一種低功耗單片機芯片在智能樓宇安防系統中的應用

劉塵塵

（西昌學院，四川 西昌 615013）

0 前言

目前國內城鎮建設日益發展，智能樓宇安防系統市場需求加劇，目前集成式、中控式智能樓宇安防系統日趨凸顯不足（例如對主干網絡過于依賴、功耗過大），因此根據實驗室原有的8051單片機相關平臺，結合工程項目經驗，研發一款既具有中央控制單元，又有分布式結構的智能樓宇安防系統。分布式控制模塊主要分布在各層主要樓道中，通過RJ45模塊與中央處理模塊通訊；中央處理模塊利用最新由STC公司開發的12C5A60S2單片機對匯集信息進行集中處理，必要時，可以通過界面和短信報警。通過上述模塊，最終達到小區、樓宇安防系統智能化的需求目標。

1 基于高速單片機控制的智能樓宇安防系統總體結構

本項目由兩個部分組成，分別是：中央處理模塊（計算機）和分布式處理模塊，模塊之間的連接關系如圖1所示：

圖1 智能樓宇安防系統總結構圖

其中中央處理模塊完成功能：1.實時顯示模塊監測情況；2.及時處理和報警突發事件；分布式處理模塊功能：1.采集和處理溫、濕度，煙霧，震動等傳感器信息；2.與中央處理模塊進行有線通訊（串口RS485或 RJ45）。

2 主控芯片STC12C5A60S2和溫控傳感器DS18B20在智能樓宇安防系統設計中的應用

2.1 STC12C5A60S2與AT89C51異同點

本次系統的核心主控芯片STC12C5A60S2和過去常用的使用Atmel公司制造的AT89C51系列作對比如表1所示。

從表1可以看出，STC12C5A60S2能力比過去常用的AT89C51系列得到加強，作為本次系統開發使用到的主要有以下三個特點：

第一點：工作電壓。AT89C51單片機使用電壓只能是5.5V，但是在本次系統設計中，為了體現低功耗的特點，因此把電壓控制在3.3V左右，加入了3.3V電源模塊，同時，為了今后擴展需要，也保留了常用的5.5V電源。

第二點：掉電喚醒引腳。STC12C5A60S2具有掉電喚醒功能，STC的喚醒機制就是進中斷，通過MCU_POWER_DOWN（MCU掉電程序）和INT0_int()interrupt 0（外部中斷0服務程序），可以使得該芯片進入掉電服務程序，在本系統設計中，該功能與定時器配合，使得智能樓宇安防系統的運行時間更加人性化，可以進一步降低功耗。

表1 AT89C51系列和STC12C5A60S2主要性能對比表

第三點：內置的晶振和復位電路。電路板布局是硬件設計的重點，STC12C5A60S2單片機將過去需要單獨設計的晶振和復位電路內置，節約了電路空間，使得電路板更加緊湊，合理，為今后系統擴展留下了硬件空間。

2.2 利用STC12C5A60S2的A/D功能實現溫度檢測

為了強化智能樓宇安防系統的低功耗性能，充分發揮節能減排作用，因此需要精準掌握和控制溫度，在本系統中，使用溫度傳感器DS18B20作為溫度檢測芯片。這里提供DS18B20芯片的讀寫時序圖如圖2所示。

圖2 DS18b20的讀/寫時序圖

寫時間隙分為寫“0”和寫“1”，時序如圖2。在寫數據時間隙的前15us總線需要是被控制器拉置低電平然后是采樣時間，這個時間為15～60us，讀時間隙時控制時的采樣時間應該更加的精確才行，讀時間隙時也是必須先由主機產生至少1us的低電平，代表讀時間的開始。隨后DS18b20會在總線被釋放后的15us發送內部數據位，這時若總線為高電平就讀為“1”，若總線為低電平就讀為“0”。在讀每一位之前都由控制器加一個起始信號。

DS18B20的引腳定義如圖3所示。

圖3 DS18B20芯片的引腳定義圖

DS18b20內部是由六個部分組成的：電源部分的電路、64位光刻ROM及1—wire接口、溫度的傳感器、溫度報警觸發器TH和TL、配置寄存器和CRC效驗碼產生器。

DS18b20引腳的功能描述：

DQ：數據輸入/輸出引腳的開漏引腳，單總線。當用在寄生電源供電，供電的裝置。

VDD：電源引腳，可選擇使用。當工作寄生電源下時，此引腳必須接地。

NC：空引腳。

DS18B20芯片與主控芯片STC12C5A60S2的電路連接圖如圖4所示。

圖4 DS18B20芯片與主控芯片STC12C5A60S2的電路連接圖

3 結語

本文介紹了一種基于新型高速單片機芯片STC12C5A60S2在智能樓宇安防系統的實現過程，詳細闡述了如何利用溫度傳感器DS18B20精確掌握和控制溫度，進一步降低降低能耗；本系統的研發為在多樣化的中央處理單元中發現一種穩定、低功耗的芯片提供了一種新的途徑，同時為自動控制的其他設備研發提供了一種更加穩定和快速的芯片。

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