基于51單片機與VB.NET的應用設計

王軍琦，徐 銘，岑 威，李小宇

（武漢輕工大學，湖北 武漢 430023）

電子開關是一種裝置，其上有電子控制組件，它們被提供了訪問控制系統。該系統允許用戶用軟件控制設備，利用Visual Basic.NET2010串口通信開發設計，代碼由應用程序中的虛擬按鈕輸入，用戶還可以設置自己的家庭登錄密碼以確保安全。核心部件是AT89C51單片機，該原件屬于AT89C51系列單片機。該系統的主要特點是在發現泄漏的LPG氣體和煙霧后自動關閉主電源，并幫助用戶監控不同設備連接到PC機的狀態。

1 技術概述

Visual Basic.NET（VB.NET）是一種面向對象的計算機編程語言，可以看作是在.NET Framework上實現的經典的Visual Basic（VB）的發展[1]。這里我們用VB.NET開發了一個3個界面的軟件，第一個界面是用戶名和密碼注冊的軟件，第二個界面是用Visual Basic登錄的。使用Visual Basic2010創建了一個PC驅動程序（軟件），控制界面為不同設備設置了許多鍵，它們的編程方式是按下它們發送8位數據的方式（1字節十六進制代碼）。通過PC串行端口以波特率9 600波特。我們將要創建的應用程序稱為Electronic Library。這個Electronic Library將能夠接受用戶注冊以及處理需要用戶密碼的登錄命令，從而增強了數據庫的安全性。基本上，應用程序將構成一個注冊菜單、歡迎菜單、登錄菜單和主數據庫菜單。

大多數個人計算機上的串行端口都符合RS-232C或RS-422標準。該協議要求電壓在-3～-15 V表示二進制1，而電壓在3～15 V表示二進制0。這與CMOS和TTL通信不兼容，因為TTL對二進制1使用5 V，對于二進制0使用0 V。因此，芯片實現了雙向電壓級的必要協議轉換，并在通用接口中使用了串口[2]。任何類型的設備，包括調制解調器、鼠標、打印機，我們也提供密碼保護功能。首先，在IC卡MX 23的接收器引腳上接收數據。MX 23是MAXM公司生產的硬件層協議轉換芯片。通常被稱為RS-232收發器，它由一對驅動器和一對接收器組成。在一個非常基本的水平上，驅動程序將TTL和CMOS電壓電平轉換為TIA/EIA-232-E電平，可用于串行通信。然后根據單片機進行電壓調節[3]。MAX 232將數據發送給89C51的接收管腳，現在微控制器通過檢查第8位數據。在微控制器的引腳處，使用復位按鈕，該復位按鈕將所有設備的端口數據設置為初始狀態。

最后一個界面是用來控制設備使用在最后一頁中提供的按鈕，一旦用戶注冊，那么用戶就不會一次又一次地注冊。第二個頁面是登錄頁面，是第一個應用程序。安裝后打開軟件進行安裝。不同的按鈕有不同的特定代碼，按下按鈕后，將代碼發送到串口，由單片機AT89C51接收。具體如圖1所示。

圖1 用RS-232進行串口通信

串口是PC機上用于外圍設備的一種連接方式，有時被稱為COM端口或RS-232端口，這是它的技術名稱。在電信領域，RS-232是一系列串行二進制單端數據和控制信號標準的傳統名稱。串行通信非常流行。因為大多數計算機都有一個或多個串行端口，所以除了電纜之外，不需要額外的硬件將儀器連接到計算機上（或者兩臺計算機與計算機相連。數據終端設備（Data Terminal Equipment，DTE）和數據電路終端設備（Data Circuit-terminating Equipment，DCE）之間的連接。它通常用于計算機串口。該標準定義了信號的電氣特性和定時信號的含義，以及連接器的物理尺寸和引線。數據通過一對導線以一個方向串行傳輸。輸出的數據被標記為Tx（表示傳輸），而傳入的數據被標記為Rx（表示接收）。為了建立一個雙向通信系統，至少需要3根線Tx，Rx和GND（接地）。跨越TX和Rx在兩個系統之間，讓每個單元與相反的一個。每個字節可以在任何時間被傳輸（只要前一個字節已經被傳輸）。傳輸的字節不與接收者同步（它是異步協議）即沒有時鐘信號。因此，必須在通信鏈路的兩端設置完全相同的軟件，以便每個串行解碼器芯片能夠解碼串行數據流。

2 系統框架

2.1 結構圖

本系統以單片機為核心，采用嵌入式C語言編程實現AT89C51單片機。其將根據傳感器輸入和串行端口輸入驅動繼電器。

2.2 硬件視圖

該微控制器的端口0、端口2、端口3可與繼電器一起用于控制電視、風扇、燈泡等設備。煙霧傳感器、光傳感器和液化石油氣傳感器都在p1.0，p1.1，p1.2上安裝在我們控制的端口0的LED的硬件類中。

2.3 液化石油氣敏元件

這是一個簡單的使用液化石油氣氣體傳感器模塊，可以感覺到可燃氣體，主要是液化石油氣、異丁烷和丙烷在空氣中的存在。該模塊使用我們的MQ-6傳感器，它簡化了接口以奇數引腳間距的傳感器，并提供接口通過40.1“頭引腳”。它既提供了與空氣中氣體濃度相對應的模擬輸出，又提供了易于使用的數字輸出。車載電位器可用于設置最大氣體濃度，觸發數字輸出的離子。只要用5 V給模塊供電，設置閾值，就可以得到輸出。車載LED顯示任何氣體的存在。數字輸出可以很容易地與微控制器和其他電路接口。模擬輸出可以連接到微控制器的ADC上，以獲得廣泛的傳感器讀數。在我們的應用中，氣體傳感器的輸出是在0.1端口的微控制器輸入，當0.1端口的微控制器輸入時，即氣體傳感器是氣敏傳感器，然后根據微程序進行氣體傳感器的輸入。我們已經做過的控制器，微控制器將關閉所有的家庭設備。這也是安全措施的家庭設備，我們已經做了額外的。

2.4 Visual Basic2010

Visual Basic是一種現代的、高級的、多范式的通用編程語言，用于使用Visual Studio和.NET Framework構建應用程序。Visual Basic不僅是一種編程語言，而且是一個完整的圖形化開發環境。該環境允許編程經驗較少的用戶快速開發有用的Microsoft Windows應用程序，這些應用程序能夠使用對象鏈接和嵌入（Object Linking and Embedding，OLE）技術，例如Excel電子表格。Visual Basic還能夠開發程序，可用作數據庫系統的前端應用程序，用作用戶界面，它收集用戶輸入并以比許多SQL版本更有吸引力和更有用的形式顯示格式化輸出。

2.5 Atmel AT89C51

AT89C51是一種低功耗、高性能的CMOS 8位微型計算機，具有4K字節的FLASH可編程和可擦除只讀存儲器（Programmable Erasable Read-Only Memory，PEROM）。該裝置采用Atmel的高密度非易失性存儲技術制造，并與工業標準MCS-51?指令集和插腳兼容。片上閃存允許程序存儲器在系統中重新編程，或者由傳統的非易失性存儲器編程器進行編程。Atmel AT89C51是一種功能強大的微型計算機，它將多功能的8位CPU與單片Flash結合在一起，為許多嵌入式系統提供了一種高靈活性和低成本的解決方案，控件應用程序[4]。AT89C51單片機具有內置的UART，可進行串行通信。串行通信采用異步方式進行。串口和其他PC端口一樣，是建立計算機與外部硬件或設備之間數據傳輸的物理接口。這種傳輸通過串口是很容易進行的。8051有一個完整的串口，所以我們可以很容易地讀寫串口數據。將位寫入串行端口將是一個相當繁瑣的過程，需要快速地依次轉換0和1的I/O端口之一，以正確地時鐘出每個單獨的位，包括奇偶校驗位、停止位、啟動位，我們只需在操作模式下配置串口波特率（9 600）。一旦所有設置配置完畢，我們都會向SFR寫入一個值到串行引腳，或者輸入相同的SFR從串口輸入一個值。AT80C51自動讓人們知道它完成了發送位字符，以及單片機收到串口的時間，以便采取進一步的處理。這樣就不必擔心比特級的傳輸，節省處理時間。