn)行。其接線電路如圖314