基于单片机的智能小区监控系统的设计

1． 引言

　　随着生活水平的不断提高，人们对居住环境的要求也大大提高，对信息服务和安全防范的要求尤为突出．如何利用计算机和通信技术在智能化小区家庭智能管理系统中，对住户家庭水表、电表、煤气表的自动计量以及火灾、煤气泄漏、入室盗窃等警情的实时监控已经成为信息产业的热点技术．利用CAN总线技术虽然有其开放式、数字化、多点通信等诸多优点，但将其用于智能住宅小区，却因其成本偏高，目前在我国还难以推广．为此，作者开发出一种设备简单，成本低廉，便于维护经济型智能小区家庭管理系统，能有效地实现三表自动采集计费，防盗、防灾、自动报警和远程监控等功能．利用单片机进行实时采集，并将采集的数据通过串行口传给PC机，PC机完成数据的运算、存储、和打印。硬件通过PIC16FXX单片机实现，软件由VC++6.0实现。

　　2． 系统结构

　　系统是由一台PC机（上位机）和多台PIC单片机（下位机，作为终端控制器）构成分布式控制系统，PC机COM口带多个终端控制器，终端控制器地址设为1－N。PC机采用巡查工作方式自动查询小区内所有终端控制器的报警状态，及时对各种报警信号做出响应，并通过有效手段（语音提示、电子地图标识等）向监控中心工作人员提供报警业主家庭有关地址、电话等详细信息，以便及时处理；同时通过抄表工作方式完成自动抄表以及报表输出等任务．终端控制器采集用户煤气表、电表、水表脉冲数据，实现3表自动计数；同时采集现场的防盗、防灾等信息，有意外事件发生时可自动启动报警器报警．PC机与终端控制器采用总线式网络结构相连，采用RS—485接口总线通信；RS485接口总线利用平衡发送和差分接收方式实现通信．，以半双工工作方式工作，最大传输距离可达1200m，波特率在1200和38400b/s间可设置，RS485网络采用一对有补偿的双绞线。终端控制器采用PIC16FXX单片机，片中串行口加MAX487转换器，选用在多点总线传输线中双向数据通信应用网络广泛使用的MAX487收发器，其特点是具有限斜率的驱动器，即驱动器发送数字信号，其沿边斜率是受限制的，这使电磁干扰（EMI）减至最小，并减少因电缆终端不匹配而产生的影响．接口接线简单，维护方便，保证了抄表的可靠性和监控的实时性．

　　3． 终端控制器硬件设计

　　每个家庭安装的终端控制器是以单片机PIC16FXX为核心的数据采集和处理装置，电路结构如图2所示．PIC16FXX单片机是由美国Microchip公司推出的一种新型的CMOS工艺的8位单片机，具有别具特色的哈佛总线和RISC结构，以及PIC16FXX的程序存储器为电可擦除闪速存储器（flash），可修改程序，甚至可在线编程。PIC16F83和PIC16F84片内数据存储器除RAM外，还有64K字节的EPROM，可以当作一般的或非易失性数据存储器使用，简单方便，它还具有片内上电复位，延时电路，看门狗电路等。终端控制器就是由PIC16FXX单片机扩展了8路信号输入通道，通信接口电路，键盘，看门狗电路，LCD显示器和EEPROM 24C16等．

　　为了简化硬件结构，将三表设计成脉冲表，报警探头为脉冲输出，从而避免了在控制器主板上使用A／D转换接口．本系统对表脉冲安排4路输入通道，利用单片机PIC16FXX的PORTA端口输入，表脉冲和报警脉冲信号分别通过斯密特触发器波形整形和74LS244缓冲器进入CPU，在一定的采样周期内，CPU轮流查询用户表和报警的输入端口状态，并进行数据分析处理，存到EEPROM 24C16相应的存储区，等待中央计算机的查询和抄写．再安排4路输入通道用于对设防、撤防、解警和求助操作的遥控处理．串行接口器件LCD液晶显示器可显示表数据和有关报警状态等信息，所采用的液晶显示模块，内置显示RAM和驱动控制器，通过4线与单片机相连． 8KB串行EEPROM 24C16，用以存储用户各表的数据信息、报警状态信息和采集监控终端地址以及有关初始化信息．每个用户的采集监控终端设置不同的地址，从而保证采集数据的正确无误．

　　终端控制器工作过程如下：上电复位自检后，开始运行，指示灯闪烁表示程序开始正常工作，初始化LCD，脉冲表，密码，报警状态，键盘，串口。然后进入主程序循环，首先记录报警状态，脉冲表数据，然后将上述两种数据存入24C16中，查询键盘，通过串口响应PC机通信命令与PC机之间进行数据传输。

4． 系统通信