基于PIC單片機的智能小區監控系統的設計

1． 引言

隨著生活水平的不斷提高，人們對居住環境的要求也大大提高，對信息服務和安全防范的要求尤為突出．如何利用計算機和通信技術在智能化小區家庭智能管理系統中，對住戶家庭水表、電表、煤氣表的自動計量以及火災、煤氣泄漏、入室盜竊等警情的實時監控已經成為信息產業的熱點技術．利用CAN總線技術雖然有其開放式、數字化、多點通信等諸多優點，但將其用于智能住宅小區，卻因其成本偏高，目前在我國還難以推廣．為此，作者開發出一種設備簡單，成本低廉，便于維護經濟型智能小區家庭管理系統，能有效地實現三表自動采集計費，防盜、防災、自動報警和遠程監控等功能．利用單片機進行實時采集，并將采集的數據通過串行口傳給PC機，PC機完成數據的運算、存儲、和打印。硬件通過PIC16FXX單片機實現，軟件由VC++6.0實現.

2． 系統結構

系統是由一臺PC機（上位機）和多臺PIC單片機（下位機，作為終端控制器）構成分布式控制系統，PC機COM口帶多個終端控制器，終端控制器地址設為 1－N。PC機采用巡查工作方式自動查詢小區內所有終端控制器的報警狀態，及時對各種報警信號做出響應，并通過有效手段(語音提示、電子地圖標識等)向監控中心工作人員提供報警業主家庭有關地址、電話等詳細信息，以便及時處理；同時通過抄表工作方式完成自動抄表以及報表輸出等任務．終端控制器采集用戶煤氣表、電表、水表脈沖數據，實現3表自動計數；同時采集現場的防盜、防災等信息，有意外事件發生時可自動啟動報警器報警．PC機與終端控制器采用總線式網絡結構相連，采用RS—485接口總線通信；RS485接口總線利用平衡發送和差分接收方式實現通信．，以半雙工工作方式工作，最大傳輸距離可達 1200m，波特率在1200和38400b/s間可設置，RS485網絡采用一對有補償的雙絞線。終端控制器采用PIC16FXX單片機，片中串行口加 MAX487轉換器，選用在多點總線傳輸線中雙向數據通信應用網絡廣泛使用的MAX487收發器，其特點是具有限斜率的驅動器，即驅動器發送數字信號，其沿邊斜率是受限制的，這使電磁干擾(EMI)減至最小，并減少因電纜終端不匹配而產生的影響．接口接線簡單，維護方便，保證了抄表的可靠性和監控的實時性．

3． 終端控制器硬件設計

為了簡化硬件結構，將三表設計成脈沖表，報警探頭為脈沖輸出，從而避免了在控制器主板上使用A／D轉換接口．本系統對表脈沖安排4路輸入通道，利用單片機 PIC16FXX的PORTA端口輸入，表脈沖和報警脈沖信號分別通過斯密特觸發器波形整形和74LS244緩沖器進入CPU，在一定的采樣周期內，CPU輪流查詢用戶表和報警的輸入端口狀態，并進行數據分析處理，存到EEPROM 24C16相應的存儲區，等待中央計算機的查詢和抄寫．再安排4路輸入通道用于對設防、撤防、解警和求助操作的遙控處理．串行接口器件LCD液晶顯示器可顯示表數據和有關報警狀態等信息，所采用的液晶顯示模塊，內置顯示RAM和驅動控制器，通過4線與單片機相連． 8KB串行EEPROM 24C16，用以存儲用戶各表的數據信息、報警狀態信息和采集監控終端地址以及有關初始化信息．每個用戶的采集監控終端設置不同的地址，從而保證采集數據的正確無誤．

終端控制器工作過程如下：上電復位自檢后，開始運行，指示燈閃爍表示程序開始正常工作，初始化LCD，脈沖表，密碼，報警狀態，鍵盤，串口。然后進入主程序循環，首先記錄報警狀態，脈沖表數據，然后將上述兩種數據存入24C16中，查詢鍵盤，通過串口響應PC機通信命令與PC機之間進行數據傳輸。

4． 系統通信

通信的發起方總是主機開始，由PC機控制通訊的主動性，單片機在通訊過程中處于被動地位。由于各分機共享同一頻率，為避免沖突，PC機通過巡查分機的工作方式查詢各單片機是否有信息要上報給PC機。

為了保證PC機與多臺單片機之間能夠準確、可靠的通信，確定一個明確而合理的通訊協議是關鍵。包括對數據格式、通訊方式、傳送速度、傳送步驟、檢糾錯方式以及控制字符定義等問題做出統一規定。

為區分不同的分機，必須為每一個分機分配一個唯一的地址，此地址唯一區別各單片機。數據格式采用數據包的形式，一次傳輸一組數據，數據包格式如下所示：

起始標志位：1個字節 數據長度：1個字節
分機地址：1個字節 數據內容：n個字節
和檢驗：2個字節 命令／數據：1個字節
結束標志位：１個字節