【文章內(nèi)容簡介】 得 STC89C52RC為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。 它完全兼容 ATMEL公司的 51單片機，除此之外它自身還有很多特點，如：無法解密、低功耗、高速、高可靠、強抗靜電、強抗干擾等。 傳感器 1 MCU (STC89C52RC) GSM模塊 GSM 網(wǎng)絡(luò) 用戶手機 PC機 傳感器 3 傳感器 2 6 圖 STC89C52RC 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 其次 STC 公司的單片機內(nèi)部資源比起 ATMEL公司的單片機來要豐富的多，它內(nèi)部有 1280 字節(jié)的 SRAM、 864K 字節(jié)的內(nèi)部程序存儲器、 28K 字節(jié)的 ISP 引導(dǎo)碼、除 P0P3 口外還多 P4 口 (PLCC 封裝 )、片內(nèi)自帶 8 路 8 位 AD(AD 系列 )，片內(nèi)自帶EEPROM、片機自帶看門狗、雙數(shù)據(jù)指針等。目前 STC 公司的單片機在國內(nèi)市場上的占有率與日俱增 . STC89C52RC 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu) STC89C52RC 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 STC89C52RC 單片機中包含中央處理器（ CPU）、程序存儲器（ Flash）、數(shù)據(jù)存儲器（ SRAM）、定時、計數(shù)器、UART 串口、 I/O 接口、 EEPROM、看門狗模塊。 STC89C52RC 單片機幾乎 包含了數(shù)據(jù)采集和控制所需要的所有的模塊，可以稱得上是一個片上系統(tǒng)。 網(wǎng)絡(luò)模塊概述 西門子公司的 TC35 是一款雙頻 900/1800MHZ 高度集成的 GSM 模塊。在GSM 網(wǎng)絡(luò)日臻完善的今天， TC35 秉承了西門子一貫的優(yōu)秀品質(zhì)，它易于集成，使用它可以在較短的時間內(nèi)花費較少的成本開發(fā)出新穎的產(chǎn)品。在遠程監(jiān)控和無線公話以及無線 POS 終端等領(lǐng)域您都能看到 TC35 無線模塊在發(fā)揮作用。在可以預(yù)見的將來，這些產(chǎn)品可以很容易向 GPRS 領(lǐng)域過度，這樣一來，較少的成本就能享受到 GPRS 技術(shù)帶給您的方便快捷。 AUXRAM RAM 地址 寄存器 RAM B 寄存器 ACC TMP1 ALU 雙數(shù)據(jù)指針 堆棧指針 定時器 0/1 定時器 2 串口 PSW WDT EEPROM Control Unit Port 0,1,2,3 鎖存器 Port 0,1,2,3 驅(qū)動器 程序存儲器 ISP/IAP 地址生成器 程序計數(shù)器 TMP2 XTAL1 XTAL2 GND RESET Port 0,1,2,3 7 TC35 的控制簡介 TC35 是一款無線通信 GSM 模塊。自帶 RS232 通訊接口，可以方便地與 PC機、單片機聯(lián)機通訊?？梢钥焖佟踩?、可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務(wù)（ Short Message Service）和傳真。 TC35 米酷愛的工作電壓為— V，可以工作在 900MHz 和 1800MHz 兩個頻段，所在頻段功耗分別為2W（ 900M）和 1W（ 1800M）。 模塊有 AT 指令集接口，支持文本和 PDU 模式短消息、第三組的二類傳真、以及 , 的非透明模式。此外，該模塊還具 有電話簿功能、多方通話，漫游檢測功能，常用工作模式有 省電模式、 IDLE、 TALK 等模式。通過 ZIF 連接器，實現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語音信號、及控制信號的雙向傳輸。通過 ZIF 連接器及 50Ω 的天線連接器，可分別連接 SIM 之家和天線。 TC35 模塊主要由 GSM 基帶處理、 GSM 射頻模塊、供電模塊（ ASIC）、閃存、 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)的育嬰、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。 指令介紹 TC35 模塊的通訊全部采用 AT+xxx 完成。 AT 即 Attention， AT 指令集是從終端設(shè)備（ Terminal Equipment， TE）或數(shù)據(jù)終端設(shè)備（ Data Terminal Equipment，DTE）向終端適配器（ Terminal Adapter， TA）或數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備（ Data Circuit Terminal Equipment， DCE）發(fā)送的。通過 TA， TE發(fā)送 AT 指令來控制移動臺（ Mobile Station， MS）的功能，與 GSM 網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)進行 交互。用戶可以通過 AT 指令進行呼叫、短信、電話簿、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、傳真等方面的控制。 GSM 模塊與計算機之間的通信協(xié)議是一些 AT 指令集， AY 指令是以 AT 作首，字符結(jié)束的字符串， AT 指令的響應(yīng)數(shù)據(jù)包在中。每個指令執(zhí)行成功與否都有相應(yīng)的返回。其他的一些非預(yù)期的信息（如有人撥號進來、線路無信號等），模塊醬油相應(yīng)的一些信息提示，接收端可做相應(yīng)處理。 AT 指令示例： GSM Modem DTE ATCR LFOKLF ATTESTCR CRERRORLF 如果 AT 指令執(zhí)行成功， “OK”字符返回；如果 AT 之林語法錯誤或 AT 指令執(zhí)行失敗則返回字符 “ERROR”。 8 第 3 章 硬件設(shè)計 單片機系統(tǒng)設(shè)計 單片機系統(tǒng)的擴展一般是以基本的最小系統(tǒng) 為基礎(chǔ)的。即一個真正可用的單片機最小配置系統(tǒng)。如圖 所示為單片機 最小系統(tǒng)。只要在單片機上外界時鐘電路和復(fù)位電路就能夠?qū)崿F(xiàn)。 圖 單片機最小系統(tǒng) 基于單片機最小系統(tǒng)，以及其三總線結(jié)構(gòu)，可以對該系統(tǒng)進行擴展，比如存儲器、I/O 接口以及其他功能部件的擴展等?？偟膩碚f，系統(tǒng)的擴展方法是三總線對接，保證 單片機和擴張部件協(xié)調(diào)一致地工作。即要共同滿足其工作的時序。 GSM 模塊及周邊電路設(shè)計 TC35 模塊是終端的主要功能部件，適合在最小功率下開發(fā)出 GSM 蜂窩設(shè)備，這類蜂窩設(shè)備應(yīng)用部分構(gòu)成人機接口（ MMI），通過串口（ RS232）可以接入 TC35。 TC35可以連接蜂窩應(yīng)用部分。 TC35 的終端電路如圖 所示 。系統(tǒng)上電以后，為使 TC35 進入工作狀態(tài)，必須給 TGT 加一個淹死大于 1ms 的低脈沖，電平下降持續(xù)時間不可超過 1ms。啟動后， IGT 應(yīng)保持高電平。驅(qū)動 IGT 是的 TC35 供電點煙不蹦低于 ，否則 TC35 不能激活。電路中利用大電容與電阻并聯(lián)做為 IGT 電路，實現(xiàn)這一目的。 +5V +5V XTAL1 XTAL2 RESET VCC GND P3 P2 P1 P0 8 8 8 8 9 圖 TC35 的終端電路原理圖 TC35 數(shù)據(jù)接口工作在 CMOS 電平（ ），通過 MAX232 的電平轉(zhuǎn)換為 RS232 接口與 PC 機連接。數(shù)據(jù)借口呀遵從 DCE 的 ITUT RS232 內(nèi)部交換電路標準實現(xiàn)異步串行收發(fā)功能。 SYNC 腳控制 LED 燈來檢測判斷 TC35 的工作狀態(tài)。 人機交互電路設(shè)計 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，為了控制控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以及能夠及時反映出 系統(tǒng)的運行狀態(tài)，應(yīng)用系統(tǒng)需要設(shè)置鍵盤和顯示設(shè)備，或者連接上位機。從而更好的使用設(shè)置應(yīng)用系統(tǒng)。 鍵盤 在無線報警系統(tǒng)中，按鍵或鍵盤的每一個鍵都有特定的功能，它們通過接口電路與單片機連接，通過軟件判斷處理按鍵信息。單片機接口鍵盤的方式很多，在本文所介紹的系統(tǒng)中，采用了將為常見的 44 行列式鍵盤。鍵盤電路原理圖如圖 所示。直接在單片機的 I/O 口上連接行線和列線，通過判斷Ｉ／Ｏ口上的高低電平來判斷有無鍵按下，何鍵按下等。 RS232 SIM Card CCVCC CCRST CCCLK CCGND CCIN CCIO Vpp TC35 RXD TXD Vbatt+ GND IGT SYNC VCC GND LED 10k 10k 1k + + VCC 5k 4 SB 16 MCU I/O 口 10 圖 44 行列式鍵盤原理圖 LCD 顯示 液晶顯示器是一種低功耗顯示器件，具有顯示內(nèi)容豐富、體積小、重量輕、壽命長、使用方便、安全省電等優(yōu)點。在計算器、萬用表、袖珍式儀表和低功耗違紀應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣發(fā)的應(yīng)用。 在設(shè)計中，采用了字符型液晶顯示模塊 LCD12864，它與單片記得接口原理如圖 所示。 圖 LCD12864 連接圖 上位機通訊 單片機內(nèi)部有一個可編程全雙工串行通信口，具有 UART 的全部功能，只需將此UART 按照通信協(xié)議進 行擴展和電平轉(zhuǎn)化既可以與外圍設(shè)備郵寄的聯(lián)系起來。 系統(tǒng)中通過 MAX232 電平轉(zhuǎn)換芯片，設(shè)計了 RS232 串行數(shù)據(jù)接口，如圖 所示。方便與 PC 及連接。從而使系統(tǒng)更利用控制，同時也更利于在工業(yè)監(jiān)控中使用。 Gnd Vcc NC RS R/W EN D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Psb RST LCD12864 VCC GND 數(shù)據(jù)總線至 89C51 I/O口 控制總線至 89C51 I/O口 1 6 7 4 9 5 2 3 8 +5 VCC I4 O2 GND C1+ C1 C2+ O4 I2 TXD RXD MCU(89C51) MAX232 DB9 C2 V+ V + + + + 11 圖 基于 MAX232 的串行通信電路原理圖 電源設(shè)計 開關(guān)電源設(shè)計 圖 ，電源設(shè)計原理圖 終端系統(tǒng)的工作電壓為 5V DC。由于 TC35 模塊的突發(fā)好點電流峰值可達到 3A，股外加穩(wěn)壓器件必須達到足以提供該額定電流的條件。在該終端中，采用了開關(guān)電源芯片 LM2596 完成 12V 到 5V的轉(zhuǎn)換，作為 TC35 終端的供電電源，如圖 所示。需加以注意的是，由 LM2596 芯片完成開關(guān)電源轉(zhuǎn)化許大功率的電感和電容，達到TC35 的耗電要求。 后備電源設(shè)計 后備電源概述 為了防止竊賊在進入防區(qū)之前將系統(tǒng)的 供電交流電源切斷，系統(tǒng)必須能夠在交流電源被切斷后繼續(xù)正常運行一段時間，本系統(tǒng)采用 12V/7AH 的鉛酸蓄電池作為后備電源，這就給系統(tǒng)設(shè)計提出了一個繼續(xù)解決的問題：就是蓄電池的充電電源管理問題。 由于鉛酸蓄電池在過充情況下電解液會發(fā)生氣化現(xiàn)象，導(dǎo)致蓄電池的壽命降低 ，蓄電池在充滿電時，蓄電池的電壓大概在 ，在欠壓時電壓大概在 右，此充放電特性符合滯回比較器的傳輸特性，即將滯回比較器的上限閾值設(shè)為，下限閾值設(shè)定為 ，當(dāng)充滿電后，使滯回比較器控制繼電器將充電限流電阻切換到較大 的限流電阻上；當(dāng)放電到 ，滯回比較器控制繼電器將限流電阻切換到較小的限流電阻上，并且保障系統(tǒng)正常工作電流要小于快充充電電路的電流，而大于慢充充電電路的電流。這樣就能保證滯回比較器始終工作在 —的滯回帶內(nèi)，即保證蓄電池既不欠壓又不過充。 12V固定直流輸入 LM2596 12— 1 5 3 2 4 ON/OFF GND 輸出 反饋 L 33μ 5V 輸出 + 220μ IN5824 GND 680μ + +VIN DGND 12 滯回比較器： 有滯回特性，具有抗干擾能。從反相輸入端輸入的滯回比較器電路如圖 所示，電路中引入了正反饋。 從集成運放輸出端的限幅電路可以看出， ozuU?? 。集成運放反相輸入端電位， 圖 滯回比較器 同相輸，入端電位 NIuu? 。 112PZRuURR?? ? 根據(jù) “虛短 ” NPuu? ,求出的 Iu 就是閾值電壓，因此得出 當(dāng) ITuU?? ， NPuU? 因而 OZuU?? ，所以PZuU?? 。 ITuU?? , OZuU?? 。 當(dāng) ITuU?? ， NPuU? 因而 OZuU?? ，所以 PTuU?? 。 ITuU?? ，OZuU?? 。 可見， Ou 從 ZU? 躍變?yōu)?ZU? 和 Ou 從 ZU? 躍變?yōu)?ZU? 的閾值電壓是不同的，電壓傳輸特性如 圖 所示。 圖 滯回比較器 的電壓特性 傳感器 要實現(xiàn)防盜、防火、防燃氣泄漏，相應(yīng)的傳感器是必不可少的，而無論是哪種傳感器，其最終輸出的都是開關(guān)量。 UI UO R R2 R1 D + A UO UI O +UZ UZ +UT UT 112TZRuURR? ? ? ? 13 紅外傳感器 對于防盜傳感器，本系統(tǒng)采用主動式紅外對射傳感器，它相對于傳統(tǒng)的被動式熱釋紅外傳感器有以下優(yōu)