【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 存儲(chǔ)器 單片機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)單元是寶貴的，特別是內(nèi)部的RAM單元，為了解決這個(gè)問(wèn)題，本系統(tǒng)中介入E2PROM存儲(chǔ)器ST24C02，以便于日后系統(tǒng)的擴(kuò)展與升級(jí)。 ST24C02 ST24C02是有ST公司開(kāi)發(fā)的Twowire serial E2PROM，內(nèi)部有256個(gè)字節(jié)。，2K可讀寫(xiě)E2PROM，二線制協(xié)議接口，支持單字節(jié)與多址讀寫(xiě)操作。圖214為DIP8封裝的ST24C02 圖214 ST24C02各引腳的功能見(jiàn)表5表5 ST24C02引腳說(shuō)明引腳說(shuō)明A0A2硬件地址設(shè)置接口VCC/GND工作電源和地WP內(nèi)存寫(xiě)保護(hù)SCL二線制總線時(shí)鐘SDA二線制數(shù)據(jù)總線 I2C二線制協(xié)議 對(duì)24C02的操作都是建立在二線制通信的基礎(chǔ)上的，采用I2C二線制通信方式大大節(jié)約了傳送數(shù)據(jù)的I/O口。這里，二線制通信方式中沒(méi)有絕對(duì)的主機(jī)與從機(jī)，兩根線SCL和SDA線均為雙向I/O線，通過(guò)上拉電阻連接正電源。總線空閑時(shí)兩根線都處高電平，連接總線兩端器件要求為輸出級(jí)都為集電極或漏極開(kāi)路，以具有線“與”功能。I2C總線上可以掛接多個(gè)器件，總線上的控制權(quán)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(jī)可以通過(guò)尋址方式找到需要操作的對(duì)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(shù)據(jù)的傳送 在數(shù)據(jù)的傳送過(guò)程中，首先主機(jī)要向從機(jī)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(biāo)識(shí)“1010”；BBB1對(duì)應(yīng)的是器件的硬件地址；最低位B0為讀寫(xiě)選通信號(hào)，0寫(xiě)選通，1讀選通。傳送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)的高位線傳送。圖215 指令寄存器在I2C總線技術(shù)規(guī)范中，規(guī)定了總線的開(kāi)始與結(jié)束信號(hào)，如圖216所示，當(dāng)時(shí)鐘SCL為高，數(shù)據(jù)線SDA的下降沿標(biāo)志的總線的啟動(dòng)；當(dāng)時(shí)鐘線SCL為高，數(shù)據(jù)線SDA的上升沿標(biāo)志總線的結(jié)束。圖 216 I2C總線開(kāi)始結(jié)束信號(hào)二線制通信協(xié)議在時(shí)序上也有嚴(yán)格要求，比如SCL必須至少保持4us才是有效的置高。當(dāng)發(fā)送完一位數(shù)據(jù)接著要發(fā)送下一位數(shù)據(jù)時(shí)，主機(jī)應(yīng)先鉗住總線，既拉低時(shí)鐘線SCL然后變換數(shù)據(jù)，否則視為無(wú)效轉(zhuǎn)換。ST24C02還支持多字節(jié)連續(xù)讀寫(xiě)，具體讀寫(xiě)過(guò)程可以參考它的PDF文檔，這里不再贅述?？偩€競(jìng)爭(zhēng)的仲裁一條總線上掛接多個(gè)器件，難免有時(shí)要出現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)主機(jī)同時(shí)需要占用總線，這是就出現(xiàn)總線競(jìng)爭(zhēng)的現(xiàn)象。對(duì)于總線競(jìng)爭(zhēng)的仲裁，I2C通信技術(shù)規(guī)范是這樣規(guī)定的，當(dāng)多個(gè)主機(jī)要同時(shí)占用總線，發(fā)送的數(shù)據(jù)與總線數(shù)據(jù)不同的主機(jī)將自動(dòng)關(guān)閉輸出級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)當(dāng)時(shí)總線的仲裁。其實(shí)總線的仲裁是兩個(gè)層次的，首先是地址位的比較，地址一樣再進(jìn)入數(shù)據(jù)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(shè)計(jì) 在前面兩節(jié)已經(jīng)分模塊將系統(tǒng)做了一定的介紹，在這一節(jié)里將實(shí)現(xiàn)相應(yīng)模塊的具體硬件單元電路設(shè)計(jì)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(chǔ)上完善系統(tǒng)，最后為系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jī)MCU模塊、傳感器等外設(shè)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(guò)外部中斷0接口與單片機(jī)系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)報(bào)警信號(hào)的傳送。DS18B20由一般I/O口對(duì)它進(jìn)行讀寫(xiě)操作。單片機(jī)TC35i模塊通過(guò)串口與TC35i模塊進(jìn)行通信，發(fā)送AT指令控制MODEM執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。單片機(jī)將系統(tǒng)中經(jīng)常使用的大流量數(shù)據(jù)通過(guò)二線制總線對(duì)存取器ST24C02進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)。 下面為具的單元電路設(shè)計(jì)。 電源模塊 整個(gè)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(shè)計(jì)主要得考慮系統(tǒng)的功率問(wèn)題，傳感器靜態(tài)電流50uA，三個(gè)指示燈每個(gè)工作電流約9mA，～7mA，所以就MCU系統(tǒng)而言，電源使用一個(gè)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(guò)，本系統(tǒng)中將使用一個(gè)配套的獨(dú)立電源為MODEM供電，這樣分開(kāi)也有利于減小MODEM工作對(duì)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(jī)STC89C52I/O口最大驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)20mA，所以LED_GREEN直接用單片機(jī)I/O口驅(qū)動(dòng)。圖33 電源指示燈與串口工作指示燈 蜂鳴器報(bào)警電路 蜂鳴器報(bào)警電路如圖34所示，三極管9012工作的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，1K電阻起到限流的作用，當(dāng)室內(nèi)溫度超過(guò)默認(rèn)預(yù)設(shè)溫度值50℃時(shí)，單片機(jī)置BU為高電平，蜂鳴器報(bào)警。圖34 蜂鳴器報(bào)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(jī)系統(tǒng)電路比較典型，設(shè)計(jì)中著重考慮的是單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力，在必要的地方加上拉電阻以及限流電阻。 串口電平轉(zhuǎn)換電路 MODEM為CMOS電平，為實(shí)現(xiàn)TTL電平到CMOS電平的轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)中加入電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232，轉(zhuǎn)換后的信號(hào)由9針串口輸出，如圖36所示。圖36 TTL電平轉(zhuǎn)CMOS電平電路 系統(tǒng)局部仿真圖37 ST24C02與DS18B20讀寫(xiě)仿真 圖37中，LCD第一行為直接顯示數(shù)據(jù)“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(shū)顯示的。說(shuō)明：本系統(tǒng)只進(jìn)行了局部仿真，由于仿真系統(tǒng)中沒(méi)有TC35i模塊，所以這部分需有實(shí)物方可進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)試，圖37中發(fā)光二極管D2，在實(shí)際電路中為溫度超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)報(bào)警所用蜂鳴器，系統(tǒng)預(yù)設(shè)警戒溫度為50℃。系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后默認(rèn)自檢，初始化成功則向房主發(fā)送“system is ok”字符，DA18B20復(fù)位后溫度值為85℃，系統(tǒng)溫度與報(bào)警約10s，然后進(jìn)入正式監(jiān)控階段。 系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì) 系統(tǒng)較小，綜合成本等因素，在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，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(yù)覽圖310 系統(tǒng)PCB 3D預(yù)覽圖第4節(jié) 軟件設(shè)計(jì) 在小型的單片機(jī)系統(tǒng)中，軟件的設(shè)計(jì)就顯得尤為重要了，就從成本方面考慮，只要是能有軟件實(shí)現(xiàn)的功能就盡量不用硬件；在本系統(tǒng)中，幾個(gè)器件都是得靠編程才能實(shí)現(xiàn)其功能，軟件與硬件密切和諧的關(guān)系是整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠工作的前提。具體的程序清單見(jiàn)附錄A 本次軟件設(shè)計(jì)，采用編譯效率較高，移植性好的C語(yǔ)言編寫(xiě)。 主程序流程圖41 主程序流程圖 外部中斷0服務(wù)程序 圖42 中斷服務(wù)程序流程圖 社會(huì)在發(fā)展，消費(fèi)者的消費(fèi)觀念也會(huì)隨著變化，要想繼續(xù)被市場(chǎng)青睞，必需要對(duì)產(chǎn)品做更新，于是在市面上的許多小產(chǎn)品我們也都有聽(tīng)說(shuō)系統(tǒng)升級(jí)這么個(gè)說(shuō)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(lái)的系統(tǒng)升級(jí)。第5節(jié) 系統(tǒng)的安裝與調(diào)試 對(duì)于一個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)的安裝將直接影響監(jiān)測(cè)結(jié)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(bào)警的靈敏度及準(zhǔn)確性，整個(gè)過(guò)程需要多次調(diào)試的輔助。確保系統(tǒng)工作的可靠性。探測(cè)靈敏度 從本課題第2節(jié)中已經(jīng)介紹到熱釋電紅外傳感器的探測(cè)原理，我們知道，紅外傳感器它只對(duì)運(yùn)動(dòng)的熱源“感興趣”，這里所謂的熱源則具體指人。紅外傳感器應(yīng)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(cè)的距離更遠(yuǎn)、形式上靈敏度也有改善。圖51是紅外傳感器檢測(cè)靈敏度與熱源運(yùn)動(dòng)方向的關(guān)系圖。 圖51 熱源運(yùn)動(dòng)方向與靈敏度關(guān)系由51的關(guān)系容易明白，當(dāng)熱源與菲涅爾透鏡的聚焦線平行運(yùn)動(dòng)時(shí)，紅外傳感器的監(jiān)測(cè)靈敏度是最低的，甚至無(wú)響應(yīng)；而與之垂直運(yùn)動(dòng)熱源的監(jiān)測(cè)則可獲得最高靈敏度，由此可知，在安裝紅外傳感器的時(shí)候，應(yīng)盡量安裝在被測(cè)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)、調(diào)試，直到符合要求為止。 正確的安裝還應(yīng)滿足以下幾個(gè)要求： 1．距離地面2～； 2．安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離冰箱、空調(diào)、火爐等溫度變化靈敏的地方； 3．熱釋電傳感器的探測(cè)范圍內(nèi)不得有家具、柜子等隔離屏蔽物； 4．不能直接對(duì)這窗口，以免窗外的氣流溫度、人員走動(dòng)而引起誤報(bào)；第6節(jié) 結(jié)束語(yǔ) 基于單片機(jī)與GSM通信家用安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)到這里就告一段落了，整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程同時(shí)也是本人學(xué)習(xí)的過(guò)程，也正是這畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我深深體會(huì)到“書(shū)到用時(shí)方恨少”這句流行語(yǔ)的真正含義。 本課題涉及到的內(nèi)容比較新，特別是GSM通信在各種控制過(guò)程中的應(yīng)用現(xiàn)在各種領(lǐng)域中都在走智能化道路，這也應(yīng)該是物聯(lián)網(wǎng)的一種形式，其中更接近于人們?nèi)粘Ｉ畹谋闶菢怯钪悄芑?，我相信這個(gè)方向?qū)?huì)有大大的開(kāi)發(fā)價(jià)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(gè)領(lǐng)域的相關(guān)知識(shí)。我認(rèn)為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可分為兩塊，除了單片機(jī)本身就是燒寫(xiě)在單片機(jī)ROM中的代碼。可見(jiàn)軟件在一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的重要性，本課題中，軟件是很大一部分，任何一個(gè)可編程控制器件，要想靈活的運(yùn)用它為你服務(wù)，熟知其硬件本身是基礎(chǔ)，編出高效的代碼就是一把快刀。前面提到過(guò)，本人在這里也是一個(gè)學(xué)習(xí)者的身份，所以對(duì)專業(yè)知識(shí)不好作太多的定論，以免貽笑大方了。我能做的便是說(shuō)一下本人的這次設(shè)計(jì)中的心得與體會(huì)。（1）嚴(yán)格的要求自己電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)精細(xì)活，嚴(yán)格的要求是可設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品可靠工作的保障，哪怕是一條無(wú)關(guān)緊要的線，是直的就一定不要畫(huà)彎，這種態(tài)度在編寫(xiě)代碼的過(guò)程就更為重要了，一個(gè)程序并不是編譯不出錯(cuò)就行，能控制硬件不出錯(cuò)的工作也是不足的，而應(yīng)該做到更深層次的標(biāo)準(zhǔn)，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(jí)的編程高手卻寥寥無(wú)幾。（2）虛心學(xué)習(xí)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(shè)計(jì)的精華，這樣才有利于你的準(zhǔn)確判斷，而不是臆斷人家的不足，所謂的不足不過(guò)是你的個(gè)人觀點(diǎn)，而應(yīng)該用事實(shí)說(shuō)話?？梢越梃b，但不要抄襲，創(chuàng)新才是王道。（3）老師指導(dǎo)的重要性對(duì)于一個(gè)你覺(jué)得陌生但已流行的事物，找一個(gè)老師來(lái)指導(dǎo)是尤為重要的，這樣可以少走很多彎路，這一點(diǎn)我在編程的過(guò)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(diǎn)，關(guān)鍵資料一定要備份，否則前功盡棄，在這次設(shè)計(jì)中我是深受其苦了。這些都是我在做這次別業(yè)設(shè)計(jì)中的切身體會(huì)，也都是個(gè)人觀點(diǎn)，如有不對(duì)之處還望各位讀者指出。答謝辭 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在陳副教授秉著誨人不倦的指導(dǎo)態(tài)度下完成，嚴(yán)格的要求是我從中獲得的最大財(cái)富，陳老師是一位資深的電子設(shè)計(jì)高級(jí)工程師，能在陳老師的指導(dǎo)下完成畢業(yè)設(shè)計(jì)我的榮幸，我也將牢記在整個(gè)過(guò)程中老師提出的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)之談與忠告，奈何無(wú)以回報(bào)，只有認(rèn)認(rèn)真真的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，不辜負(fù)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(hào)名稱參數(shù)數(shù)量（個(gè)）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(chǔ)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(jī)控制TC35i模塊發(fā)送短消息*完成時(shí)間: *最終修改： *版 本: */ifndef