盛建榮

　　（金華廣播電視大學(xué)，浙江 金華  321022）

　　摘  要： 隨著微電子、計算機技術(shù)以及通信技術(shù)的迅速發(fā)展，由單片機和無線傳輸模塊組成的無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在安防等行業(yè)的無線控制、數(shù)據(jù)采集、故障報警等諸多領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用。針對目前市場上的家用網(wǎng)絡(luò)攝像機只有一個報警輸入接口，而用戶實際需要接入多種報警源（防火、防盜、防搶）的問題，設(shè)計了可以接入多種報警源且任意I/O口都可以接受無線信號進行解碼的報警接收控制器。

　　關(guān)鍵詞： 51單片機；報警；無線傳輸；接收控制器

0 引言

　　在城市快速發(fā)展的過程中，城市人口數(shù)量巨增，給社會治安帶來很大壓力。工廠、機關(guān)和居家失盜、搶劫等事件時有發(fā)生。為此，政府部門提倡采用高科技手段實現(xiàn)技術(shù)防范措施。針對目前市場上的家用網(wǎng)絡(luò)攝像機報警只有一個輸入接口，而用戶實際需要接入多種報警源（防火、防盜、防搶）的問題，開發(fā)設(shè)計可以接入種多報警源的報警接收控制器，它能配合網(wǎng)絡(luò)攝像機把報警現(xiàn)場的視頻實時傳回報警中心和業(yè)主，讓報警中心或業(yè)主根據(jù)報警現(xiàn)場的視頻情況及時處理，提高效率，降低成本。

1 硬件電路設(shè)計

　　本控制器的核心芯片采用STC11F08XE單片機，復(fù)位芯片選用美信半導(dǎo)體的MAX813L，無線接收芯片選用法國SYNOXO半導(dǎo)體公司SYN480R。系統(tǒng)整體功耗較小，兼容性好，穩(wěn)定性高。

　　1.1 硬件結(jié)構(gòu)

　　硬件的結(jié)構(gòu)和可靠性直接影響著整個系統(tǒng)的可靠性，所以合理安排電路能提高電子產(chǎn)品的性能。本控制器的系統(tǒng)框圖如圖1所示，其中實線大框內(nèi)的是本項目的原理框圖。本系統(tǒng)以STC11F08XE單片機為控制核心，具有在線編程、低功耗、5 V工作電壓、內(nèi)置資源豐富的特點。I/O口有40個，F(xiàn)lash程序存儲器為8 KB，SRAM為1 280 B，內(nèi)置波特率發(fā)生器，2個定時器，內(nèi)置看門狗等；ASK/OOK高靈敏度超外差接收芯片SYN480R，具有低功耗3.7 mA（315 MHz，完全工作），頻率范圍為315~433.92 MHz，接收靈敏度為-107 dBm，傳輸速率10 kb/s（SWP）。復(fù)位芯片MAX813L具有四個功能：上電和掉電狀態(tài)下的復(fù)位功能、WATCHDOG輸出功能、1.25 V掉電告警門限檢測器、手動復(fù)位輸入[1]。

　　無線接收芯片SNY480R可以提供固定和掃頻兩種基本的工作模式，本系統(tǒng)采用固定模式[2]。在這種模式下，芯片內(nèi)會產(chǎn)生固定的本振信號，僅僅需要輸入外部時鐘信號或外接一個石英晶振即可，但該接收模式下需要發(fā)射機有相對精確穩(wěn)定的發(fā)射頻率，所以通常都使用聲表面濾波SAW和石英晶振。

　　1.2 電路設(shè)計

　　1.2.1 系統(tǒng)復(fù)位電路

　　在系統(tǒng)運行的過程中，有時可能需要對系統(tǒng)進行復(fù)位。為了避免對硬件系統(tǒng)經(jīng)常加電和斷電造成的損害，設(shè)計了手動的復(fù)位電路，如下圖2所示。該電路在系統(tǒng)的運行過程中需要復(fù)位時，只需使開關(guān)閉合，在RESET端就會出現(xiàn)一定時間的高電平信號，從而使單片機實現(xiàn)復(fù)位。

　　1.2.2系統(tǒng)晶振電路

　　單片機必須在時鐘的驅(qū)動下才能進行工作。STC11FXX系列單片機內(nèi)部都有一個時鐘振蕩電路，只需外接晶振源，就能產(chǎn)生一定頻率的時鐘信號送到單片機內(nèi)部的各個單元，決定單片機的工作速度[3]。本設(shè)計采用外接晶振的方法，電路中兩個電容的作用：一是幫助振蕩器起振；二是對振蕩器的頻率起到微調(diào)的作用。

　　1.2.3 系統(tǒng)輸入電路

　　按輸入的方式分有線信號輸入和無線信號輸入兩種，圖3是有線信號的輸入電路設(shè)計，圖中CAR0_IN是防火探頭的輸入端，常開開關(guān)輸入；CAR1_IN是防劫持按鈕的輸入端，常開開關(guān)輸入；CAR2_IN是有線防盜探測器信號輸入，常閉開關(guān)輸入；CAR3_IN是目前市面上常用的報警主機的接入，由于這個信號是有電源電壓的輸入，為防止正負極性接錯而損壞設(shè)備，故在電路中設(shè)計了極性轉(zhuǎn)換電路；CAR4_IN、CAR5_IN為預(yù)留的外部防盜報警探頭的輸入，這兩路的輸入可以通過K1、K2這2個開關(guān)設(shè)置輸入方式是常開的還是常閉的輸入信號。K1/K2閉合，則CAR4_IN、CAR5_IN為常閉輸入，否則為常開輸入[4]。

　　1.2.4 無線報警接收電路

　　無線報警探頭及遙控器的發(fā)送信號經(jīng)過無線接收電路接受后送入單片機，本電路的特點是，單片機任意I/O口都可以接受無線信號進行解碼，如圖4所示。

　　1.2.5 系統(tǒng)輸出電路

　　輸出電路主要是報警輸出信號和指示燈的指示信號。報警輸出端口采用光電耦合管隔離，防止外接高電壓輸入燒壞單片機。指示燈采用雙色的二極管（紅色、綠色），當(dāng)有輸出時，指示燈亮綠色，無輸出則亮紅色。

2 軟件設(shè)計

　　軟件設(shè)計的任務(wù)是在整體設(shè)計和硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，確定程序結(jié)構(gòu)，分配內(nèi)存RAM資源，劃分功能模塊，然后進行主程序和各模塊程序的設(shè)計，最后與硬件相結(jié)合完成相應(yīng)功能[5]。

　　2.1主程序設(shè)計

　　主程序采用模塊化設(shè)計，系統(tǒng)流程如圖5所示。開機進入主程序后對端口及相關(guān)寄存器、定時器等進行初始化，檢測是否需要清除以前保存的數(shù)據(jù)信息（探頭的編碼及狀態(tài)信息），若需要清除則進入清除數(shù)據(jù)子程序，若不需要清除數(shù)據(jù)，則進入讀取已保存的數(shù)據(jù)信息并保存這些信息到相應(yīng)的數(shù)組和變量中；初始化定時器，開啟定時器，開啟中斷功能，用串口發(fā)送已讀取的信息（便于系統(tǒng)調(diào)試、測試），再判斷當(dāng)前EEPROM數(shù)據(jù)是否為空且不處于工作模式，如果是則設(shè)備不工作，并提示用戶進行學(xué)習(xí)；否則按模式開關(guān)的狀態(tài)進入相關(guān)的工作模式。工作模式按工作子程序運行，學(xué)習(xí)模式按學(xué)習(xí)子程序運行。

　　2.2學(xué)習(xí)子程序

　　SYN480R與CPU的連接僅需要一條線，只要將SYN480R的DO和STC11F08XE的P4.0口連接即可。SYN480R片內(nèi)自動完成所有的RF及IF調(diào)諧，輸出信號通過CPU的端口進行解碼。

　　PT2262編碼芯片是一種CMOS工藝制造的低功耗低價位通用編解碼電路，它每次發(fā)射時至少發(fā)射4組字碼。每組字碼之間由同步碼隔開，用單片機軟件解碼時，程序只要判斷出同步碼，然后對后面的字碼進行脈沖寬度識別即可。一個字碼由8位地址碼加4位數(shù)據(jù)碼即12位AD碼組成，地址碼和數(shù)據(jù)碼都用不同寬度的脈沖來表示，用“1”表示兩個寬脈沖；用“0”表示兩個窄脈沖；用“F”表示一個寬脈沖和一個窄脈沖，也就是地址碼的“懸空”。設(shè)置地址碼時應(yīng)考慮：同一個系統(tǒng)地址碼須一致；不同的系統(tǒng)可以依靠不同的地址碼加以區(qū)分；至于設(shè)置什么樣的地址碼完全由用戶決定。

　　根據(jù)上述特點我們用定時器計數(shù)的方式測量電平脈沖的寬度，根據(jù)這個寬度判斷是同步碼、“0”碼、“1”碼、“F”碼和錯誤碼，然后做相應(yīng)的處理完成解碼過程。為了確保接收到的碼是正確的，采用連續(xù)兩次收到相同的碼后才能確認的方式來解碼。

　　2.3工作子程序

　　在進入工作子程序時，先檢測各個外接有線輸入端口是否有有效信號輸入，如果有則根據(jù)規(guī)則輸出相應(yīng)的信號，比如：火警輸入信號有效，則立刻對外輸出報警信號；如果有有線報警信號輸入，則需要檢測目前是否是布防狀態(tài)，是布防狀態(tài)則立即對外輸出報警信號，若是撤防狀態(tài)則什么也不做。有線信號檢測完畢后進入無線信號接收，無線信號接收和學(xué)習(xí)模式相同，當(dāng)收到一組解碼信息后，立刻與布防數(shù)組、撤防數(shù)組、防劫數(shù)組、報警探頭1數(shù)組、報警探頭2數(shù)組的信息對比，一旦有一個數(shù)組信息與收到的解碼信息相同就執(zhí)行相應(yīng)的動作，比如：若收到與解碼信號的布防碼信號一致，則系統(tǒng)檢查當(dāng)前的狀態(tài)，若是撤防狀態(tài)就修改當(dāng)前狀態(tài)為布防狀態(tài)，修改相應(yīng)的輸出指示及狀態(tài)標(biāo)志，如果是布防狀態(tài)則什么也不做。若收到的解碼信號與防劫按鈕學(xué)習(xí)碼一致則立即對外輸出報警信號，輸出信號保存1 s后停止輸出信號。若收到的是報警探頭的解碼信號，則系統(tǒng)檢測當(dāng)前的布防狀態(tài)標(biāo)記，如果是布防狀態(tài)，則立即對外輸出報警信號，輸出信號保存1 s后停止輸出信號；如果是撤防狀態(tài)則系統(tǒng)什么也不做。工作子程序的流程如圖6所示。

3 結(jié)論

　　該控制器采用先進的微處理技術(shù)作為控制核心，集成度高，可靠性好，具有多種靈活接口。可以接收2路無線報警探頭信號和2路有線防盜報警探頭信號的輸入；可以接入24小時布防的火警探測器、防搶劫按鈕等有線探測器的輸入；可以對接其他報警主機的報警信號輸入，實現(xiàn)多種探測器的輸入；通過報警輸出口和網(wǎng)絡(luò)攝像機報警輸入口配套使用，還可實現(xiàn)無線遙控布防、撤防。隨著社會的發(fā)展，相信多功能報警接收控制器必將會廣泛應(yīng)用。

　　參考文獻

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　　[2] 唐德禮.單片機原理及應(yīng)用[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2005.

　　[3] 李升.單片機原理與接口技術(shù)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2011.

　　[4] 蔡向東.單片機軟件模擬SPI接口的解決方案[J].信息技術(shù)，2006（6）：134-136.

　　[5] 王曉東.用軟、硬結(jié)合的方法實現(xiàn)對PT2262的解碼[J].山西電子技術(shù)，2008（5）：40-41.