【正文】 ZigBee模 塊CC2430AT89C51 單片機(jī)PC機(jī)GSM模塊用戶(hù)手機(jī) 圖21 系統(tǒng)方框圖第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 傳感器的選取設(shè)計(jì) 熱電式紅外傳感器原理及說(shuō)明熱電式紅外傳感器是被動(dòng)式的紅外傳感器，其內(nèi)部核心芯片為Biss0001。當(dāng)A為“1”時(shí)，允許重復(fù)觸發(fā)；反之，不可重復(fù)觸發(fā)2VOO控制信號(hào)輸出端。在輸出延遲時(shí)間Tx之外和無(wú)VS的上跳變時(shí)，Vo保持低電平狀態(tài)。通常接VDD，當(dāng)接“0”時(shí)可使定時(shí)器復(fù)位9VCI觸發(fā)禁止端。當(dāng)A為“1”時(shí)，允許重復(fù)觸發(fā)；反之，不可重復(fù)觸發(fā)2 VO O 控制信號(hào)輸出端。在輸出延遲時(shí)間Tx之外和無(wú)VS的上跳變時(shí)，Vo保持低電平狀態(tài)。通常接VDD，當(dāng)接“0”時(shí)可使定時(shí)器復(fù)位9 VC I 觸發(fā)禁止端。 圖32 BISS0001接線圖采用熱釋電傳感器的優(yōu)勢(shì)是成本低, 不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源, 隱蔽性好, 可流動(dòng)安裝, 靈敏度高、控制范圍大。實(shí)際使用中, 熱釋電傳感器前面必須安裝菲涅爾透鏡。實(shí)驗(yàn)證明, 熱釋電紅外傳感器若不加菲涅爾透鏡, 則其檢測(cè)距離僅為2M左右（檢測(cè)人體走過(guò)）而配上菲涅爾透鏡后, 其檢測(cè)距離可增加到10M以上, 甚至可達(dá)20M以上。BISS0001就是由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成的數(shù)模混合專(zhuān)用集成電路。它有兩種工作方式供選擇, 通過(guò)將引腳A置1或0。本系統(tǒng)選擇可重復(fù)觸發(fā)方式。由于選擇的是可重復(fù)觸發(fā)方式, Vs可重復(fù)觸發(fā)VO為有效狀態(tài), 并可促使VO在延時(shí)周期Tx內(nèi)一直保持有效狀態(tài)。在Tx時(shí)間內(nèi), 只要Vs發(fā)生上跳變, VO就會(huì)從Vs上跳變時(shí)刻起繼續(xù)延長(zhǎng)一個(gè)Tx周期。若保持為“0”狀態(tài), 則在周期Tx結(jié)束后VO恢復(fù)為無(wú)效狀態(tài), 并且在封鎖時(shí)間Ti時(shí)間內(nèi),任何Vs的變化都不能觸發(fā)VO為有效狀態(tài)。然后耦合給運(yùn)算放大器OP2，再進(jìn)行第二級(jí)放大，同時(shí)將直流電位抬高為VM(≈)后，將輸出信號(hào)V2送到由比較器COP1和COP2組成的雙向鑒幅器，檢出有效觸發(fā)信號(hào)Vs。1V的噪聲干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)輸入電壓VcVR(≈)時(shí)，COP3輸出為低電平封住了與門(mén)U2,禁止觸發(fā)信號(hào)Vs向下級(jí)傳遞；而當(dāng)VcVR時(shí)，COP3輸出為高電平，進(jìn)入延時(shí)周期。當(dāng)Tx時(shí)間結(jié)束時(shí)，Vo下跳回低電平，同時(shí)啟動(dòng)封鎖時(shí)間定時(shí)器而進(jìn)入封鎖周期Ti。[18] 氣體傳感器的選取氣體傳感器選擇的是MC1468.MC系列芯片MC14468為離子型熘霧檢測(cè)報(bào)警芯片，是目前市場(chǎng)上很流行的集火災(zāi)檢測(cè)與報(bào)警于一體的智能傳感器。MC14468的1腳(檢測(cè)輸出端)直接聯(lián)接單片機(jī)的INT0．當(dāng)檢測(cè)到煙霧時(shí)．其輸出的高電平通過(guò)INT0控制單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器TO工作，定時(shí)90ms，TO溢出中斷 進(jìn)入中斷服務(wù)程序，通過(guò)串口發(fā)送數(shù)據(jù)(房間號(hào)或之前對(duì)該系統(tǒng)的有意義編碼)給單片射頻收發(fā)器cc2430。輔以單片機(jī)產(chǎn)生90 ms的延時(shí)．更能提高系統(tǒng)的可靠性。 圖33 設(shè)計(jì)原理圖上圖是我們用MC14468設(shè)計(jì)的TA—JY一9708型家用火災(zāi)自動(dòng)探測(cè)報(bào)警器的原理圖，圖中離子室中的離子電流隨著探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的煙霧變化而變化，從而產(chǎn)生微弱的電壓變化傳到檢測(cè)端l5，由MC14468內(nèi)部的邏輯處理電路處理后，啟動(dòng)蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路，蜂嗚器驅(qū)動(dòng)電路經(jīng)外接的CR10和R9形成調(diào)制的變頓輸出．從而推動(dòng)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。當(dāng)Vl發(fā)光二極管田亮，并且蜂鳴器發(fā)出刺耳的音頻報(bào)警聲時(shí)為奉處有火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，當(dāng)只有刺耳的報(bào)警聲，而發(fā)光二極管不閃亮?xí)r．為本區(qū)域探測(cè)網(wǎng)中其他地方報(bào)警，提醒用戶(hù)注意危險(xiǎn)。當(dāng)為一短促的嘟啷聲，且Vl發(fā)光二極管不亮則為探測(cè)報(bào)警器的靈敏度級(jí)別有所降低，提醒用戶(hù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)木S護(hù)，以提高其探測(cè)靈敏度。蜂鳴器X1共有三個(gè)極，分別為B極、s極、F極，系美國(guó)進(jìn)口．由中美合資合肥天安電子有限公司經(jīng)銷(xiāo) B1為9V疊層電池，探測(cè)報(bào)警器處于監(jiān)控狀態(tài)時(shí)電流只有10 A左右+所以一般情況下電池至少可以使用一年以上 圖中R8用來(lái)設(shè)置電池欠壓告警值，可以根據(jù)需要來(lái)進(jìn)行調(diào)整，R7用來(lái)設(shè)置探測(cè)靈敏度，R4定時(shí)電阻一般選用8．2M 。離子室所用放射源可選用镅241(Am241)．強(qiáng)度約0．8徽居里左右即可。為此設(shè)置了一自檢按鈕，安裝在殼體的外部，以供用戶(hù)自檢使用。內(nèi)置的離子源強(qiáng)度較?。粫?huì)對(duì)環(huán)境造成污染，不會(huì)對(duì)人體造成傷害．符合有關(guān)規(guī)范要求。檢測(cè)輸入端的鄰近腳均設(shè)置有隔離保護(hù)，這三個(gè)腳的輸入端電壓必須在lO0mV以?xún)?nèi)，以維持其泄漏電流最小化，提高其測(cè)量精度，15腳檢測(cè)輸入端內(nèi)部設(shè)置有保護(hù)二極管，防止靜電干擾等引起場(chǎng)效應(yīng)管損壞。電池欠壓告警值一般設(shè)置為7．OV左右。 燃?xì)庑孤秱鞲衅魅細(xì)庑孤秱鞲衅鬟x擇的是電化學(xué)傳感器，下面簡(jiǎn)單介紹一下電化學(xué)傳感器的原理并給出其用于氣體檢測(cè)的電路圖。 識(shí)別系統(tǒng)反待測(cè)物的某一化學(xué)參數(shù)（常常是濃度）與傳導(dǎo)系統(tǒng)連結(jié)起來(lái)。分子識(shí)別系統(tǒng)是決定整個(gè)化學(xué)傳感器的關(guān)鍵因素?；瘜W(xué)傳感器的傳導(dǎo)系統(tǒng)接受識(shí)別系統(tǒng)響應(yīng)信號(hào)，并通過(guò)電極、光纖或質(zhì)量敏感元件將響應(yīng)信號(hào)以電壓、電流或光強(qiáng)度等的變化形式，傳送到電子系統(tǒng)進(jìn)行放大或進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出，最終使識(shí)別系統(tǒng)的響應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗兯苡米鞣治龅男盘?hào)，檢測(cè)出樣品中待測(cè)物的量。.Rload控制反應(yīng)時(shí)間，ic2上方的反饋電阻控制放大倍數(shù)，建議采用慣性電路增強(qiáng)穩(wěn)定性 ZigBee模塊介紹ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是基于標(biāo)準(zhǔn)的七層開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)模型，但僅對(duì)那些涉及ZigBee的層予以定義。ZigBee聯(lián)盟提供了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層(APL)框架的設(shè)計(jì)。[22]ZigBee技術(shù)特點(diǎn).低功耗；.低成本；.低速率；.近距離；.短時(shí)延；.高容量；.高安全；.免執(zhí)照頻段。 cc2430引腳及典型應(yīng)用電路圖 圖35 cc2430外部接口電路圖CC2430芯片需要很少的外圍部件配合就能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的收發(fā)功能。[17]可使天線性能路使用一個(gè)非平衡天線,連接非平衡變更好。內(nèi)部T/R交換電路完成LNA和PA之間的交換。用1個(gè)32 MHz的石英諧振器（XTAL1）和2個(gè)電容（C191和C211）構(gòu)成一個(gè)32 MHz的晶振電路。 V電壓的引腳和內(nèi)部電源供電，C241和C421電容是去耦合電容,用來(lái)電源濾波,以提高芯片工作的穩(wěn)定性。全部引腳可分為I/O端口線引腳、電源線引腳和控制線引腳三類(lèi)。通過(guò)軟件設(shè)定一組SFR寄存器的位和字節(jié)，可使這些引腳作為通常的I/O口或作為連接ADC、計(jì)時(shí)器或USART部件的外圍設(shè)備I/O口使用。 　　.在輸入時(shí)有上拉和下拉能力。如果需要外部設(shè)備，可對(duì)I/O口引腳產(chǎn)生中斷，同時(shí)外部的中斷事件也能被用來(lái)喚醒休眠模式。 　　8，9腳（P1_0，P1_1）： 具有20 mA的驅(qū)動(dòng)能力。 　　43，44，45，46，48腳（P2_4，P2_3，P2_2，P2_1，P2_0）：具有4 mA輸出驅(qū)動(dòng)能力。 　　20腳（AVDD_SOC）： ～ V的電壓。 　　24腳（RREG_OUT）： 為25，27～31，35～ V的穩(wěn)定電壓。 　　27腳（AVDD_CHP）： V電壓。 　　29腳（AVDD_VCO）: V電壓。 　　31腳（AVDD_RF1）: 為L(zhǎng)NA、 V的電壓。 　　35腳（AVDD_SW）: 為L(zhǎng)NA/ V電壓。 　　37腳（AVDD_IF2）: V電壓。 　　39腳（DVDD_ADC）: V電壓。 　　41腳（AVDD_DREG）: ～ V電壓。 　　47腳（DVDD）: 為I/～ V的電壓。 　　19腳（XOSC_Q2）: 32 MHz的晶振引腳2。 　　22腳（RBIAS1）: 為參考電流提供精確的偏置電阻。1%。 　　34腳（RF_N）: 在RX期間向LNA輸入負(fù)向射頻信號(hào)；在TX期間接收來(lái)自PA的輸入負(fù)向射頻信號(hào)。 　　44腳 (P2_4/XOSC_Q1): kHz 。CC2430 集成了增強(qiáng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的8051 MCU 核心。每個(gè)機(jī)器周期中的一個(gè)時(shí)鐘周期與標(biāo)準(zhǔn)8051 每個(gè)機(jī)器周期中的1 2 個(gè)時(shí)鐘周期相對(duì)應(yīng)，因此其指令執(zhí)行的速度比標(biāo)準(zhǔn)8051 快。除了速度改進(jìn)之外，CC2430 的8051 核心也包含下列增強(qiáng)的架構(gòu)：.第二數(shù)據(jù)指針；.擴(kuò)展了1 8 個(gè)中斷源。但是，由于與標(biāo)準(zhǔn)8051 使用不同的指令定時(shí)，因此以往編寫(xiě)的標(biāo)準(zhǔn)8051 目標(biāo)代碼的定時(shí)循環(huán)程序需要修改；此外，擴(kuò)充的外部設(shè)備所使用的特殊功能寄存器(SFR)涉及的指令代碼也有所不同。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門(mén)電路，對(duì)端口寫(xiě)“1”可作為高阻抗輸入端用。在Flash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。Flash編程或程序校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVXDPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和其它控制信號(hào)。對(duì)P3口寫(xiě)“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表4－1所示： 接口功能端口引腳第二功能RXD （串行輸入口）TXD （串行輸出口） （外中斷0） （外中斷1）T0 （定時(shí)/計(jì)數(shù)器0）T1 （定時(shí)/計(jì)數(shù)器1） （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）端口引腳 第二功能 RXD （串行輸入口） TXD （串行輸出口） （外中斷0） （外中斷1） T0 （定時(shí)/計(jì)數(shù)器0） T1 （定時(shí)/計(jì)數(shù)器1） （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）
P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘振蕩器頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ ）。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令A(yù)LE才會(huì)被激活。.程序儲(chǔ)存允許（ ）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C51由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。[14].EA/VPP：外部訪問(wèn)允許。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA 端狀態(tài)。Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上＋12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp..XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。[4] 單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)圖 39單片機(jī)電路圖 GSM模塊GSM模塊采用的是西門(mén)子生產(chǎn)的TC35I芯片： TC35I簡(jiǎn)單介紹TC35i新版西門(mén)子工業(yè)GSM模塊是一個(gè)支持中文短信息的工業(yè)級(jí)GSM模塊,工作在EGSM900和GSM1800雙頻段,～ ,電流消耗——，空閑狀態(tài)為25mA，發(fā)射狀態(tài)為300mA(平均)，；可傳輸語(yǔ)音和數(shù)據(jù)信號(hào), 功耗在EGSM900(4類(lèi))和GSM1800(1類(lèi))分別為2W和1W ,通過(guò)接口連接器和天線連接器分別連接SIM卡讀卡器和天線。它支持Text和PDU格式的SMS(Short Message Service,短消息),可通過(guò)AT命令或關(guān)斷信號(hào)實(shí)現(xiàn)重啟和故障恢復(fù)，TC35i由供電模塊(ASIC)、閃存、ZIF連接器、天線接口等6部分組成。[7] TC35I引腳介紹 圖310 TC35I引腳圖TC35i模塊有40個(gè)引腳，通過(guò)一個(gè)ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座)連接器引出。TC35i的第1～，第6～10引腳是電源地。 15腳是啟動(dòng)腳IGT，系統(tǒng)加電后為使TC35i進(jìn)入工作狀態(tài),必須給IGT加一個(gè)大于100ms的低脈沖,電平下降持續(xù)時(shí)間不可超過(guò)1ms。tc35i模塊的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口實(shí)際上是一個(gè)串行異步收發(fā)器，符合ITUT RS232接口標(biāo)準(zhǔn)。硬件握手信號(hào)用RTS0/CTS0，軟件流量控制用XON/XOFF，CMOS電平，支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令集。TC35i使用外接式SIM卡, 24～29為SIM卡引腳，SIM卡同TC35i是這樣連接的:SIM上的CCRST、CCIO、CCCL、CCVCC和CCGND通過(guò)SIM卡閱讀器與TC35i的同名端直接相連，ZIF連接座的CCIN引腳用來(lái)檢測(cè)SIM卡是否插好，如果連接正確，則CCIN引腳輸出高電平，否則為低電平。當(dāng)LED熄滅時(shí),表明TC35i處于關(guān)閉或睡眠狀態(tài)；當(dāng)LED為600 ms亮/600