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

【摘 要】隨著城鎮化的快速發展，目前越來越多的物業公司都使用基于嵌入式設備開發的智能樓宇安防系統，但是由于主控芯片與其他I/O設備不同步而導致系統不穩定的問題時常發生，本文介紹了一種高速單片機主控芯片在智能樓宇安防系統中得到實現的過程。

【關鍵詞】低功耗；單片機；智能樓宇安防系統；應用

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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[責任編輯：王楠]