基于ZigBee技術(shù)的智能小區(qū)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

目錄第1章 前 言11.1 ZigBee即使的發(fā)展?fàn)顩r11.2 Zigbee技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及其特點(diǎn)11.3 GSM技術(shù)簡(jiǎn)介3第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案52.1 設(shè)計(jì)要求52.2 系統(tǒng)主機(jī)部分方案分析52.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集部分分析52.3.1防盜部分52.3.2氣體傳感器防火災(zāi)部分62.3.3防燃?xì)庑孤恫糠?2.4數(shù)據(jù)傳輸部分6第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)83.1 傳感器的選取設(shè)計(jì)83.1.1 熱電式紅外傳感器原理及說(shuō)明83.1.2 氣體傳感器的選取113.1.3 燃?xì)庑孤秱鞲衅?33.2 ZigBee模塊介紹143.3 傳感器與cc2430的連接183.4 AT89C51功能介紹183.4.1 AT89C51主要技術(shù)參數(shù)183.4.2 功能特性概述193.4.3 引腳功能說(shuō)明193.4.4 單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)213.5 GSM模塊213.5.1 TC35I簡(jiǎn)單介紹213.5.2 TC35I引腳介紹223.5.3 TC35I開(kāi)發(fā)技巧233.6 TC35I與T89C51連接圖233.7 AT89C51單片機(jī)與PC機(jī)的串口通信243.7.1 串口電路243.7.2 一般說(shuō)明25第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)264.1 軟件流程圖264.2 軟件編程26致謝33參考文獻(xiàn)3435 / 36第1章 前 言1.1 ZigBee技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r在藍(lán)牙技術(shù)的使用過(guò)程中，人們發(fā)現(xiàn)藍(lán)牙技術(shù)盡管有許多優(yōu)點(diǎn)，但仍存在許多缺陷。對(duì)工業(yè)，家庭自動(dòng)化控制和遙測(cè)遙控領(lǐng)域而言，藍(lán)牙技術(shù)顯得太復(fù)雜，功耗大，距離近，組網(wǎng)規(guī)模太小等，而工業(yè)自動(dòng)化對(duì)無(wú)線通信的需求越來(lái)越強(qiáng)烈。正因此，經(jīng)過(guò)人們長(zhǎng)期努力，ZigBee協(xié)議在2003年中通過(guò)后，于2004正式問(wèn)世了。 Zigbee是一個(gè)由可多到65000個(gè)無(wú)線數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無(wú)線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，十分類似現(xiàn)有的移動(dòng)通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)，每一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊類似移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)基站，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，它們之間可以進(jìn)行相互通信；每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75米，到擴(kuò)展后的幾百米，甚至幾公里；另外整個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)還可以與現(xiàn)有的其它的各種網(wǎng)絡(luò)連接。例如，你可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)在北京監(jiān)控云南某地的一個(gè)Zigbee控制網(wǎng)絡(luò)。不同的是，Zigbee網(wǎng)絡(luò)主要是為自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，而移動(dòng)通信網(wǎng)主要是為語(yǔ)音通信而建立；每個(gè)移動(dòng)基站價(jià)值一般都在百萬(wàn)元人民幣以上，而每個(gè)Zigbee基站卻不到1000元人民幣;每個(gè)Zigbee 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不僅本身可以與監(jiān)控對(duì)對(duì)象，例如傳感器連接直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，它還可以自動(dòng)中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)資料; 除此之外，每一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（FFD）還可在自己信號(hào)覆蓋的范圍內(nèi)，和多個(gè)不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(diǎn)（RFD）無(wú)線連接。Zigbee技術(shù)是隨著工業(yè)自動(dòng)化對(duì)于無(wú)線通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蠖a(chǎn)生的，Zigbee網(wǎng)絡(luò)省電、可靠、成本低、容量大、安全，可廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)控制領(lǐng)域。盡管，國(guó)內(nèi)不少人已經(jīng)開(kāi)始關(guān)注Zigbee這們新技術(shù)，而且也有不少單位開(kāi)始涉足Zigbee技術(shù)的開(kāi)發(fā)工作，然而，由于Zigbee 本身是一種新的系統(tǒng)集成技術(shù)，應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)必須和網(wǎng)絡(luò)傳輸，射頻技術(shù)和底層軟硬件控制技術(shù)結(jié)合在一起。因而深入理解這個(gè)來(lái)自國(guó)外的新技術(shù)，再組織一個(gè)在這幾個(gè)方面都有豐富經(jīng)驗(yàn)的配套的隊(duì)伍，本身就不是一件容易的事情，因而，到目前為止，國(guó)內(nèi)目前除了成都西谷曙光數(shù)字技術(shù)有限公司，真正將Zigbee技術(shù)開(kāi)發(fā)成產(chǎn)品，并成功地用于解決幾個(gè)領(lǐng)域的實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題而外，尚未見(jiàn)到其它報(bào)道。1.2 Zigbee技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及其特點(diǎn) Zigbee技術(shù)的目標(biāo)就是針對(duì)工業(yè)，家庭自動(dòng)化，遙測(cè)遙控，汽車自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化和醫(yī)療護(hù)理等，例如燈光自動(dòng)化控制，傳感器的無(wú)線數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，油田，電力，礦山和物流管理等應(yīng)用領(lǐng)域。另外它還可以對(duì)局部區(qū)域內(nèi)移動(dòng)目標(biāo)例如城市中的車輛進(jìn)行定位。（成都西谷曙光數(shù)字技術(shù)公司的專利技術(shù)）。通常，符合如下條件之一的應(yīng)用，就可以考慮采用Zigbee技術(shù)做無(wú)線傳輸： .需要數(shù)據(jù)采集或監(jiān)控的網(wǎng)點(diǎn)多；.要求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大，而要求設(shè)備成本低；.要求數(shù)據(jù)傳輸可性高，安全性高；.設(shè)備體積很小，不便放置較大的充電電池或者電源模塊；.電池供電；.地形復(fù)雜，監(jiān)測(cè)點(diǎn)多，需要較大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋；.現(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋盲區(qū)；.使用現(xiàn)存移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行低數(shù)據(jù)量傳輸?shù)倪b測(cè)遙控系統(tǒng)。.使用GPS效果差，或成本太高的局部區(qū)域移動(dòng)目標(biāo)的定位應(yīng)用。Zigbee 技術(shù)的特點(diǎn)：.省電：兩節(jié)五號(hào)電池支持長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月到2年左右的使用時(shí)間 .可靠：采用了碰撞避免機(jī)制，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突；節(jié)點(diǎn)模塊之間具有自動(dòng)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)的功能，信息在整個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)自動(dòng)路由的方式進(jìn)行傳輸，從而保證了信息傳輸?shù)目煽啃浴?.時(shí)延短：針對(duì)時(shí)延敏感的應(yīng)用做了優(yōu)化，通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短。.網(wǎng)絡(luò)容量大：可支持達(dá)65000個(gè)節(jié)點(diǎn)。.安全：ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用通用的AES-128。.高保密性：64位出廠編號(hào)和支持AES-128加密。2本設(shè)計(jì)中采用的ZigBee芯片是cc2430芯片，CC2430是TI/ChipconAs公司最新推出的符合2.4G IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器.利用此芯片開(kāi)發(fā)的無(wú)線通信設(shè)備支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸率高達(dá)250 kbit/s可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的快速組網(wǎng)。CC2430的主要性能參數(shù)如下： (1)工作頻帶范圍：2.4002.483 5 GHz；(2)采用IEEE802.15.4規(guī)范要求的直接序列擴(kuò)頻方式；(3)數(shù)據(jù)速率達(dá)250 kbit/s碼片速率達(dá)2 MChip/s；(4)采用o-QPSK調(diào)制方式；(5)超低電流消耗（RX:19.7mA,TX:17.4mA）高接收靈敏度（-99 dBm）；(6)抗鄰頻道干擾能力強(qiáng)(39 dB)；(7)內(nèi)部集成有VCO、LNA、PA以及電源整流器采用低電壓供電(2.13.6V)；(8)輸出功率編程可控；(9)IEEE802.15.4 層硬件可支持自動(dòng)幀格式生成、同步插入與檢測(cè)、16bit CRC校驗(yàn)、電源檢測(cè)、完全自動(dòng)MAC層安全保護(hù)(CTR,CBCMAC,CCM)；(10)與控制微處理器的接口配置容易(4總線SPI接口)；(11)采用QLP-48封裝，外形尺寸只有。CC2430只需要極少的外圍元器件，它的外圍電路包括晶振時(shí)鐘電路、射頻輸入輸出匹配電路和微控制器接口電路3個(gè)部分CC2430為IEEE802.15.4的數(shù)據(jù)幀格式提供硬件支持。其MAC層的幀格式為頭幀數(shù)據(jù)幀校驗(yàn)幀；PHY層的幀格式為,同步幀PHY頭幀MAC幀,幀頭序列的長(zhǎng)度可以通過(guò)寄存器的設(shè)置來(lái)改變?？梢圆捎?6位CRC校驗(yàn)來(lái)提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)幀被送入RAM中的128字節(jié)的緩存區(qū)進(jìn)行相應(yīng)的幀打包和拆包操作。51.3 GSM技術(shù)簡(jiǎn)介GSM全名為：Global System for Mobile Communications，中文為全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)，俗稱全球通，由歐洲開(kāi)發(fā)的數(shù)字移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，它的開(kāi)發(fā)目的是讓全球各地共同使用一個(gè)移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，讓用戶使用一部手機(jī)就能行遍全球。GSM系統(tǒng)包括 GSM 900：900MHz、GSM1800：1800MHz 及 GSM-1900、1900MHz等幾個(gè)頻段 。 GSM系統(tǒng)有幾項(xiàng)重要特點(diǎn)：防盜拷能力佳、網(wǎng)絡(luò)容量大、手機(jī)號(hào)碼資源豐富、通話清晰、穩(wěn)定性強(qiáng)不易受干擾、信息靈敏、通話死角少、手機(jī)耗電量低。目前世界上主要的兩大GSM系統(tǒng)為GSM 900及GSM1800，由于采用了不同頻率，因此適用的手機(jī)也不盡相同。前者發(fā)展的時(shí)間較早，使用的國(guó)家較多，后者發(fā)展的時(shí)間較晚，使用的國(guó)家也較少。物理特性方面，前者頻譜較低，波長(zhǎng)較長(zhǎng)，穿透力較差，但傳送的距離較遠(yuǎn)，而手機(jī)發(fā)射功率較強(qiáng)，耗電量較大，因此待機(jī)時(shí)間較短；而后者的頻譜較高，波長(zhǎng)較短，穿透力佳，但傳送的距離短，其手機(jī)的發(fā)射功率較小，待機(jī)時(shí)間則相應(yīng)地較長(zhǎng)。本設(shè)計(jì)采用GSM模塊是西門(mén)子工業(yè)級(jí)GSM模塊TC35i，它可以快速安全地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的短消息服務(wù)(Short Message Service)。TC35i模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊、閃存、ZIF連接器、天線接口等六部分組成。它設(shè)計(jì)緊湊，大大縮小了產(chǎn)品體積，與GSM22+兼容，符合ETSI標(biāo)準(zhǔn)GSM0707和GSM0705，模塊的工作電壓為3.34.8 V，兼容雙頻（GSM 900/GSM l800）工作，具有RS232數(shù)據(jù)通信口。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和短消息供快速、可靠、安全的傳輸。TC35i有40個(gè)引腳通過(guò)ZIF連接器引出。9本設(shè)計(jì)是基于無(wú)線傳輸技術(shù)的家庭小區(qū)安全報(bào)警的相關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容，包括火災(zāi)報(bào)警，燃?xì)庑孤﹫?bào)警及防盜報(bào)警的設(shè)計(jì)，包括ZigBee各個(gè)傳感器，無(wú)線技術(shù)模塊，單片機(jī)和GSM模塊，供電模塊幾大部分構(gòu)成。重點(diǎn)在于ZigBee芯片和GSM模塊的選擇，以上則簡(jiǎn)單介紹了這兩個(gè)模塊的應(yīng)用問(wèn)題。下面的章節(jié)將重點(diǎn)介紹各部件的功能及應(yīng)用。第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1 設(shè)計(jì)要求基于單片機(jī)控制，完成信號(hào)采集及傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)完成傳感器與cc2430芯片的進(jìn)行信號(hào)采集，cc2430與AT89c51的連接，AT89c51與GSM模塊的傳輸。2.2 系統(tǒng)主機(jī)部分方案分析本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)為：獲得各個(gè)傳感器所采集到的信息，經(jīng)過(guò)預(yù)處理、數(shù)字化后，在存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)，沒(méi)采集一組信息后進(jìn)行相應(yīng)處理。與普通的數(shù)據(jù)傳輸不同，本系統(tǒng)采用的是無(wú)線技術(shù)進(jìn)行的信息的傳輸。根據(jù)以上任務(wù)的需求，對(duì)微處理器的選擇提出了一下要求：（1）具有柔性化的特點(diǎn)，即可為不同的應(yīng)用場(chǎng)合定制，并支持在線修改程序代碼；（2）具有結(jié)構(gòu)緊湊，專一性強(qiáng)的特點(diǎn)；（3）有高的運(yùn)算速率；（4）具有較強(qiáng)的控制性能。根據(jù)以上分析結(jié)果,在本設(shè)計(jì)中應(yīng)用的是AT89C51。AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4K bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存貯器（PEROM）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大5。AT89C51單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。2.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集部分分析2.3.1防盜部分防盜部分采用的是熱電式紅外傳感器，熱電型紅外線傳感器系利用熱電效果，其材料則使用強(qiáng)介質(zhì)陶瓷體 (Dielectric Ceramic)，鉭酸鋰(LiTaO3)等單結(jié)晶及PVDF 等有機(jī)材料。熱電型紅外線傳感器具有下列幾項(xiàng)特征：(1) 由于系檢知從物體放射出出來(lái)的紅外線，所以不必直接接觸就能夠感知物體表面的溫度，故人體檢知以及移動(dòng)中物體的溫度當(dāng)然均能以非接觸之方式測(cè)得。 (2) 熱電型紅外線傳感器系接受檢知對(duì)象物所發(fā)出的紅外線，所以并不需要校對(duì)投光器、受光器之光軸等煩瑣的作業(yè)。2.3.2氣體傳感器防火災(zāi)部分采用的是SS-668為離子型煙霧探測(cè)設(shè)備，適用于安裝在少煙、禁煙場(chǎng)所，用來(lái)探測(cè)煙霧有無(wú)，當(dāng)一定量煙霧進(jìn)入SS-668煙霧傳感器的反應(yīng)腔，傳感器發(fā)出聲光警報(bào)，并向采集器輸出告警信號(hào)，通過(guò)SS-668能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)到煙霧，為火災(zāi)預(yù)防和早期發(fā)現(xiàn)提供幫助。2.3.3防燃?xì)庑孤恫糠衷摲廊細(xì)庑孤恫糠植捎玫氖荍d-pr30它采用微處理器控制，自動(dòng)復(fù)位，高穩(wěn)定性傳感器，故障自動(dòng)檢測(cè)功能，采用SMT工藝制造，可聯(lián)動(dòng)機(jī)械手、電磁閥、排風(fēng)扇 探測(cè)天然氣、液化石油氣 。2.4數(shù)據(jù)傳輸部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸采用的是cc2430芯片，進(jìn)行無(wú)線通信。因?yàn)镃C2430 芯片具有以下主要特點(diǎn)：.高性能和低功耗的8051 微控制器核。.集成符合IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)的2.4 GHz 的 RF 無(wú)線電收發(fā)機(jī)。.優(yōu)良的無(wú)線接收靈敏度和強(qiáng)大的抗干擾性。.在休眠模式時(shí)僅0.9 A 的流耗，外部的中斷或RTC 能喚醒系統(tǒng);在待機(jī)模式時(shí)少于0.6 A 的流耗，外部的中斷能喚醒系統(tǒng)。.硬件支持CSMA/CA 功能。.轎寬的電壓范圍（2.03.6 V）。.數(shù)字化的RSSI/LQI 支持和強(qiáng)大的DMA 功能。.具有電池監(jiān)測(cè)和溫度感測(cè)(ju you dian chi jian ce he wen du gan ce)功能。.集成了14 位模(wei4 mo2)數(shù)轉(zhuǎn)換的ADC。.集成 AES-128 安全協(xié)處理器。.帶有 2 個(gè)強(qiáng)大的支持幾組協(xié)議的USART，以及1 個(gè)符合IEEE 802.15.4 規(guī)范的MAC 計(jì)時(shí)器，1 個(gè)常規(guī)的16 位計(jì)時(shí)器和2 個(gè)8 位計(jì)時(shí)器。.強(qiáng)大和靈活的開(kāi)發(fā)工具。 這些特點(diǎn)適合本系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要，故采用cc2430芯片。系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：紅外傳感器氣體傳感器燃?xì)庑孤﹤鞲衅鱖igBee模 塊CC2430ZigBee模 塊CC2430AT89C51 單片機(jī)PC機(jī)GSM模塊用戶手機(jī) 圖2-1 系統(tǒng)方框圖第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 傳感器的選取設(shè)計(jì)3.1.1 熱電式紅外傳感器原理及說(shuō)明熱電式紅外傳感器是被動(dòng)式的紅外傳感器，其內(nèi)部核心芯片為Biss0001。下面對(duì)biss0001做重點(diǎn)介紹：Biss0001有如下特點(diǎn)：.CMOS工藝.數(shù)?；旌?具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器.內(nèi)部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾.內(nèi)設(shè)延遲時(shí)間定時(shí)器和封鎖時(shí)間定時(shí)器.采用16腳DIP封裝 圖3-1B ISS0001引腳圖 表3.1 BIS0001引腳及其功能介紹引腳名稱I/O功能說(shuō)明1AI可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)選擇端。當(dāng)A為“1”時(shí)，允許重復(fù)觸發(fā)；反之，不可重復(fù)觸發(fā)2VOO控制信號(hào)輸出端。由VS的上跳變沿觸發(fā)，使Vo輸出從低電平跳變到高電平時(shí)視為有效觸發(fā)。在輸出延遲時(shí)間Tx之外和無(wú)VS的上跳變時(shí)，Vo保持低電平狀態(tài)。3RR1-輸出延遲時(shí)間Tx的調(diào)節(jié)端4RC1-輸出延遲時(shí)間Tx的調(diào)節(jié)端5RC2-觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti的調(diào)節(jié)端6RR2-觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti的調(diào)節(jié)端7VSS-工作電源負(fù)端8VRFI參考電壓及復(fù)位輸入端。通常接VDD，當(dāng)接“0”時(shí)可使定時(shí)器復(fù)位9VCI觸發(fā)禁止端。當(dāng)VcVR時(shí)允許觸發(fā)(VR0.2VDD)10IB-運(yùn)算放大器偏置電流設(shè)置端11VDD-工作電源正端122OUTO第二級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端132IN-I第二級(jí)運(yùn)算放大器的反相輸入端141IN+I第一級(jí)運(yùn)算放大器的同相輸入端151IN-I第一級(jí)運(yùn)算放大器的反相輸入端161OUTO第一級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端引腳名稱I/O功能說(shuō)明1AI可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)選擇端。當(dāng)A為“1”時(shí)，允許重復(fù)觸發(fā)；反之，不可重復(fù)觸發(fā)2VOO控制信號(hào)輸出端。由VS的上跳變沿觸發(fā)，使Vo輸出從低電平跳變到高電平時(shí)視為有效觸發(fā)。在輸出延遲時(shí)間Tx之外和無(wú)VS的上跳變時(shí)，Vo保持低電平狀態(tài)。3RR1-輸出延遲時(shí)間Tx的調(diào)節(jié)端4RC1-輸出延遲時(shí)間Tx的調(diào)節(jié)端5RC2-觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti的調(diào)節(jié)端6RR2-觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti的調(diào)節(jié)端7VSS-工作電源負(fù)端8VRFI參考電壓及復(fù)位輸入端。通常接VDD，當(dāng)接“0”時(shí)可使定時(shí)器復(fù)位9VCI觸發(fā)禁止端。當(dāng)VcVR時(shí)允許觸發(fā)(VR0.2VDD)10IB-運(yùn)算放大器偏置電流設(shè)置端11VDD-工作電源正端122OUTO第二級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端132IN-I第二級(jí)運(yùn)算放大器的反相輸入端141IN+I第一級(jí)運(yùn)算放大器的同相輸入端151IN-I第一級(jí)運(yùn)算放大器的反相輸入端161OUTO第一級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端工作原理BISS0001是由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?。 圖3-2 BISS0001接線圖采用熱釋電傳感器的優(yōu)勢(shì)是成本低, 不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源, 隱蔽性好, 可流動(dòng)安裝, 靈敏度高、控制范圍大。熱釋電紅外傳感器利用熱釋電效應(yīng), 能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線, 并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)同時(shí), 它還能鑒別出運(yùn)動(dòng)的生物與其他非生物。實(shí)際使用中, 熱釋電傳感器前面必須安裝菲涅爾透鏡。菲涅爾透鏡的作用是將人體輻射的紅外線聚焦到熱釋電紅外探測(cè)元上, 同時(shí)也產(chǎn)生交替變化的紅外輻射高靈敏區(qū)和盲區(qū), 以適應(yīng)熱釋電紅外探測(cè)元要求信號(hào)不斷變化的特性, 這樣可大大提高接收靈敏度, 增加檢測(cè)距離及范圍。實(shí)驗(yàn)證明, 熱釋電紅外傳感器若不加菲涅爾透鏡, 則其檢測(cè)距離僅為2M左右（檢測(cè)人體走過(guò)）而配上菲涅爾透鏡后, 其檢測(cè)距離可增加到10M以上, 甚至可達(dá)20M以上。不可重復(fù)觸發(fā)由于PIR信號(hào)變化緩慢、幅值小, 針對(duì)該特點(diǎn), 專用信號(hào)處理器一般分為3步處理濾波放大、窗口比較、噪聲抑制及數(shù)字信號(hào)處理。BISS0001就是由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?。它采用CMOS工藝、數(shù)模混合, 具有獨(dú)立的高輸人阻抗運(yùn)算放大器, 內(nèi)部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾。它有兩種工作方式供選擇, 通過(guò)將引腳A置1或0?？稍O(shè)置為可重復(fù)觸發(fā)方式和不可重復(fù)觸發(fā)方式。本系統(tǒng)選擇可重復(fù)觸發(fā)方式。在將傳感信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理后, 通過(guò)雙向鑒幅器可檢測(cè)出有效觸發(fā)信號(hào)Vs。由于選擇的是可重復(fù)觸發(fā)方式, Vs可重復(fù)觸發(fā)VO為有效狀態(tài), 并可促使VO在延時(shí)周期Tx內(nèi)一直保持有效狀態(tài)。延時(shí)周期的大小可通過(guò)R1和C1調(diào)節(jié)。在Tx時(shí)間內(nèi), 只要Vs發(fā)生上跳變, VO就會(huì)從Vs上跳變時(shí)刻起繼續(xù)延長(zhǎng)一個(gè)Tx周期;若Vs保持為“ 0”狀態(tài), 則VO一直保持有效狀態(tài);若保持為“0”狀態(tài), 則在周期Tx結(jié)束后VO恢復(fù)為無(wú)效狀態(tài), 并且在封鎖時(shí)間Ti時(shí)間內(nèi),任何Vs的變化都不能觸發(fā)VO為有效狀態(tài)。工作方式：利用運(yùn)算放大器OP1組成傳感信號(hào)預(yù)處理電路，將信號(hào)放大。然后耦合給運(yùn)算放大器OP2，再進(jìn)行第二級(jí)放大，同時(shí)將直流電位抬高為VM(0.5VDD)后，將輸出信號(hào)V2送到由比較器COP1和COP2組成的雙向鑒幅器，檢出有效觸發(fā)信號(hào)Vs。由于VH0.7VDD、VL0.3VDD，所以，當(dāng)VDD=5V時(shí)，可有效抑制1V的噪聲干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。 COP3是一個(gè)條件比較器。當(dāng)輸入電壓VcVR時(shí)，COP3輸出為高電平，進(jìn)入延時(shí)周期。 當(dāng)A端接“0”電平時(shí)，在Tx時(shí)間內(nèi)任何V2的變化都被忽略，直至Tx時(shí)間結(jié)束，即所謂不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。當(dāng)Tx時(shí)間結(jié)束時(shí)，Vo下跳回低電平，同時(shí)啟動(dòng)封鎖時(shí)間定時(shí)器而進(jìn)入封鎖周期Ti。在Ti時(shí)間內(nèi)，任何V2的變化都不能使Vo跳變?yōu)橛行顟B(tài)（高電平）,可有效抑制負(fù)載切換過(guò)程中產(chǎn)生的各種干擾。183.1.2 氣體傳感器的選取氣體傳感器選擇的是MC1468.MC系列芯片MC14468為離子型熘霧檢測(cè)報(bào)警芯片，是目前市場(chǎng)上很流行的集火災(zāi)檢測(cè)與報(bào)警于一體的智能傳感器。當(dāng)檢測(cè)到煙霧顆粒時(shí)，它能驅(qū)動(dòng)其外圍連接的壓電陶瓷蜂鳴器或壓電式揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲與此同時(shí) 還驅(qū)動(dòng)發(fā)光二扳管(LED)以lHz的頻率閃爍發(fā)光，利用聲光報(bào)警達(dá)到煙霧報(bào)警的最佳效果。MC14468的1腳(檢測(cè)輸出端)直接聯(lián)接單片機(jī)的INT0當(dāng)檢測(cè)到煙霧時(shí)其輸出的高電平通過(guò)INT0控制單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器TO工作，定時(shí)90ms，TO溢出中斷 進(jìn)入中斷服務(wù)程序，通過(guò)串口發(fā)送數(shù)據(jù)(房間號(hào)或之前對(duì)該系統(tǒng)的有意義編碼)給單片射頻收發(fā)器cc2430。在檢測(cè)到煙霧時(shí)，MC14468自身的100 mV的滯后電壓會(huì)防止其他井界因素(如飛蟲(chóng))造成的誤報(bào)警。輔以單片機(jī)產(chǎn)生90 ms的延時(shí)更能提高系統(tǒng)的可靠性。其構(gòu)成的煙霧檢測(cè)電路如圖所示。 圖3-3 設(shè)計(jì)原理圖上圖是我們用MC14468設(shè)計(jì)的TAJY一9708型家用火災(zāi)自動(dòng)探測(cè)報(bào)警器的原理圖，圖中離子室中的離子電流隨著探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的煙霧變化而變化，從而產(chǎn)生微弱的電壓變化傳到檢測(cè)端l5，由MC14468內(nèi)部的邏輯處理電路處理后，啟動(dòng)蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路，蜂嗚器驅(qū)動(dòng)電路經(jīng)外接的C10、R10和R9形成調(diào)制的變頓輸出從而推動(dòng)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。通過(guò)報(bào)警聲音和發(fā)光二極管Vl的田爍等來(lái)判定所處的各種狀態(tài)。當(dāng)Vl發(fā)光二極管田亮，并且蜂鳴器發(fā)出刺耳的音頻報(bào)警聲時(shí)為奉處有火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，當(dāng)只有刺耳的報(bào)警聲，而發(fā)光二極管不閃亮?xí)r為本區(qū)域探測(cè)網(wǎng)中其他地方報(bào)警，提醒用戶注意危險(xiǎn)。當(dāng)為一短促的嘟嘟聲，且v1發(fā)光二極管閃亮?xí)r為電池欠壓告警，提醒用戶更換電池。當(dāng)為一短促的嘟啷聲，且Vl發(fā)光二極管不亮則為探測(cè)報(bào)警器的靈敏度級(jí)別有所降低，提醒用戶進(jìn)行適當(dāng)?shù)木S護(hù)，以提高其探測(cè)靈敏度。同時(shí)不同狀態(tài)的閃亮頻率還有所區(qū)別。蜂鳴器X1共有三個(gè)極，分別為B極、s極、F極，系美國(guó)進(jìn)口由中美合資合肥天安電子有限公司經(jīng)銷 B1為9V疊層電池，探測(cè)報(bào)警器處于監(jiān)控狀態(tài)時(shí)電流只有10 A左右+所以一般情況下電池至少可以使用一年以上 圖中R8用來(lái)設(shè)置電池欠壓告警值，可以根據(jù)需要來(lái)進(jìn)行調(diào)整，R7用來(lái)設(shè)置探測(cè)靈敏度，R4定時(shí)電阻一般選用82M 。V1可選用目前市場(chǎng)上晟新推出的高亮度發(fā)光二極管，以減少損耗 R1，R2和V2，V3是當(dāng)接成區(qū)域報(bào)警網(wǎng)時(shí)用來(lái)保護(hù)芯片免遭意外干擾或靜電等造成損壞。離子室所用放射源可選用镅241(Am241)強(qiáng)度約08徽居里左右即可。探測(cè)報(bào)警器安裝后一般每一十月要自檢一次，檢查其報(bào)警等各種功能是否正常。為此設(shè)置了一自檢按鈕，安裝在殼體的外部，以供用戶自檢使用。整個(gè)裝置為全塑乳白色外殼，美觀大方，內(nèi)設(shè)有金屬屏蔽層，可防止外部各種信號(hào)干擾，結(jié)構(gòu)緊湊為吊頊?zhǔn)桨惭b。內(nèi)置的離子源強(qiáng)度較小不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，不會(huì)對(duì)人體造成傷害符合有關(guān)規(guī)范要求。類似MC144671和MC14468的芯片還有摩托羅拉公司生產(chǎn)的MC1 4578MC14570它們的基本工作原理相同只是因其內(nèi)部無(wú)電池欠壓告警電路，只能通過(guò)外接集中供電電源來(lái)實(shí)現(xiàn)，比較實(shí)用于一個(gè)較大的住宅小區(qū)，采用統(tǒng)一的電源而在布線時(shí)引至每一安裝此裝置的居民家中即可。檢測(cè)輸入端的鄰近腳均設(shè)置有隔離保護(hù)，這三個(gè)腳的輸入端電壓必須在lO0mV以內(nèi)，以維持其泄漏電流最小化，提高其測(cè)量精度，15腳檢測(cè)輸入端內(nèi)部設(shè)置有保護(hù)二極管，防止靜電干擾等引起場(chǎng)效應(yīng)管損壞。煙霧探測(cè)的靈敏度和電池欠壓告警值可通過(guò)外接電阻來(lái)設(shè)置，它們共用一個(gè)電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)3腳將電阻接到VDD，可設(shè)置電池欠壓告警電壓值，通過(guò)13腳將一電阻接至Vss可設(shè)置靈敏度級(jí)別；靈敏度級(jí)別的設(shè)置也可以通過(guò)改變離子室的結(jié)構(gòu)或離子源的強(qiáng)度。電池欠壓告警值一般設(shè)置為7OV左右。Mc14468還可工作于一種自檢模式，用來(lái)檢測(cè)裝置的工作狀態(tài)，將1腳接至VDD可模擬檢測(cè)出有煙等情況MC14468還具有一個(gè)io腳，可將約40個(gè)稔測(cè)單元構(gòu)成一個(gè)多點(diǎn)探測(cè)區(qū)域，在得電后的三個(gè)振蕩器周期內(nèi)，1o引腳處于無(wú)效狀態(tài) 消除其它單元的意外變化引起的誤報(bào)警等，為提高噪聲抑制能力，它同其它單元信息交換主要采用電流傳輸方式。3.1.3 燃?xì)庑孤秱鞲衅魅細(xì)庑孤秱鞲衅鬟x擇的是電化學(xué)傳感器，下面簡(jiǎn)單介紹一下電化學(xué)傳感器的原理并給出其用于氣體檢測(cè)的電路圖。電化學(xué)傳感器原理：化學(xué)傳感器主要由兩部分組成：識(shí)別系統(tǒng)；傳導(dǎo)或轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。 識(shí)別系統(tǒng)反待測(cè)物的某一化學(xué)參數(shù)（常常是濃度）與傳導(dǎo)系統(tǒng)連結(jié)起來(lái)。它主要具有兩種功能：選擇性地與待測(cè)物發(fā)生作用，反所測(cè)得的化學(xué)參數(shù)轉(zhuǎn)化成傳導(dǎo)系統(tǒng)可以產(chǎn)生響應(yīng)的信號(hào)。分子識(shí)別系統(tǒng)是決定整個(gè)化學(xué)傳感器的關(guān)鍵因素。因此，化學(xué)傳感器研究的主要問(wèn)題就是分子識(shí)別系統(tǒng)的選擇以及如何反分子識(shí)別系統(tǒng)與合適的傳導(dǎo)系統(tǒng)相連續(xù)。化學(xué)傳感器的傳導(dǎo)系統(tǒng)接受識(shí)別系統(tǒng)響應(yīng)信號(hào)，并通過(guò)電極、光纖或質(zhì)量敏感元件將響應(yīng)信號(hào)以電壓、電流或光強(qiáng)度等的變化形式，傳送到電子系統(tǒng)進(jìn)行放大或進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出，最終使識(shí)別系統(tǒng)的響應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗兯苡米鞣治龅男盘?hào)，檢測(cè)出樣品中待測(cè)物的量。 圖3-4氣體檢測(cè)電路圖.電位差 .由于 IC1 的負(fù)反饋調(diào)節(jié)作用，參比電極被控制為零電位（虛地）為保持參比電極為零電位，Counter 和 Sensing 的電位都必須隨溶液成分變化時(shí)調(diào)節(jié)，這樣輸出電壓就能反應(yīng)溶液成分。.Rload控制反應(yīng)時(shí)間，ic2上方的反饋電阻控制放大倍數(shù)，建議采用慣性電路增強(qiáng)穩(wěn)定性3.2 ZigBee模塊介紹ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是基于標(biāo)準(zhǔn)的七層開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)模型，但僅對(duì)那些涉及ZigBee的層予以定義。IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)定義了最下面的兩層：物理層(PHY)和介質(zhì)接入控制子層(MAC)。ZigBee聯(lián)盟提供了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層(APL)框架的設(shè)計(jì)。其中應(yīng)用層的框架包括了應(yīng)用支持子層(APS)、ZigBee設(shè)備對(duì)象(ZDO)和由制造商制訂的應(yīng)用對(duì)象。22ZigBee技術(shù)特點(diǎn).低功耗；.低成本；.低速率；.近距離；.短時(shí)延；.高容量；.高安全；.免執(zhí)照頻段。ZigBee模塊選擇的是cc2430芯片為核心的設(shè)計(jì)。3.2.1 cc2430引腳及典型應(yīng)用電路圖 圖3-5 cc2430外部接口電路圖CC2430芯片需要很少的外圍部件配合就能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的收發(fā)功能。圖中為CC2430芯片的一種典型硬件應(yīng)用電路。17可使天線性能路使用一個(gè)非平衡天線,連接非平衡變更好。電路中的非平衡變壓器由電容C341和電感L341、L321、L331以及一個(gè)PCB微波傳輸線組成，整個(gè)結(jié)構(gòu)滿足RF輸入/輸出匹配電阻(50 )的要求。內(nèi)部T/R交換電路完成LNA和PA之間的交換。R221和R261為偏置電阻，電阻R221主要用來(lái)為32 MHz的晶振提供一個(gè)合適的工作電流。用1個(gè)32 MHz的石英諧振器（XTAL1）和2個(gè)電容（C191和C211）構(gòu)成一個(gè)32 MHz的晶振電路。用1個(gè)32.768 kHz的石英諧振器（XTAL2）和2個(gè)電容（C441和C431）構(gòu)成一個(gè)32.768 kHz的晶振電路。電壓調(diào)節(jié)器為所有要求1.8 V電壓的引腳和內(nèi)部電源供電，C241和C421電容是去耦合電容,用來(lái)電源濾波,以提高芯片工作的穩(wěn)定性。11 圖3-6 cc2430內(nèi)部功能圖 3.2.2 CC2430芯片的引腳功能 CC2430芯片采用7 mm7mm QLP封裝,共有48個(gè)引腳。全部引腳可分為I/O端口線引腳、電源線引腳和控制線引腳三類。 1）I/O端口線引腳功能 CC2430有21個(gè)可編程的I/O口引腳，P0、P1口是完全的8位口，P2口只有5個(gè)可使用的位。通過(guò)軟件設(shè)定一組SFR寄存器的位和字節(jié)，可使這些引腳作為通常的I/O口或作為連接ADC、計(jì)時(shí)器或USART部件的外圍設(shè)備I/O口使用。 I/O口有下面的關(guān)鍵特性： .可設(shè)置為通常的I/O口，也可設(shè)置為外圍I/O口使用。 .在輸入時(shí)有上拉和下拉能力。 .全部21個(gè)數(shù)字I/O口引腳都具有響應(yīng)外部的中斷能力。如果需要外部設(shè)備，可對(duì)I/O口引腳產(chǎn)生中斷，同時(shí)外部的中斷事件也能被用來(lái)喚醒休眠模式。 16腳（P1_2 P1_7）： 具有4 mA輸出驅(qū)動(dòng)能力。 8，9腳（P1_0，P1_1）： 具有20 mA的驅(qū)動(dòng)能力。 1118腳（P0_0 P0_7）： 具有4 mA輸出驅(qū)動(dòng)能力。 43，44，45，46，48腳（P2_4，P2_3，P2_2，P2_1，P2_0）：具有4 mA輸出驅(qū)動(dòng)能力。 2） 電源線引腳功能 7腳（DVDD）： 為I/O提供2.03.6 V工作電壓。 20腳（AVDD_SOC）： 為模擬電路連接2.03.6 V的電壓。 23腳（AVDD_RREG）： 為模擬電路連接2.03.6 V的電壓。 24腳（RREG_OUT）： 為25，2731，3540引腳端口提供1.8 V的穩(wěn)定電壓。 25腳 (AVDD_IF1 )： 為接收器波段濾波器、模擬測(cè)試模塊和VGA的第一部分電路提供1.8 V電壓。 27腳（AVDD_CHP）： 為環(huán)狀濾波器的第一部分電路和充電泵提供1.8 V電壓。 28腳（VCO_GUARD）： VCO屏蔽電路的報(bào)警連接端口。 29腳（AVDD_VCO）: 為VCO和PLL環(huán)濾波器最后部分電路提供1.8 V電壓。 30腳（AVDD_PRE）: 為預(yù)定標(biāo)器、Div2和LO緩沖器提供1.8 V的電壓。 31腳（AVDD_RF1）: 為L(zhǎng)NA、前置偏置電路和PA提供1.8 V的電壓。 33腳（TXRX_SWITCH）: 為PA提供調(diào)整電壓。 35腳（AVDD_SW）: 為L(zhǎng)NA/PA交換電路提供1.8 V電壓。 36腳（AVDD_RF2）: 為接收和發(fā)射混頻器提供1.8 V電壓。 37腳（AVDD_IF2）: 為低通濾波器和VGA的最后部分電路提供1.8 V電壓。 38腳（AVDD_ADC）: 為ADC和DAC的模擬電路部分提供1.8 V電壓。 39腳（DVDD_ADC）: 為ADC的數(shù)字電路部分提供1.8 V電壓。 40腳（AVDD_DGUARD）: 為隔離數(shù)字噪聲電路連接電壓。 41腳（AVDD_DREG）: 向電壓調(diào)節(jié)器核心提供2.03.6 V電壓。 42腳（DCOUPL）: 提供1.8 V的去耦電壓，此電壓不為外電路所使用。 47腳（DVDD）: 為I/O端口提供2.03.6 V的電壓。203）控制線引腳功能 10腳（RESET_N）: 復(fù)位引腳，低電平有效。 19腳（XOSC_Q2）: 32 MHz的晶振引腳2。 21腳（XOSC_Q1）: 32 MHz的晶振引腳1，或外部時(shí)鐘輸入引腳。 22腳（RBIAS1）: 為參考電流提供精確的偏置電阻。 26腳（RBIAS2）: 提供精確電阻，43 k，1%。 32腳（RF_P）: 在RX期間向LNA輸入正向射頻信號(hào)；在TX期間接收來(lái)自PA的輸入正向射頻信號(hào)。 34腳（RF_N）: 在RX期間向LNA輸入負(fù)向射頻信號(hào)；在TX期間接收來(lái)自PA的輸入負(fù)向射頻信號(hào)。 43腳 (P2_4/XOSC_Q2): 32.768 kHz XOSC的2.3端口。 44腳 (P2_4/XOSC_Q1): 32.768 kHz XOSC的2.4端口。13.3 傳感器與cc2430的連接 圖3-7 各傳感器與cc2430連接圖由于cc2430內(nèi)部帶有8051單片機(jī)內(nèi)核，有I/O接口，所以可以和傳感器德 輸出直接相連。CC2430 集成了增強(qiáng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的8051 MCU 核心。該核心使用標(biāo)準(zhǔn)8051 指令集。每個(gè)機(jī)器周期中的一個(gè)時(shí)鐘周期與標(biāo)準(zhǔn)8051 每個(gè)機(jī)器周期中的1 2 個(gè)時(shí)鐘周期相對(duì)應(yīng)，因此其指令執(zhí)行的速度比標(biāo)準(zhǔn)8051 快。由于指令周期在可能的情況下包含了取指令操作所需的時(shí)間，故絕大多數(shù)單字節(jié)指令在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成。除了速度改進(jìn)之外，CC2430 的8051 核心也包含下列增強(qiáng)的架構(gòu)：.第二數(shù)據(jù)指針；.擴(kuò)展了1 8 個(gè)中斷源。6CC2430 核心的8051 的目標(biāo)代碼與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8051 目標(biāo)代碼兼容。但是，由于與標(biāo)準(zhǔn)8051 使用不同的指令定時(shí)，因此以往編寫(xiě)的標(biāo)準(zhǔn)8051 目標(biāo)代碼的定時(shí)循環(huán)程序需要修改；此外，擴(kuò)充的外部設(shè)備所使用的特殊功能寄存器(SFR)涉及的指令代碼也有所不同。鑒于篇幅的限制，讀者所熟悉的標(biāo)準(zhǔn)8051 微控制器的寄存器、堆棧及其指針、指令集等就不再詳細(xì)介紹. 223.4 AT89C51功能介紹3.4.1 AT89C51主要技術(shù)參數(shù).4K字節(jié)可重擦寫(xiě)Flasn閃速存儲(chǔ)器.1000次擦寫(xiě)周期.全靜態(tài)操作：0Hz24MHz.三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器.1288字節(jié)內(nèi)部RAM.32個(gè)可編程I/O口線.2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器.6個(gè)中斷源.可編程串行UART通道 .低功耗空閑和掉電模式 圖3-8AT89C51引腳圖3.4.2 功能特性概述AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩及時(shí)時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。20 3.4.3 引腳功能說(shuō)明.Vcc：電源電壓.GND：地.P0口:P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門(mén)電路，對(duì)端口寫(xiě)“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或程序存儲(chǔ)時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。.P1口：P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖可驅(qū)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。Flash編程或程序校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址。.P2口：P2是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖可驅(qū)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVXDPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVXRI指令）時(shí)，P2口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和其它控制信號(hào)。.P3口：P3是一組帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3口輸出緩沖可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)P3口寫(xiě)“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表41所示：表3.2 接口功能端口引腳第二功能P3.0RXD （串行輸入口）P3.1TXD （串行輸出口）P3.2 （外中斷0）P3.3 （外中斷1）P3.4T0 （定時(shí)/計(jì)數(shù)器0）P3.5T1 （定時(shí)/計(jì)數(shù)器1）P3.6 （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）P3.7 （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）端口引腳第二功能P3.0RXD （串行輸入口）P3.1TXD （串行輸出口）P3.2 （外中斷0）P3.3 （外中斷1）P3.4T0 （定時(shí)/計(jì)數(shù)器0）P3.5T1 （定時(shí)/計(jì)數(shù)器1）P3.6 （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）P3.7 （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。.RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。3.ALE/ ：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘振蕩器頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)AL脈沖。對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ ）。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令A(yù)LE才會(huì)被激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE無(wú)效。.程序儲(chǔ)存允許（ ）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C51由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的 信號(hào)不出現(xiàn)。14.EA/VPP：外部訪問(wèn)允許。欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA 端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的命令。Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp.XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。.XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。43.4.4 單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)圖 3-9單片機(jī)電路圖3.5 GSM模塊GSM模塊采用的是西門(mén)子生產(chǎn)的TC35I芯片：3.5.1 TC35I簡(jiǎn)單介紹TC35i新版西門(mén)子工業(yè)GSM模塊是一個(gè)支持中文短信息的工業(yè)級(jí)GSM模塊,工作在EGSM900和GSM1800雙頻段,電源范圍為直流3.34.8V ,電流消耗休眠狀態(tài)為3.5mA，空閑狀態(tài)為25mA，發(fā)射狀態(tài)為300mA(平均)，2.5A峰值；可傳輸語(yǔ)音和數(shù)據(jù)信號(hào), 功耗在EGSM900(4類)和GSM1800(1類)分別為2W和1W ,通過(guò)接口連接器和天線連接器分別連接SIM卡讀卡器和天線。SIM電壓為3V/1.8V，TC35i的數(shù)據(jù)接口(CMOS電平)通過(guò)AT命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù),可選波特率為300b/s115kb/s , 自動(dòng)波特率為1.2kb/s115kb/s。它支持Text和PDU格式的SMS(Short Message Service,短消息),可通過(guò)AT命令或關(guān)斷信號(hào)實(shí)現(xiàn)重啟和故障恢復(fù)，TC35i由供電模塊(ASIC)、閃存、ZIF連接器、天線接口等6部分組成。作為T(mén)C35i的核心基帶處理器主要處理GSM終端內(nèi)的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)信號(hào)，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有模擬和數(shù)字功能。73.5.2 TC35I引腳介紹 圖3-10 TC35I引腳圖TC35i模塊有40個(gè)引腳，通過(guò)一個(gè)ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座)連接器引出。這40個(gè)引腳可以劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制。TC35i的第15引腳是正電源輸入腳通常推薦值4.2V，第610引腳是電源地。11、12為充電引腳，可以外接鋰電池，13為對(duì)外輸出電壓(共外電路使用)，14為ACCU-TEMP接負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，用于鋰電池充電保護(hù)控制。 15腳是啟動(dòng)腳IGT，系統(tǒng)加電后為使TC35i進(jìn)入工作狀態(tài),必須給IGT加一個(gè)大于100ms的低脈沖,電平下降持續(xù)時(shí)間不可超過(guò)1ms。81623為數(shù)據(jù)輸入/輸出，分別為DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0 和DCD0。tc35i模塊的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口實(shí)際上是一個(gè)串行異步收發(fā)器，符合ITU-T RS232接口標(biāo)準(zhǔn)。它有固定的參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無(wú)校驗(yàn)位，波特率在300bps115kbps之間可選，默認(rèn)9600。硬件握手信號(hào)用RTS0/CTS0，軟件流量控制用XON/XOFF，CMOS電平，支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令集。15其中18腳RxD0、19腳TxD0為T(mén)TL的串口通訊腳，需要和單片機(jī)或者PC通訊。TC35i使用外接式SIM卡, 2429