【文章內(nèi)容簡介】 C12C5A60S2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 13 圖 主控芯片的 最小系統(tǒng) GSM 模塊 TC35 及 SIM 卡 TC35 模塊介紹 ： 目前 ,國內(nèi)商品化的 GSM 模塊有 Fal 的 A2D 系列、 Wavee 的 WM02 系列、西門子 TC35 系列、愛立信的 DM10 /DM20 系列、中興的 ZXGM18 系列等 ,這些模塊 之間的用法沒有多大差距 。西門子的 TC35 系列 模塊的性價比 相較其他產(chǎn)品有著 較高的 優(yōu)勢 ,同時 也有了我國 的無線設(shè)備入網(wǎng)證。 所以 ,該設(shè)計選用了西門子 的 TC35[8]。 TC35 是 Siemens 公司推出的 GSM 模塊 用于 無線通信， 也弄夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)中各種各樣的比如數(shù)據(jù)，傳真和短消息服務(wù)。 － 是這個模塊的主要工作電壓 ，工作 頻段 可以在 900M 赫茲 和 1800M 赫茲 兩個頻段， 當前的頻率段的 功 率損 耗分別 是 2W（ 900M）和 1W（ 1800M）。 而 模塊 也含 有 AT 命令集 的 接口， 不 僅對 文本 模式支持也對 PDU 模式的短消息 支持 、 同時在 二類傳真的第三組、以及 ， 的 不 透明模式 [9]。此外， 此模塊還含有 多方通話、 通訊錄 ，漫游 的測試等 功能， 它 們 常用工作 的 模式 一般還有 省電模式、 IDLE、 TALK 等 三種 模式。經(jīng)過特別 的 ZIF 連接器 ，還有 40 個 引腳， 這樣就體現(xiàn)了 電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語音信號、及控制信號的雙向傳輸。 它 是經(jīng)過 ZIF 連接器及 50Ω 天線連接器，可分別連接 SIM 卡支架和天線。 TC35 模塊主要由 GSM 基帶處理器、 GSM 射頻模塊、供電模塊 (ASIC)、閃 14 存、 ZIF 連接器 、天線接口六部分組成。作為 TC35 的核心，基帶處理器主要處理 GSM 終端內(nèi)的語音、數(shù)據(jù)信號，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有的模擬和數(shù)字功能。在不需要額外硬件電路的前提下，可支持 FR、 HR 和 EFR 語音信道編碼。 圖 TC35 結(jié)構(gòu)框圖 圖 TC35 實物圖 SIM 卡 SIM 卡是（ Subscriber Identity Module 客戶識別模塊）的縮寫，也 叫做身份的識別卡 ， 在一般情況下 GSM 的 數(shù)字 的 移動 通話 機 ， 若不 插上 SIM 卡是不能正常 通信 的 。 SIM 卡主要是在特定的電腦上存上了使用電話機的用戶信息 ， 用戶存儲的電話簿信息，加密過的密鑰 ， 能夠用于客戶的身份證明，能對客戶通話的內(nèi) 15 容加密 [10]。 TC35 使用外接式 SIM 卡， ZIF 的 連接器上有 6 個引腳作為 SIM 卡的借口， SIM 卡上也有 6 個引腳分別與它們相對應(yīng)，如圖 所示 圖 SIM 引腳圖 圖 TC35 與 SIM 的電氣連接圖 LCD 顯示模塊 鑒于對顯示的需要，我們采用帶中文字符的 LCD12864 液晶顯示器，其顯示內(nèi)容豐富，接口相對簡單。內(nèi)部 嵌入了 國標一級、二級簡體 漢字 庫的液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 128 64, 內(nèi)置 8192 個 16*16 點漢字，和 128 個 16*8 點 ASCII字符集。利用該模塊 較為 靈活的接口方式和方便的操作指令，可 以輕松做成 全 漢字 的 人機交互 畫 面 [11]。 其 不僅可以 顯示 8 4 行 16 16 點陣的漢字 ， 也可完成圖形顯示， 電壓低，功耗低，是它 的明顯特點 。 這個模塊的液晶顯示的方案同同種類型的液晶 顯示方案相比 ， 不僅在電路結(jié)構(gòu)上要簡潔許多，在程序上也要簡潔不少 ， 并且它 的價格同別 的相比也要便宜不少 。由于對系統(tǒng)整體設(shè)計的需求，本設(shè)計采用 128 64 并口模式，使用其并口模式，使顯示速度更加的迅速，其具體管腳如表 所示： 表 12864 串口接口管腳 管腳號 名稱 LEVEL 功能 16 1 VSS 0V 電源地 2 VDD +5V 電源正（ 3..3V～ ） 3 V0 對比度（亮度）調(diào)整 4 CS H/L 模組片選端，高電平有效 5 SID H/L 串行數(shù)據(jù)輸入端 6 CLK H/L 串行同步時鐘，上升沿時讀SID 數(shù)據(jù) 15 PSB L L：串口模式 17 /REST H/L 復位端，低電平有效 19 A VDD 背光源電壓＋ 5V 20 K VSS 背光源電壓負端 0V 其與單片機的電路接口如圖所示 ： 圖 LCD 與單片機的連接圖 時鐘模塊 當前比較常用的 時鐘 芯片 有 很多，如 DS130 DS130 PCF8485 等。這些芯片 的接口 比較 簡單、價格 便宜 、使用方便， 在眾多場合 被廣泛地采用。本文介 17 紹的時鐘 芯片為 DS1302， DS1302 時鐘芯片是 達拉斯 公司 生產(chǎn) 的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的 時鐘電路，它 能夠 對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，并且還 具有閏年補償功能， 其有著寬泛的工作電壓 ～ 。 芯片 電路 采用三線接口與 MCU 進行同步 數(shù)據(jù) 通信， 通信時 采用 突發(fā) 模式 可以 一次傳送多 個字節(jié)數(shù)據(jù) 。如圖 是 DS1302 的引腳圖，其中 Vcc1 為后備電源， Vcc2 為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下， 只要后備電源有電 就可以 保持時鐘的連續(xù)運行。 DS1302由 Vcc1 或 Vcc2 兩者中的較大者供電。 X1 和 X2 是振蕩源， 需要 外接 赫茲 晶振。 第五個引腳 是復位 /片選線， 數(shù)據(jù)的傳送是 通過把 RST 置高電平來啟動的 。 I/O 為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端 (雙向 )， SCLK 始終是輸入端 [12]。 圖 DS1302 時鐘芯片 DS1302 內(nèi)部含 有 與日歷、時鐘相關(guān) 的 寄存器， 寄存器中 存放的數(shù)據(jù) 是以 BCD碼形式 存 儲的 。此外， DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與 RAM 相關(guān)的寄存器等。其寄存器及其控制字見圖 所示。 18 圖 DS1302 寄存器 DS1302 與 CPU 的連接需要三條線，即 SCLK、 I/O、 RST，所以在單片機系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用 。如圖 為 DS1302 與 主控芯片 的連接圖。 圖 DS1302 與單片機的連接圖 紅外 遙控器模塊 紅外線遙控是 當前 使用 比較 廣泛的一種通信和遙控手段。由于紅外線遙控裝置 有著眾多的優(yōu)點： 體積小、功耗低、功能強、 成本低等，因 此 ，繼彩電、錄 影機之后， 紅外線遙控 廣泛應(yīng)用 在 收音機 、 車載 音響 、空凋 以及 兒童 玩具 中。 工業(yè)設(shè)備中，在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等環(huán)境下，采用紅外線遙控不僅完全可靠而且能有效地隔離電氣干擾 [12]。 紅外遙控系統(tǒng) 由兩大部分組成： 發(fā)射 、 接收 ， 通過 專用 編 /解碼 集成電路芯片進行控制操作。 發(fā) 射 電路 主要 包括 鍵盤矩陣、編碼調(diào)制、 LED 紅外發(fā)送器 如圖 ；接收 電路 主要 包括光、電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路 如圖 。 圖 遙控發(fā)射器的系統(tǒng)圖 19 圖 遙控 接受 器的系統(tǒng)圖 遙控接收器與單片機 的電氣連接如圖 所示： 圖 遙控接收器與單片機的連接圖 報警模塊 報警模塊采用 ULN2020 和 兩個繼電器控制兩個揚聲器，發(fā)出不同的聲音作為報警的聲音，其與單片機的電氣連接如圖 所示： 圖 報警模塊 與單片機的連接圖 傳感器模塊 本傳感器組共由溫濕度傳感器、煙霧傳感器和人體紅外傳感器組成。 20 溫濕度傳感器 : 本設(shè)計中選用的溫濕度傳感器是 DHT11， DHT11 一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器 。它 采用 專用的數(shù)字模塊技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)， 保證了 本產(chǎn)品 有極高的 準確 與卓越的 穩(wěn)定性，傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC 測溫元件，并與一個高性能 8 位單片機相連接 。因此 DHT11 傳感器 具有 卓越的品質(zhì) 、 穩(wěn)定性 能 強、性價比極高等優(yōu)點 [ 13]。 其與單片機的電氣接口為如圖 所示： 圖 溫濕度傳感器 與單片機的連接圖 煙霧傳感器： 煙霧傳感器選用 旁熱式結(jié)構(gòu)半導體式可燃氣體敏感元件 MQ2， MQ2 可檢測的 氣體有 ： 液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等 。 該模塊有兩種信號輸出一個是 TTL 數(shù)字輸出， TTL 輸出有效信號為低電平 ，一種是 模擬量輸出 ，模 擬量輸出 0~5V 電壓，濃度越高電壓越高 [14]。 本設(shè)計采用MQ2 模塊的模擬量輸出 ，通過處理器自帶的 A/D 轉(zhuǎn)換能比較容易的進行煙霧的檢測 ，其與單片機的電氣接口如圖 所示： 圖 煙霧傳感器與單片機的連接圖 人體紅外傳感器： 人體紅外傳感器選用熱釋電紅外傳感器 HCSR501， HCSR501 是基于紅外線技術(shù)的自動控制模塊，采用原裝進口 LHI778 探頭設(shè)計， 有著 超低電壓工作 、靈敏度高，可靠性強 等一系列優(yōu)點 ， 在 各類自動感應(yīng) 設(shè)備 中有著 及其 廣泛 的 應(yīng)用 。其只有數(shù)字輸出 即人進入其感應(yīng)范圍則輸出高電 平，人離開感應(yīng)范圍則自動延時 21 關(guān)閉高電平，輸出低電平。其與單片機的接口 如圖 所示 ： 圖 紅外傳感器 與單片機的連接圖 22 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)程序設(shè)計 對于嵌入式系統(tǒng)來說， 軟件部分的設(shè)計 有兩種模式：一種是前 后臺系統(tǒng)模式，一種是引入操作系統(tǒng)之后的多任務(wù)模式。 第一種模式的一般做法是 在主程序中 寫一個 死 循環(huán) ， 然后 在 主 程序中查詢每個事件是否發(fā)生 ，如果 某個事件發(fā)生 ， 就 執(zhí)行 這個 事件 ，這 種 在主程序查詢的 方式 可以 認為 是后臺程序。 有了后臺程序這個概念那么前臺程序即為 系統(tǒng)對中斷的響應(yīng) 執(zhí)行 ，中斷的 響應(yīng) 表示 有 事件 發(fā)生 ，要 馬上 去處理該事件。 在中斷服務(wù)子程序中， 通常 對 某事件 設(shè)置一個 相應(yīng) 的標志 位 ， 然后回到 后臺程序來處理 該事件 。因此 ，后臺可以 認為 是 任務(wù)級，前臺 認為 中斷級。 采用 這種模式的 最大 優(yōu)點是編寫 程序 較簡單 ，同時亦能提高硬件 執(zhí)行 的效率 。 第二種模式 為在 主控制器 中嵌入 操作系統(tǒng) ， 操作系統(tǒng)根據(jù)實時性 的要求 亦可以分為兩大部分： 硬實時的操作系統(tǒng)，如 VxWORKS 等 ； 軟實時操作系統(tǒng)，如WindowsCE 等。 采用操作系統(tǒng) 的優(yōu)點是 其有著相當好的 實時性 ， 但 缺點是 操作系統(tǒng) 會 占用 主控制器 較 大 的 內(nèi)存空間 [15]。 本課題選用基于單片機的設(shè) 計方案，通常不需要 嵌入 操作系統(tǒng)，故采 取 了 前后臺程序的設(shè)計 模式 。 根據(jù)項目系統(tǒng)的工作原理、接口電路設(shè)計及 主控芯片 對 各種 模塊控制的 需求 ， 系統(tǒng)主控芯片 STC12C5A60S2 的軟件 開發(fā) 采用 C 語言進行程序設(shè)計， C 語言具有容易理解，易于維護， 模塊化設(shè)計和功能擴展等特點，有效保證了軟件的開發(fā)效率。 用 Keil 來編源程序，該軟件具有友好的編輯界面和 C 語言關(guān)鍵字識別能力，同時具有良好的排版能力，有助于編寫規(guī)整的代碼，提高開發(fā)的效率和軟件管理。 系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計方法 ， 各模塊之間相互 獨立。整個軟件設(shè)計包括主程序、時鐘子程序、傳感器子程序、短消息子程序、顯示與報警子程序和紅外解碼子程序等。 系統(tǒng)主程序流程圖 軟件設(shè)計主要任務(wù)是完成對傳感器組進行循環(huán)監(jiān)控、 LCD 顯示、報警和 TC35 GSM 模塊的控制。 系統(tǒng)初始化主要完成 定時器 0、 1 初始化 、 外部中斷 0 初始化、 LCD 顯示 初始化 、 時鐘芯片 DS1302 初始化、 人體紅外傳感器 初始化、 煙霧傳感器初始化、 23 串口初始化 等工作。 開始系統(tǒng)初始化時間溫濕度顯示顯示標志位發(fā)短信函數(shù)紅外掃描紅外處理檢測溫濕度人體檢測函數(shù)人體檢測標志位打電話發(fā)短信煙霧檢測標志位煙霧檢測函數(shù)YNNY NY 圖 系統(tǒng) 主程序流程圖 24 時鐘模塊 DS1302 模塊主要是用于設(shè)置時間和與 MCU 通信。 時鐘模塊操作 流程圖見 圖 。 開始寫入命令讀出數(shù)據(jù)返回 圖 時鐘模塊操作流程圖 溫濕度 模塊 溫濕度模塊主要是用于 單片機 讀取溫度數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)。 溫濕度 模塊操作流程圖見 圖 。 25 開始讀取數(shù)據(jù)驗證數(shù)據(jù)返回 圖 溫濕度模塊操作流程圖 傳感器模塊 人體紅外傳感器流程圖 如圖 所示 ： 主要用于檢測到人并觸發(fā)報警裝置。 開始燈亮1 5 秒3 0 秒后報警返回檢測 到人？YN 圖 人體紅外 模塊操作流程圖 煙霧傳感器流程圖： 26 主要用于檢測當前空氣中的煙霧濃度