【文章內容簡介】 存儲器 單片機內部的存儲單元是寶貴的，特別是內部的RAM單元，為了解決這個問題，本系統(tǒng)中介入E2PROM存儲器ST24C02，以便于日后系統(tǒng)的擴展與升級。 ST24C02 ST24C02是有ST公司開發(fā)的Twowire serial E2PROM，內部有256個字節(jié)。，2K可讀寫E2PROM，二線制協議接口，支持單字節(jié)與多址讀寫操作。圖214為DIP8封裝的ST24C02 圖214 ST24C02各引腳的功能見表5表5 ST24C02引腳說明引腳說明A0A2硬件地址設置接口VCC/GND工作電源和地WP內存寫保護SCL二線制總線時鐘SDA二線制數據總線 I2C二線制協議 對24C02的操作都是建立在二線制通信的基礎上的，采用I2C二線制通信方式大大節(jié)約了傳送數據的I/O口。這里，二線制通信方式中沒有絕對的主機與從機，兩根線SCL和SDA線均為雙向I/O線，通過上拉電阻連接正電源?？偩€空閑時兩根線都處高電平，連接總線兩端器件要求為輸出級都為集電極或漏極開路，以具有線“與”功能。I2C總線上可以掛接多個器件，總線上的控制權是歸置總線為電平的器件所有。將總線置高電平釋放總線。主機可以通過尋址方式找到需要操作的對象，比如這里24C02的硬件地址則由3引腳的電氣連接情況決定。 數據的傳送 在數據的傳送過程中，首先主機要向從機發(fā)送器握手命令，圖215是24C02的操作寄存器，寄存器為8位，其中高4位為器件標識“1010”；BBB1對應的是器件的硬件地址；最低位B0為讀寫選通信號，0寫選通，1讀選通。傳送數據時，數據的高位線傳送。圖215 指令寄存器在I2C總線技術規(guī)范中，規(guī)定了總線的開始與結束信號，如圖216所示，當時鐘SCL為高，數據線SDA的下降沿標志的總線的啟動；當時鐘線SCL為高，數據線SDA的上升沿標志總線的結束。圖 216 I2C總線開始結束信號二線制通信協議在時序上也有嚴格要求，比如SCL必須至少保持4us才是有效的置高。當發(fā)送完一位數據接著要發(fā)送下一位數據時，主機應先鉗住總線，既拉低時鐘線SCL然后變換數據，否則視為無效轉換。ST24C02還支持多字節(jié)連續(xù)讀寫，具體讀寫過程可以參考它的PDF文檔，這里不再贅述?？偩€競爭的仲裁一條總線上掛接多個器件，難免有時要出現兩個或多個主機同時需要占用總線，這是就出現總線競爭的現象。對于總線競爭的仲裁，I2C通信技術規(guī)范是這樣規(guī)定的，當多個主機要同時占用總線，發(fā)送的數據與總線數據不同的主機將自動關閉輸出級，從而實現當時總線的仲裁。其實總線的仲裁是兩個層次的，首先是地址位的比較，地址一樣再進入數據位的比較，這樣保證仲裁的可靠性。第3節(jié) 系統(tǒng)的硬件設計 在前面兩節(jié)已經分模塊將系統(tǒng)做了一定的介紹，在這一節(jié)里將實現相應模塊的具體硬件單元電路設計以及各單元電路的電氣連接。充分利用EDA軟件，做到在仿真的基礎上完善系統(tǒng)，最后為系統(tǒng)設計出具有可制造性與良好可焊性的PCB。 原理框圖從硬件上可看成電源、單片機MCU模塊、傳感器等外設器件，圖31為系統(tǒng)原理框圖圖31 從框圖左邊我們可以看到紅外傳感器PIR和DS18B20溫度傳感器，其中紅外傳感器通過外部中斷0接口與單片機系統(tǒng)相連，實現報警信號的傳送。DS18B20由一般I/O口對它進行讀寫操作。單片機TC35i模塊通過串口與TC35i模塊進行通信，發(fā)送AT指令控制MODEM執(zhí)行相應動作。單片機將系統(tǒng)中經常使用的大流量數據通過二線制總線對存取器ST24C02進行數據的讀寫。 下面為具的單元電路設計。 電源模塊 整個安防系統(tǒng)的電源分兩塊一是圖32所示的為MCU模塊以及傳感器供電的電源，它的設計主要得考慮系統(tǒng)的功率問題，傳感器靜態(tài)電流50uA，三個指示燈每個工作電流約9mA，～7mA，所以就MCU系統(tǒng)而言，電源使用一個最大允許電流以1A的三端集成穩(wěn)壓器LM7805足矣。第二部分就是為短信貓的供電電源，前面介紹過，本系統(tǒng)中將使用一個配套的獨立電源為MODEM供電，這樣分開也有利于減小MODEM工作對MCU系統(tǒng)的干擾。圖32 MCU供電電源 指示燈電路圖32中LED、LED2分別為串口收發(fā)工作指示燈和電源指示燈，采用直徑為3mm規(guī)格的LED，其中LED發(fā)綠光，LED2為紅光LED。工作電流均在9mA左右。而單片機STC89C52I/O口最大驅動電流可達20mA，所以LED_GREEN直接用單片機I/O口驅動。圖33 電源指示燈與串口工作指示燈 蜂鳴器報警電路 蜂鳴器報警電路如圖34所示，三極管9012工作的開關狀態(tài)，1K電阻起到限流的作用，當室內溫度超過默認預設溫度值50℃時，單片機置BU為高電平，蜂鳴器報警。圖34 蜂鳴器報警電路 MCU模塊圖35 MCU模塊電路 MCU模塊電路如圖35所示，單片機系統(tǒng)電路比較典型，設計中著重考慮的是單片機的驅動能力，在必要的地方加上拉電阻以及限流電阻。 串口電平轉換電路 MODEM為CMOS電平，為實現TTL電平到CMOS電平的轉換，系統(tǒng)中加入電平轉換芯片MAX232，轉換后的信號由9針串口輸出，如圖36所示。圖36 TTL電平轉CMOS電平電路 系統(tǒng)局部仿真圖37 ST24C02與DS18B20讀寫仿真 圖37中，LCD第一行為直接顯示數據“TEST BY LJF Good”；第二行的“temp is”字符串則是從24C02里地址為0x05單元中讀出，然后顯示；后面的溫度值則是從DS18B20中讀書顯示的。說明：本系統(tǒng)只進行了局部仿真，由于仿真系統(tǒng)中沒有TC35i模塊，所以這部分需有實物方可進行試驗調試，圖37中發(fā)光二極管D2，在實際電路中為溫度超過預設值時報警所用蜂鳴器，系統(tǒng)預設警戒溫度為50℃。系統(tǒng)開機后默認自檢，初始化成功則向房主發(fā)送“system is ok”字符，DA18B20復位后溫度值為85℃，系統(tǒng)溫度與報警約10s，然后進入正式監(jiān)控階段。 系統(tǒng)PCB設計 系統(tǒng)較小，綜合成本等因素，在設計PCB時，決定采用單面板。圖38 為系統(tǒng)PCB裝配圖。 PCB裝配圖圖38 系統(tǒng)PCB裝配圖 PCB底面圖圖39 系統(tǒng)PCB底面圖 PCB 3D預覽圖310 系統(tǒng)PCB 3D預覽圖第4節(jié) 軟件設計 在小型的單片機系統(tǒng)中，軟件的設計就顯得尤為重要了，就從成本方面考慮，只要是能有軟件實現的功能就盡量不用硬件；在本系統(tǒng)中，幾個器件都是得靠編程才能實現其功能，軟件與硬件密切和諧的關系是整個系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠工作的前提。具體的程序清單見附錄A 本次軟件設計，采用編譯效率較高，移植性好的C語言編寫。 主程序流程圖41 主程序流程圖 外部中斷0服務程序 圖42 中斷服務程序流程圖 社會在發(fā)展，消費者的消費觀念也會隨著變化，要想繼續(xù)被市場青睞，必需要對產品做更新，于是在市面上的許多小產品我們也都有聽說系統(tǒng)升級這么個說法，其中系統(tǒng)軟件的更新是最快的，在本系統(tǒng)中，也留有一定的空余以便于將來的系統(tǒng)升級。第5節(jié) 系統(tǒng)的安裝與調試 對于一個監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)的安裝將直接影響監(jiān)測結果的精確性與可靠性，其中各種傳感器的安裝尤為重要，在本系統(tǒng)中，紅外傳感器的安裝位置和方式，它將直接決定防盜報警的靈敏度及準確性，整個過程需要多次調試的輔助。確保系統(tǒng)工作的可靠性。探測靈敏度 從本課題第2節(jié)中已經介紹到熱釋電紅外傳感器的探測原理，我們知道，紅外傳感器它只對運動的熱源“感興趣”，這里所謂的熱源則具體指人。紅外傳感器應搭配菲涅爾透鏡使用，透鏡能將光線有效的聚焦，從而使得監(jiān)測的距離更遠、形式上靈敏度也有改善。圖51是紅外傳感器檢測靈敏度與熱源運動方向的關系圖。 圖51 熱源運動方向與靈敏度關系由51的關系容易明白，當熱源與菲涅爾透鏡的聚焦線平行運動時，紅外傳感器的監(jiān)測靈敏度是最低的，甚至無響應；而與之垂直運動熱源的監(jiān)測則可獲得最高靈敏度，由此可知，在安裝紅外傳感器的時候，應盡量安裝在被測點運動方向的正上方，在本系統(tǒng)中比如門窗的正上方，然后可以用自身演示的方式，對系統(tǒng)進行檢測、調試，直到符合要求為止。 正確的安裝還應滿足以下幾個要求： 1．距離地面2～； 2．安裝位置應遠離冰箱、空調、火爐等溫度變化靈敏的地方； 3．熱釋電傳感器的探測范圍內不得有家具、柜子等隔離屏蔽物； 4．不能直接對這窗口，以免窗外的氣流溫度、人員走動而引起誤報；第6節(jié) 結束語 基于單片機與GSM通信家用安防系統(tǒng)的設計到這里就告一段落了，整個設計的過程同時也是本人學習的過程，也正是這畢業(yè)設計讓我深深體會到“書到用時方恨少”這句流行語的真正含義。 本課題涉及到的內容比較新，特別是GSM通信在各種控制過程中的應用現在各種領域中都在走智能化道路，這也應該是物聯網的一種形式，其中更接近于人們日常生活的便是樓宇智能化，我相信這個方向將會有大大的開發(fā)價值與非常廣闊而美好前景，這也正是我選擇本課題的原因，希望可以從本次課題試著去接近、去熟知、去掌握這個領域的相關知識。我認為單片機應用系統(tǒng)可分為兩塊，除了單片機本身就是燒寫在單片機ROM中的代碼?？梢娷浖谝粋€單片機應用系統(tǒng)的重要性，本課題中，軟件是很大一部分，任何一個可編程控制器件，要想靈活的運用它為你服務，熟知其硬件本身是基礎，編出高效的代碼就是一把快刀。前面提到過，本人在這里也是一個學習者的身份，所以對專業(yè)知識不好作太多的定論，以免貽笑大方了。我能做的便是說一下本人的這次設計中的心得與體會。（1）嚴格的要求自己電子產品的設計是一項精細活，嚴格的要求是可設計出來的產品可靠工作的保障，哪怕是一條無關緊要的線，是直的就一定不要畫彎，這種態(tài)度在編寫代碼的過程就更為重要了，一個程序并不是編譯不出錯就行，能控制硬件不出錯的工作也是不足的，而應該做到更深層次的標準，重視程序的可讀性與編譯生成代碼的高效性。這就是為什么編程的人很多，但頂級的編程高手卻寥寥無幾。（2）虛心學習與創(chuàng)新的態(tài)度有好的模板一定要虛心的去分析人家設計的精華，這樣才有利于你的準確判斷，而不是臆斷人家的不足，所謂的不足不過是你的個人觀點，而應該用事實說話。可以借鑒，但不要抄襲，創(chuàng)新才是王道。（3）老師指導的重要性對于一個你覺得陌生但已流行的事物，找一個老師來指導是尤為重要的，這樣可以少走很多彎路，這一點我在編程的過程中感觸尤深。除非你做的是“第一人”的角色。（4）備份資料最后一點，關鍵資料一定要備份，否則前功盡棄，在這次設計中我是深受其苦了。這些都是我在做這次別業(yè)設計中的切身體會，也都是個人觀點，如有不對之處還望各位讀者指出。答謝辭 本次畢業(yè)設計是在陳副教授秉著誨人不倦的指導態(tài)度下完成，嚴格的要求是我從中獲得的最大財富，陳老師是一位資深的電子設計高級工程師，能在陳老師的指導下完成畢業(yè)設計我的榮幸，我也將牢記在整個過程中老師提出的幾點經驗之談與忠告，奈何無以回報，只有認認真真的完成畢業(yè)設計，不辜負老師的一片苦心。老師，謝謝您！附錄 A 系統(tǒng)PCB元器件清單表6 PCB元器件清單器件代號名稱參數數量（個）封裝CCCCC1C13 陶瓷電容CC1b50V104177。20%6C3CC1b50V334177。20%1CC6CC1b50V30177。10%2C1CC12電解電容CD1116V10uF177。20%3（用戶）C1CD1116V100uF177。20%1 （用戶）C2CD1116V470uF177。20%1（用戶）R7電阻 1K177。5%1RRR2 4K7177。5%3R6177。5%1RR1 10K177。10%2RP2排阻474P91SIP9DDDD二極管1N40014Y1晶振1XTAL1U5三端穩(wěn)壓器LM78051TO126U6MCUSTC89C521DIP40U1存儲器ST24C021DIP8U2溫度傳感器DS18B201TO92BQ1三極管90121TO92BJB1九針串口接頭DB91DB9/MRP1液晶顯示器LCD16021IDC16JJ2接插件CD3TS2SIP3LED1LEDΦ3mm(綠)1LED3MM（用戶）LED2LEDΦ3mm（紅）1LED3MM（用戶）RV1電位器177。10%1VR5附錄 B 程序清單1. 程序頭文件/**文件名： *摘 要： TC35i stc89s52*作 者： 李劍鋒*功能描述： 單片機控制TC35i模塊發(fā)送短消息*完成時間: *最終修改： *版 本: */ifndef