基于單片機的多功能住宅安防系統的項目設計

摘#8195;要：基于單片機的多功能住宅安防系統是一套運用了單片機技術、nRF905單片射頻發射器及傳感器設計的多功能住宅安防系統。它能夠對16個遠程防區實時防盜、防火監控、數碼顯示布防及報警情況。對受監測點進行自動監測，一旦出現盜情，可以實現聲光同步顯示，向外發送報警信號；并利用溫度傳感器及時探測室內溫度，對失火情況能夠及時發出警報。該防盜防火報警系統具有結構簡單、可靠性高、成本低等優點，使我們在災情發生時能更快更早地得到提示，減少人身及財產損失，具有廣泛的應用價值。

關鍵詞：防盜防火報警#8195;單片機#8195;nRF905單片射頻發射器

筆者在教學中一直秉承項目教學的理念，通過項目來讓學生更好地掌握單片機技術。該項目經驗證后推廣到教學，讓學生以小組為單位來完成該項目，該項目需要用到模擬電路、數字電路、單片機技術、DXP繪圖等多個科目的知識，使學生的綜合能力得到提高。

一、項目功能

該設計中計時功能是最基本功能，實現防盜防火報警，并在顯示屏上顯示當前的月、時、分、秒時間。報警提醒功能是通過蜂鳴器和指示燈提醒，如果有盜竊或火災發生，則系統發出蜂鳴聲且指示燈亮，報警信息能被長期自動保存，并能隨時查詢，除非人工清除。

二、方案設計

1.計時功能

采用單片機控制日歷時鐘芯片DS1302來實現時鐘信號的產生，DS1302內含有一個實時時鐘/日歷和31字節靜態RAM，通過簡單的串行接口與單片機進行通信。實時時鐘、日歷電路提供秒、分、時、日、月、年的信息，每月的天數和閏年的天數可自動調整，時鐘操作可通過AM/PM指示決定采用24或12小時格式。DS1302與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信，僅需用到三個口線：RES（復位），I/O（數據線），SCLK（串行時鐘）。時鐘/RAM的讀/寫數據以一個字節或多達31個字節的字符組方式通信。DS1302工作時功耗很低，保持數據和時鐘信息時功率小于1mW。

2.信號收發功能

采用nRF905芯片，該芯片采用+3VDC供電，面積為5mm×5mm，共有32個外部引腳，包括UART和SPI等功能。內部集成了nRF905射頻模塊、8051微控制器及A/D轉換模塊，具有433/868/915MHz三波段載波頻率。采用GFSK調制，抗干擾能力強，支持多點通訊，數據傳輸速率高達0.1Mbps。具有特有的ShockBurst信號發射模式和發射信號載波監測功能，可有效降低功耗電流，避免數據沖突。內部寄存器為用戶提供了基礎的通訊協議，便于用戶擴展，縮短了開發周期。外圍電路連接極為簡單，只需要一個晶體管和一個電阻，nRF9E5輸出端ANTI，ANT2外接5012單天線終端裝置，信號有效發射距離無遮擋時可達800m以上，有建筑物等遮擋時可達350m左右。

3.顯示功能

使用數碼管顯示，數碼管的價格便宜、使用方便、易于控制。

4.報警功能

采用蜂鳴器和發光二極管指示燈，雖然聲音和亮度比較單一，但價格便宜，實用價值高，體積又小。

三、原理概述

多功能住宅安防系統是基于單片機的無線防盜防火報警系統。當盜情發生時，發射機即啟動發射，然后由接收機接收信號，通過單片機控制系統，實現報警。該系統由鍵盤輸入部分、無線發射部分、無線接收部分、單片機控制部分、報警部分、存儲部分、計時顯示部分、防火報警部分及電源9部分組成。鍵盤輸入電路負責把盜情信號傳送給無線發射機，以便及時發出報警信號。無線發射和接收部分采用nRF905射頻芯片，該芯片抗干擾能力強。支持多點通訊，數據傳輸速率高達0.1Mbps。具有特有的ShockBurst信號發射模式和發射信號載波監測功能，可有效降低功耗電流，避免數據沖突。信號有效發射距離無遮擋時可達800m以上，有建筑物等遮擋時可達350m左右。在接收控制器中，單片機控制部分是整個系統的核心，負責檢測接收機輸出、掃描鍵盤、顯示驅動、輸出驅動、走時及定時輸出等。單片機使用ATMEL公司的89S52單片機，其FLASH程序存儲區容量達8kB，RAM達到256B，其他特性同 AT89S51完全一致。報警部分可以利用蜂鳴器和發光二極管進行聲光同時報警，準確迅速地提醒人們及時阻止盜情的發生。存儲部分利用EEPROM AT24CXX，可以將發生盜情的時間記錄下來，并加以存儲，以便隨時查詢盜情發生的時間。計時顯示部分具有顯示當前時間的功能，通過DS1302 時鐘芯片顯示日、時、分、秒，每月的天數和閏年的天數可自動調整。防火報警部分利用溫度傳感器對溫度進行檢測，當溫度高于設定值時，傳感器就會發出信號，由蜂鳴器發出報警。

電源部分負責對整個系統供電，工作電源可從市電220V獲得，經穩壓后得到5V的穩定工作電壓。具體原理框圖如圖1所示。

圖1#8195;原理框圖

四、單片機硬件電路與程序流程圖

單片機在該項目中的主要作用是實現nRF905單片射頻發射器芯片的收發信號功能。

1.單片機與nRF905的信號連接

圖2#8195;單片機與nRF905的信號連接

2.數據傳輸系統框

圖3#8195;數據傳輸系統框圖

3.程序流程

圖4#8195;主程序流程圖

五、調試遇到的問題及解決方案

一是讀1302時不顯示，經檢查電路發現原因是電池的兩端接反，改正后顯示正常。

二是調試DS18B20時發現錯誤，查閱資料后，發現此種芯片每一片都有唯一的代碼，用串口把代碼讀出，對晶振的要求非常高。剛開始讀時用的是12Hz的晶振，由于串口的誤碼率太高，所以不正確，改用11.0592MHz的晶振后即正確。

三是該項目最難的調試部分是nRF905收發器的調試，因為該項目采用的是無線發射和接收信號，所以對器件的精度要求非常高，否則很難調試出來，選擇該模塊的原因也在此。在仔細閱讀相應的資料后，認真編寫程序，經過反復的修改，最后調試成功。

經調試后，計時顯示功能、信號的無線收發功能、防盜防火報警功能實現良好，和預期的效果一致。

六、小結

“多功能住宅安防系統的設計”是源于生活中的一個項目，該項目可以經過適當的設計和完善運用于生活和生產實際中，例如一般家庭、小區及機關單位的安全防盜防火。本項目在設計過程中，最復雜的部分就是無線發射接收電路的設計和編程，在程序設計過程中遇到了冒險現象，該現象是程序設計中的一個難點。而冒險現象往往會影響到邏輯電路的穩定性，時鐘端口、清零和置位端口對毛刺信號十分敏感，任何一點毛刺都可能會使系統出錯。由于能力有限，在系統設計中冒險現象仍沒有得到很好的解決，經過查詢各方面的資料得知改善電路冒險的主要途徑有：通過改變設計破壞毛刺產生的條件，來減少毛刺的發生；在系統中盡可能采用同步電路等方法。

該項目考驗學生的綜合能力，學生在實現的過程中需要自己不斷去思考研究。這對學生能力是一個很大的提高，也可作為電子信息類學生畢業設計的考核題目。

參考文獻:

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[3]王正華，郝麗麗.基于單片機的報警系統的應用[J].電子工程師月刊，2003(10)．

（作者單位：中山市技師學院）