單片機設計煤氣泄漏裝置

1. 如何設計小區安防監控

隨著生活水平的不斷提高，人們對居住環境的要求也大大提高，對信息服務和安全防範的要求尤為突出。如何利用計算機和通信技術在智能化小區家庭智能管理系統中，對住戶家庭水表、電表、煤氣表的自動計量以及火災、煤氣泄漏、入室盜竊等警情的實時監控已經成為信息產業的熱點技術.利用CAN匯流排技術雖然有其開放式、數字化、多點通信等諸多優點，但將其用於智能住宅小區，卻因其成本偏高，目前在我國還難以推廣。

為此，作者開發出一種設備簡單，成本低廉，便於維護經濟型智能小區家庭管理系統，能有效地實現三表自動採集計費，防盜、防災、自動報警和遠程監控等功能.利用單片機進行實時採集，並將採集的數據通過串列口傳給PC機，PC機完成數據的運算、存儲、和列印。硬體通過PIC16FXX單片機實現，軟體由VC++6.0實現。

系統結構

系統是由一台PC機(上位機)和多台PIC單片機(下位機，作為終端控制器)構成分布式控制系統，PC機COM口帶多個終端控制器，終端控制器地址設為1-N。PC機採用巡查工作方式自動查詢小區內所有終端控制器的報警狀態，及時對各種報警信號做出響應，並通過有效手段(語音提示、電子地圖標識等)向監控中心工作人員提供報警業主家庭有關地址、電話等詳細信息，以便及時處理;同時通過抄表工作方式完成自動抄表以及報表輸出等任務.終端控制器採集用戶煤氣表、電表、水表脈沖數據，實現3表自動計數;

同時採集現場的防盜、防災等信息，有意外事件發生時可自動啟動報警器報警.PC機與終端控制器採用匯流排式網路結構相連，採用RS-485介面匯流排通信;RS485介面匯流排利用平衡發送和差分接收方式實現通信，以半雙工工作方式工作，最大傳輸距離可達1200m，波特率在1200和38400b/s間可設置，RS485網路採用一對有補償的雙絞線。

終端控制器採用PIC16FXX單片機，片中串列口加MAX487轉換器，選用在多點匯流排傳輸線中雙向數據通信應用網路廣泛使用的MAX487收發器，其特點是具有限斜率的驅動器，即驅動器發送數字信號，其沿邊斜率是受限制的，這使電磁干擾(EMI)減至最小，並減少因電纜終端不匹配而產生的影響.介面接線簡單，維護方便，保證了抄表的可靠性和監控的實時性.

終端控制器硬體設計

每個家庭安裝的終端控制器是以單片機PIC16FXX為核心的數據採集和處理裝置，電路結構如圖2所示.PIC16FXX單片機是由美國Microchip公司推出的一種新型的CMOS工藝的8位單片機，具有別具特色的哈佛匯流排和RISC結構，以及PIC16FXX的程序存儲器為電可擦除閃速存儲器(flash)，可修改程序，甚至可在線編程。PIC16F83和PIC16F84片內數據存儲器除RAM外，還有64K位元組的EPROM，可以當作一般的或非易失性數據存儲器使用，簡單方便，它還具有片內上電復位，延時電路，看門狗電路等。終端控制器就是由PIC16FXX單片機擴展了8路信號輸入通道，通信介面電路，鍵盤，看門狗電路，LCD顯示器和EEPROM24C16等.

為了簡化硬體結構，將三表設計成脈沖表，報警探頭為脈沖輸出，從而避免了在控制器主板上使用A/D轉換介面.本系統對表脈沖安排4路輸入通道，利用單片機PIC16FXX的PORTA埠輸入，表脈沖和報警脈沖信號分別通過斯密特觸發器波形整形和74LS244緩沖器進入CPU，在一定的采樣周期內，CPU輪流查詢用戶表和報警的輸入埠狀態，並進行數據分析處理，存到EEPROM24C16相應的存儲區，等待中央計算機的查詢和抄寫.

再安排4路輸入通道用於對設防、撤防、解警和求助操作的遙控處理.串列介面器件LCD液晶顯示器可顯示表數據和有關報警狀態等信息，所採用的液晶顯示模塊，內置顯示RAM和驅動控制器，通過4線與單片機相連.8KB串列EEPROM24C16，用以存儲用戶各表的數據信息、報警狀態信息和採集監控終端地址以及有關初始化信息.每個用戶的採集監控終端設置不同的地址，從而保證採集數據的正確無誤.

終端控制器工作過程如下：上電復位自檢後，開始運行，指示燈閃爍表示程序開始正常工作，初始化LCD，脈沖表，密碼，報警狀態，鍵盤，串口。然後進入主程序循環，首先記錄報警狀態，脈沖表數據，然後將上述兩種數據存入24C16中，查詢鍵盤，通過串口響應PC機通信命令與PC機之間進行數據傳輸。

系統通信

通信的發起方總是主機開始，由PC機控制通訊的主動性，單片機在通訊過程中處於被動地位。由於各分機共享同一頻率，為避免沖突，PC機通過巡查分機的工作方式查詢各單片機是否有信息要上報給PC機。

為了保證PC機與多台單片機之間能夠准確、可靠的通信，確定一個明確而合理的通訊協議是關鍵。包括對數據格式、通訊方式、傳送速度、傳送步驟、檢糾錯方式以及控制字元定義等問題做出統一規定。

為區分不同的分機，必須為每一個分機分配一個唯一的地址，此地址唯一區別各單片機。數據格式採用數據包的形式，一次傳輸一組數據，數據包格式如下所示：

起始標志位：1個位元組數據長度：1個位元組

分機地址：1個位元組數據內容：n個位元組

和檢驗：2個位元組命令/數據：1個位元組

結束標志位：1個位元組

主機向單個單片機傳數據時，首先，上位機順次發送起始標志位，目的地址位，數據，生成檢驗位，結束標志位，上位機發送後每個下位機都產生中斷把上位機數據包都接收下來，當接收到結束標志字元時，表示接受到一幀完整的數據包，然後對數據解包，把接收到的目的地和本機地址進行比較，如果不是則馬上跳出中斷服務程序，相同的話則表示要和本下位機進行通訊。

主機發完信息後便等待該分機的接收應答。當接收數據包完成後，接受方也生成相應的檢驗和，如果接受方生成的檢驗和與接收到的檢驗和一致，則表明這次通訊成功，下位機根據接收到的內容給上位機發送相應的反饋信息。如果不一致，則表明此次通訊失敗，下位機給上位機發送失敗信息，要求上位機重新發送。

由於系統採用上位機巡查下位機的工作方式，單片機在通信過程中處於被動地位，只能其被輪詢到的時候才能給上位機發送數據，否則即使信息要上報主機時，也必須處於等待。上位機從第一分機依次查詢下位機，給巡查到的下位機發送查詢命令，詢問該單片機是否有信息要上報給上位機。

被輪詢的單片機如果沒有信息要上報給上位機的話就給上位機發送無上報要求的指令，上位機接受到此指令後便輪詢下一地址的分機;若分機有數據需上報便回發一個有上報要求給主機，主機收到後便等待分機上報數據，有上報數據的分機組織好數據後上報給主機，然後等待主機的接收應答。主機收到分機上報的數據後進行檢查，若正確接收發正確接收應答，否則發錯誤接收應答。當接收錯誤後，主機等待分機再次上報數據，分機收到接收錯誤應答後再次發送數據。

信號傳輸中接受與發送都採用中斷方式，多機通信從機中斷服務程序如圖3所示。

PC機通信程序設計

上位機的軟體是基於VC++6.0實現的，其中的重點和難點是進行實時的串列通訊。應用VC++編寫串列通信程序，通常可歸納為如下四種方法：一是利用WindowsAPI通信函數;二是使用Microsoft提供的控制項(簡稱MSComm);三是利用第三方編寫的通信類(如MuMegaTechnologies公司提供的Cserial類);四是在VC++中用埠操作指令直接對串列埠編程，實現串列通信。本系統中採用的是MSComm控制項，它是通過串列埠發送和接收數據，為應用程序提供串列通信功能，使用非常方便。

小結

本系統提出的通訊硬體和通訊協議已經在實際中使用，截止目前運行正常。這說明這種通訊方案在PC機和多台單片機的數據通訊中快速、准確、可靠的。