【正文】 電器控制模塊硬件電路圖 線路監(jiān)測模塊在單片機系統(tǒng)的實際應用中，經(jīng)常會遇見這樣兩種情況：第一種是系統(tǒng)電壓瞬時欠壓導致單片機程序“跑飛”，使系統(tǒng)不能正常工作；第二種是系統(tǒng)意外掉電導致重要數(shù)據(jù)丟失而不能恢復。要控制一個電器的開/關，只需要將此電器的電路上串一個繼電器常開觸點，單片機控制單片機的一個I/O口從高變?yōu)榈?，則U3中發(fā)光二極管導通，使得右邊的光敏三極管導通，Q3作為開關功能使繼電器線圈得電，在電器電路上的繼電器常開觸電閉合，則相當于將電器的開關打開了，這就達到了開電器開的功能。 圖313 DS18B20的硬件電路接線圖 電器控制模塊 電器控制模塊采用單片機控制繼電器開/關的方法來實現(xiàn)控制電路的通斷，從而達到控制電器開關的功能。溫度檢測電路原理圖如圖2所示，主機控制DSl8820實現(xiàn)溫度轉(zhuǎn)換，DSl8820采用外接電源方式，其VDD端采用3 v～ V電源供電。大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。圖312 溫度檢測模塊結(jié)構(gòu)圖(2)溫度檢測元件溫度檢測電路采用Dallas公司生產(chǎn)的1Wire接口數(shù)字溫度傳感器DSl8B20，它采用3引腳T092封裝：溫度測量范圍為55℃～+125℃．編程設置9～12位分辨率。實現(xiàn)了基于GSM網(wǎng)絡的溫濕度檢測模塊。下位機實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的采集、和傳輸?shù)缴衔粰C。系統(tǒng)硬件主要有89C52單片機及外圍電路、溫度傳感器(DS18B20)和GSM無線通信模塊(TC35i)組成。系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低等特點，可廣泛應用于橋梁混凝土測溫、電力電纜火災監(jiān)測、糧倉及物資倉庫溫度監(jiān)測。系統(tǒng)的穩(wěn)定性主要受到傳感器的精度、TC35i的穩(wěn)定性和GSM 網(wǎng)絡穩(wěn)定性的影響。門有劇烈振動時，門磁開關就會工作。將本系統(tǒng)成品應用于家中，當家中無人監(jiān)控時，通過短信方式通知系統(tǒng)工作方式在設防狀態(tài)。需要注意的是，當系統(tǒng)監(jiān)測到報警時，會延遲一段時間在監(jiān)測是否有報警信號，若存在又沒有撤防，則開始短信報警。在單片機RAM中設置了相關的狀態(tài)命令，如：”布防狀態(tài)”、“撤防狀態(tài)”、”復位”等，當家中有人時可以通過短信的方式設置系統(tǒng)的狀態(tài)，此時在室內(nèi)活動不回產(chǎn)生任何報警。其安防模塊的總體電路圖如下圖所示。（4）傳感器接口連接的設計 由于煙霧傳感器和煤氣傳感器輸出的是模擬量，所以需要信號放大與A/D轉(zhuǎn)換。REF為負基準電壓端，一般接地。CLK為I/O時鐘，由外部輸入。DATA OUT為A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端。CS為片選信號，由高到低有效，由外部輸入。TLC2543的引腳排列圖如下。它還可以通過一個串行的3態(tài)輸出端（DATA OUT）與主處理器或其他外圍的串行口通訊，輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。它除具有高速的轉(zhuǎn)換器和通用的控制能力外，還具有靈活的串行接口。 TLC2543具有12位的分辨率，使用開關電容逐次逼近技術(shù)完成AD轉(zhuǎn)換過程。本系統(tǒng)運放采用AD623儀用放大器實現(xiàn)，運放后的信號送入A/D轉(zhuǎn)換器。AD623的引腳排列為下圖所示。 AD623通過提供極好的隨增益增大而增大的交流共模抑制比（AC CMRR）而保持最小的誤差，且具有較寬的共模輸入范圍，它可以放大具有低于地電平150Mv共模電壓的信號。AD623是一個集成單電源儀表放大器，它能在單電源（+3V到+12V）下提供滿電源幅度的輸出。（2）信號采集放大電路的設計 由于氣體傳感器采集的電信號一般很小，而且存在共模成分，需要經(jīng)過放大電路放大，而之后方可進行A/D轉(zhuǎn)換。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。他們的氣敏素子，使用空氣中電導率低的二氧化錫。這里選用日本生產(chǎn)的模擬量離子感煙探測器NIS05A。由于設備及線路在燃燒前會產(chǎn)生大量煙霧，煙霧粒子經(jīng)探測器的進煙口進入離子腔后，其中的正、負離子會吸附在這些煙霧粒子上，造成正常的電流和電壓發(fā)生變化。探測器安裝在探測器底座上時，由系統(tǒng)中的報警控制盤提供電壓和電流給探測器，使探測器處于待命工作狀態(tài)。一般傳感器頂部為一個防風的進煙口，后部則帶有不銹鋼滑動觸片，用于與探測器底座連接。紅外線反射型傳感器甚至可組成對射的檢測系統(tǒng)，以提高控制范圍。這里選用北京百科博計算機技術(shù)開發(fā)有限公司生產(chǎn)的CK MPS 門磁開關。 （1）傳感器的選擇：1) 門磁開關：主要由開關和磁鐵兩部分組成,。前端探測器可分為門磁、窗戶反射式傳感器、煙霧探測器、煤氣探測器等?！　∫粋€完善的智能化家居，具有便捷、安全、舒適、高檔的生活環(huán)境，確保每一個住戶的生命財產(chǎn)的安全，是本系統(tǒng)基本的用途，創(chuàng)造一個家居的理想空間是本系統(tǒng)的目的所在。TC35i與單片機的硬件接口電路如圖311所示。(4) TC35i與單片機的硬件接口電路TC35i模塊主要由GSM基于處理器、GSM射頻模塊、供電模塊、閃存、ZIF連接器、天線接口六部分組成。M：用戶數(shù)據(jù)，其長度由L中的數(shù)據(jù)決定。K：有效期，2位十六進制數(shù)。I：協(xié)議標識，2位十六進制數(shù)。G：被叫號碼類型，2位十六進制數(shù)，取值同B。E：信息類型，2位十六進制數(shù)。C：短信息中心號碼，B+C的長度將由A中的數(shù)據(jù)決定。一般的PDU編碼由ABCDEFGHIJKLM十三項組成。PDU模式收發(fā)短信可以使用3種編碼：7_bit、8_bit和UCS2編碼。表33 與SMS相關的若干GSM AT指令表(3) PDU編碼規(guī)則目前，發(fā)送短消息常用Text和PDU(Protocol DataUnit，協(xié)議數(shù)據(jù)單元)模式。在短消息模塊收到網(wǎng)絡發(fā)來的短消息時，能夠通過串口發(fā)送指示信息，數(shù)據(jù)終端設備可以向GSM模塊發(fā)送各種命令。(2) 模塊中與SMS有關的GSM AT指令介紹GSM 引擎模塊提供的命令符合GSM07．05和GSM07．07規(guī)范 GSM07．07中定義的AT Command接口。工作在CMOS電平( V)。數(shù)據(jù)通信電路主要實現(xiàn)短消息收發(fā)、與PC機通信、軟件控制等功能。啟動電路由漏極開路三極管和上電復位電路組成。在充電模式下可為TC35i提供6V／500。電源電路分為充電電池和穩(wěn)壓電源模塊兩部分。當TC35i通電后必須給IGT一個大于100 mV的低電平，模塊才能啟動。1～14引腳為電源部分，其中l(wèi)～5引腳為電源電壓輸入端VBATT+6～10引腳為電源地GND，ll～12引腳為充電端，13引腳為對外輸出電壓(供外部電路使用)，14引腳ACCU／TEMP接負溫度系數(shù)的熱敏電阻；24～29引腳為SIM卡連接端；33～40引腳為語音接口用來接電話手柄。TC35i有40個引腳，通過ZIF連接器引出。符合ETSI標準GSM0707和GSM0705，且易于升級為GPRS模塊。圖310 TC35i(1) TC35i介紹TC35i是西門子最新推出的無線通信模塊，功能與TC35兼容，設計緊湊。這種無線模塊功能上與TC35兼容，設計緊湊，大大縮小了用戶產(chǎn)品的體積。其中西門子的TC35系列模塊性價比很高，并且已經(jīng)有國內(nèi)的無線電設備入網(wǎng)證。 基本操作時序： 讀狀態(tài) 輸入：RS=L，RW=H，E=H 輸出：DB0～DB7=狀態(tài)字 寫指令 輸入：RS=L，RW=L，E=下降沿脈沖，DB0～DB7=指令碼 輸出：無 讀數(shù)據(jù) 輸入：RS=H，RW=H，E=H 輸出：DB0～DB7=數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù) 輸入：RS=H，RW=L，E=下降沿脈沖，DB0～DB7=數(shù)據(jù) 輸出：無 GSM模塊目前， 國內(nèi)已經(jīng)開始使用的GSM模塊有很多，而且這些模塊的功能、用法差別不大。這樣的方法。因此我們在向DDRAM寫C51字符代碼程序時甚至可以直接用P1＝39。其中文字符碼與字字符字模關系對照表如表32所示[7]。常見的1602顯示硬件電路接線圖如圖39所示[13]。所謂1602是指顯示的內(nèi)容為16*2,即可以顯示兩行，每行16個字符。其特點是：占用I/O端線比較少，但是軟件的結(jié)構(gòu)較復雜，適用于按鍵較多的場合，圖38是一個44行列式鍵盤電路，可得到16個按鍵。但行列式鍵盤的管理程序較復雜，需要采用鍵盤掃描技術(shù)，常用的鍵盤掃描方式有：掃描法、反轉(zhuǎn)法、狀態(tài)矩陣法等。獨立式鍵盤只適合按鍵少的場合，否則占用的端口太多。在讀取I/O口無內(nèi)部上拉電阻需要加上拉電阻，STC89C52的P0口就沒有上拉電阻，獨立式鍵盤接此口時必須外接上拉電阻。(1)獨立式鍵盤。當檢測到按鍵釋放后,也要給5ms～10ms的延時,待后沿抖動消失后才能轉(zhuǎn)入該鍵的處理程序。這一點通過分析RS觸發(fā)器的工作過程很容易得到驗證。此時即使用按鍵的機械性能,使按鍵因彈性抖動而產(chǎn)生瞬時斷開（抖動跳開B）,按鍵不返回原始狀態(tài)A,雙穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)不改變,輸出保持為0,不會產(chǎn)生抖動的波形。當按鍵未按下時,輸出為1。以RS觸發(fā)器作為常用的硬件去抖電路如圖36所示。按鍵的抖動,可用硬件或軟件兩種方法。為確保CPU對鍵的一次閉合僅作一次處理,必須去除鍵抖動。 圖35 按鍵抖動的波形按鍵穩(wěn)定閉合時間的長短則是由操作人員的按鍵動作決定的,一般為零點幾秒至數(shù)秒。應采用措施消除抖動的影響。按鍵就是一個簡單的開關，相當于開關閉合；當按鍵松開時，相當于開關斷開。圖35 RS485總線電路圖 上位機 鍵盤模塊鍵盤是有讓干個按鍵組成的，它我單片機最簡單的輸入設備。由于在本設計中主機只用來接收數(shù)據(jù)，從機只用來發(fā)送數(shù)據(jù)，因此完全可以將主機連接的MAX1487芯片的/RE和DE兩使能引腳接地，而將與從機相連的MAX1487芯片的兩使能端接高電平，從而實現(xiàn)兩機的串行通訊。而由于信號在傳輸線上傳送，若遇到阻抗不連續(xù)的情況，會出現(xiàn)反射現(xiàn)象，從而影響信號的遠距離傳送，盡管MAX1487能夠減少反射的影響，但是還是要采用匹配的方法來消除反射。3DE驅(qū)動器使能端，為“1”時允許驅(qū)動器工作，為“0”時，驅(qū)動器禁止，輸出為高阻。下圖34為MAX1487的典型的工作電路模型：圖34 MAX1487工作電路模型從上圖我們可以看到MAX1487是八腳封裝芯片，下表是它的引腳說明。所以MAX1487可以和其他收發(fā)器任意組合，只要總負載小于或等于32個單位負載，則可以接在總線上。MAX1487的特點是：*無誤差數(shù)據(jù)傳送的限斜率驅(qū)動器**7V～+12V共模輸入電壓范圍*三態(tài)輸出*半雙工工作方式*工作電源為單一的+5V*總線可接128個收發(fā)器*限流和熱敏控制電路為驅(qū)動器提供過載保護因為MAX1487的輸入阻抗為48KΩ，允許在一條總線上接128片MAX1487。它的特點是具有限斜率的驅(qū)動器，即驅(qū)動器發(fā)送的數(shù)字信號，其邊緣的斜率是受限制的，可以使電磁干擾（EMI）減至最小，并減少因電纜終端不匹配而產(chǎn)生的反射影響，因此可以高達250kbps的速率無誤差的傳送數(shù)據(jù)。這里簡要介紹MAX487的特性。RS485利用信號導線之間的信號電壓差，通過傳輸線驅(qū)動器，把邏輯電平變換成電位差，完成始端的信號傳送；再通過傳輸線接收器，把點位差轉(zhuǎn)換成邏輯電平，完成終端的信號接收。 軟件設置睡眠和喚醒功能 RS485總線 RS485總線接口設計 在本設計中，采用的是以89C51單片機為主控制器，MAX1487的電平轉(zhuǎn)換芯片為驅(qū)動器與傳輸器的接口模塊。 3級加密位 共6個中斷源 可編程UART串行通道 時鐘頻率024MHz 256x8bit內(nèi)部RAM 8k可反復擦寫(1000次）Flash ROM圖32 STC89C52的PDIP封裝形式主要功能特性：　　STC89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求?！　?9C52是一個低電壓，高性能CMOS的8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央控制器和Flash存儲單元，功能強大的89C52單片機可為您提供許多較復雜系統(tǒng)控制應用場合。STC89C52是51系列單片機的一個型號，它是標檢集團（STC）公司生產(chǎn)的。圖31 系統(tǒng)整體框圖 中央控制器—STC89C52型單片機單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。在本設計中，選用有線雙絞線作為本地通信的傳輸介質(zhì)，首先在和無線傳輸對比上節(jié)約了成本，減少了無線對人體造成的輻射，和其他有線傳輸形式對比，則更容易實現(xiàn)，在智能家居系統(tǒng)設計里，是最優(yōu)的選擇。(4) 無線傳輸媒介。光纖又稱為光纜或光導纖維，由光導纖維纖芯、玻璃網(wǎng)層和能吸收光線的外殼組成。具有抗干擾能力強，連接簡單等特點，信息傳輸速度可達每秒幾百兆位，是中、高檔局域網(wǎng)的首選傳輸介質(zhì)。(2) 同軸電纜。雙絞線既可用于傳輸模擬信號，又可用于傳輸數(shù)字信號。(1) 雙絞線。而信號傳輸?shù)慕橘|(zhì)是網(wǎng)絡中發(fā)送方與接收方之間的物理通路，它對網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)通信具有一定的影響。此外較有影響的現(xiàn)場總線還有DeviceNet、PROFIBUS、HART、CCLink、WorldFIP、INTERBUS、PNet、SwiftNet等總線形式。支持雙絞線、同軸電纜、光纜和紅外線等多種通信介質(zhì)，通訊速率從300bit/，直接通信距離可達2700m（78Kbit/s），被譽為通用控制網(wǎng)絡。它由美國Echelon