基于單片機的智能小區信息采集系統設計

高 博

（天津職業大學 300410）

1 基于單片機的智能小區信息采集系統的產生背景

智能小區是指通過利用計算機技術、現代通信網絡技術、自動控制技術、IC卡技術，通過有效的傳輸網絡，建立一個由住宅小區綜合物業管理中心與安防系統、信息服務系統、物業管理系統以及家居智能化組成的“三位一體”住宅小區服務和管理集成系統。 隨著生活水平的不斷提高，人們對居住環境的要求也越來越高，智能小區蓬勃發展，而作為智能小區核心的信息采集系統卻面臨著很多問題，其中最重要的就是信息共享，目前大多數的信息采集系統中各個子系統還多呈現為相互孤立狀態，無法實現信息共享，不能完全體現和達到智能小區的優勢和目的。

在這樣的背景下，產生了各種不同類型的智能小區信息采集系統。STC89C52RC單片機作為控制芯片的智能小區綜合信息采集系統得到了廣泛的采用，本文首先介紹了智能小區及其信息采集系統的概念和含義，并在此基礎上以呼叫系統為例重點探討了基于STC89C52RC單片機的智能小區綜合信息采集系統的設計思路及其實現途徑。該設計采用STC89C52RC單片機作為控制芯片，低功耗芯片nRF905作為無線收發模塊。最后給出該系統的相關硬件組成電路和數據傳輸流程圖。經測試，系統運行穩定可靠，通信距離很遠，且響應時間短，具有很廣泛的應用前景。

2 基于單片機的智能小區信息采集系統設計思路和程序

智能小區信息采集系統的目標是實現智能小區弱電系統統一監控、聯動控制、信息共享并力求將全球信息網絡的發展融入其中。而基于單片機的信息采集系統能夠緊緊圍繞此目標進行設計，建立一個BS架構的IBMS系統，實現智能小區弱電系統真正意義的信息采集。 基于單片機的智能小區綜合信息采集系統能夠提供實現智能小區信息采集系統信息共享的有效方法:建立信息采集系統的數據庫平臺，并通過此數據庫平臺實現智能小區弱電子系統的聯動控制。基于單片機的信息采集系統能夠有效設計并開發信息采集系統IB-MCS，并對對智能小區內弱電系統的信息進行綜合有效的管理，以便更好地為小區使用者提供真正舒適、安全、高效、便捷的居住環境。

單片機是一種集成在電路芯片，單片機作為信息處理的完整機器，必須具備多種功能，這些功能是通過不同的功能模塊來實現的，如計算和分析功能由中央處理器（CPU）來實現；存儲功能由存儲器實現，單片機中的存儲器按照存儲特點可分為ROM（只讀存儲器）和RAM（隨機存儲器）兩種；單片機中還要與外設元件進行信息連接，如打印、掃描、鍵盤、鼠標等外部設備的連接是通過I/O接口來實現的；此外，單片機還要通過計時器和定時器進行時間設定。單片機的多種功能是通過超大規模集成電路而整合為一個整體的。超大規模集成電路技術是單片機的最重要技術，它夠將多種元件集中在微小的硅片上，從而形成一個尺寸很小但功能齊全的計算機系統。

基于單片機的智能小區信息采集系統設計思路和程序如下：

首先，對智能小區信息采集系統進行總體設計，包括系統的網絡架構、體系結構及開發平臺。將整個系統的軟件設計分為三部分：基于CS架構的集成接口程序組IB-MCSDUpdate、中央數據庫和基于B/S架構多層體系結構的網絡應用程序IBMCSDManager。其中，核心部分是集成接口程序組和中央數據庫，這是解決信息采集系統信息共享問題的基礎。

其次，建立智能小區信息采集系統數據庫平臺。詳細分析了智能小區各個子系統的集成需求，選取目前通用的集成接口技術解決系統集成的信息采集問題。

第三，運用數據庫設計理論和方法對數據庫進行了有效的規劃、設計和優化，并在此基礎上實現了智能小區各個子系統的聯動控制。

3 基于單片機的智能小區信息采集系統無線呼叫設計實例

傳統的智能小區信息采集系統呼叫系統往往安裝麻煩、布線繁瑣、成本高等問題，其主要原因在于呼叫器通過并行連接，而主機通過信號線、電源線、地線結合為一根的導線與呼叫器連接，這種有線連接方式給智能小區信息采集系統呼叫系統的安裝、布線和維護都帶來了不便。針對這些問題，無線呼叫系統逐漸發展起來，越來越多的研究者將目光投向了基于單片機的智能小區信息采集無線呼叫系統。

基于單片機的智能小區信 息采集無線呼叫系統設計方案如下：

3.1 無線呼叫系統的發送和接收模塊的設計

低功耗無線呼叫系統的發送和接收模塊的框圖如圖1，圖2所示。

圖1 系統的無線發送模塊

其中圖1為無線發送模塊，以STC89C52RC為主控制核心，及時響應終端的呼叫信息，然后利用nRF905無線傳輸模塊將呼叫信息發送給無線接收模塊進行處理。

圖2 系統的無線接收模塊

圖2 為無線接收模塊，以STC89C52RC為主控制核心，利用nRF905無線傳輸模塊接收呼叫信息，然后利用串口轉USB線上傳給PC，利用上位機軟件可以實時監測。

3.2 3.3V供電電源模塊

設計可用3．3 V電壓供電，故采用ASM1117-3．3電源供電系統，如圖3所示。無線發送模塊和STC89C52RC單片機皆為低功耗器件。對發送端而言，在對通信距離要求較遠時，也可采用5 V供電。接收端可通過與PC連接的USB提供5 V電源。核心部件LM1117-3．3是一個低壓差電壓調節器系列。壓差在1.2 V輸出，此時相應的負載電流為800mA。

圖3 3.3v供電電源模塊

3.3 單片機控制電路

單片機控制電路在數據處理部分采取了STFC89C51RC／RD+系列的STC89C52RC型式。STC89C52RC單片機在結構上與MCS-51系列單片機有相同的特點，中央處理器、ROM（只讀存儲器）和RAM（隨機存儲器）、I/O接口、以及位定時器／計數器等功能模塊非常類似，但與MCS-51系列單片機相比，有很多優點，一方面電源供給穩定而充足，功耗非常低，在正常工作時功耗僅為5-8 mA，抗干擾能力超強。

3.4 數據傳輸模塊的選擇

1996年，挪威Nordic公司開發出了NewMsg_RF905SE單片機模塊。隨后，NewMsg_RF905SE模塊廣泛應用于單片機數據傳輸模塊，成為單片機數據傳輸市場的寵兒。NewMsg_RF905SE單片機模塊是由單片射頻收發器nRF905芯片開發而成的，其基本工作參數如下：工作頻段ISM在435／888／928 MHz之間；工作電壓在1.8～3.8 V之間，最大數據速率為100 Kb／s。NewMsg_RF905SE單片機模塊的主要結構為：晶體振蕩器1個、接收器1個（帶解調功能）、功率放大器1個、調節器1個、頻率調制器處于芯片內部，完全由電子元件集成。NewMsg_RF905SE模塊采取Shock Burst工作模式，其特點是在發射電流為28.8mA，發射功率為+12.5 dBm時，接收電流為14mA。這種模式配置電流消耗很低，并且CRC可以很容易通過SPI接口進行編程，從而能夠自動產生前導碼。NewMsg_RF905SE數據傳輸模塊采用POWERDOWN省電模式，因此功耗很低，很容易實現節電。但是，NewMsg_RF905SE數據傳輸模塊采取的是nRF905單工工作方式，且在接收模式、待機模式、發送模式之間切換需要延時，這就需要設計者在時序設計上精心考慮。

綜上所述，基于單片機的智能小區信息采集呼叫系統運行穩定可靠，并運用無線射頻控制技術，通過軟件更新可迅速增容，根據企業的規模隨時更新軟件，保證系統有最優的服務質量。該系統的運用，降低了運行維護費用、節約管理成本，具有較大的經濟效益。

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