基于AT89S51單片機(jī)的監(jiān)控與管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　摘要：在宿舍或商場的出入口中采用監(jiān)視和管理系統(tǒng)可以進(jìn)行防盜和信息提示使用?；?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/AT89S51">AT89S51單片機(jī)的控制系統(tǒng)包括四部分：數(shù)據(jù)采集、控制系統(tǒng)、時(shí)鐘電路、語音錄音電路和報(bào)音提示信息電路。該系統(tǒng)采用單片機(jī)進(jìn)行控制，結(jié)構(gòu)簡單，還可進(jìn)行多種功能的擴(kuò)展，如實(shí)現(xiàn)多機(jī)通訊，對(duì)更大的場合進(jìn)行監(jiān)控與管理等。

　　關(guān)鍵詞：單片機(jī)，監(jiān)控與管理，硬件，程序

1 引言

　　在學(xué)校宿舍、課室、圖書館、商場等場所的出入口，如果采用監(jiān)控與管理系統(tǒng)，就可以對(duì)進(jìn)出的人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以利用錄音設(shè)備或顯示設(shè)備進(jìn)行溫馨提示的管理工作，也可以在非進(jìn)入時(shí)間進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警等處理。基于AT89S51單片機(jī)的監(jiān)控與管理系統(tǒng)由于采用了單片機(jī)進(jìn)行控制，大大簡化了外圍硬件電路的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。同時(shí)，該系統(tǒng)可以進(jìn)行很多的擴(kuò)展，如實(shí)現(xiàn)多機(jī)通訊，對(duì)更大的場合進(jìn)行監(jiān)控與管理等。

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

2．1結(jié)構(gòu)框圖

圖1 基于AT89S51單片機(jī)的監(jiān)控與管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

　　圖1所示是基于AT89S51單片機(jī)的監(jiān)控與管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。該系統(tǒng)采用了AT89S51單片機(jī)系統(tǒng)來控制系統(tǒng)的工作，采用語音專用錄音芯片，同時(shí)也加上時(shí)鐘芯片，這樣就可以根據(jù)自己和場合的需要進(jìn)行不同的錄音，發(fā)出適合的報(bào)音信號(hào)，而且也可以實(shí)時(shí)顯示時(shí)鐘、日歷等，如果選用液晶顯示電路，還可以進(jìn)行文字顯示，用于溫馨提示，消息或新聞的發(fā)布等。本處只介紹利用語音IC實(shí)現(xiàn)報(bào)音的提示功能。

　　該系統(tǒng)由于采用了單片機(jī)的軟件編程實(shí)現(xiàn)控制各模塊電路的工作，并且可以通過鍵盤進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，使得該系統(tǒng)變得更加完整，功能更多，同時(shí)可以進(jìn)行擴(kuò)展。

2．2 工作原理

1、 硬件組成

圖2  各模塊單元電路

　　該系統(tǒng)由AT89S51單片機(jī)最小系統(tǒng)電路為主要結(jié)構(gòu)，利用其I/O口進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和控制。圖2是各單元電路。

　　該電路的工作原理是：首先由無線熱釋電人體紅外探頭根據(jù)人體恒溫（37℃）發(fā)出特定波長（10uM）的紅外線，通過菲泥爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上，再經(jīng)熱釋電元件產(chǎn)生一定的電荷信號(hào)并送往單片機(jī)，此時(shí)單片機(jī)馬上讀取當(dāng)前時(shí)間，并與之前單片機(jī)設(shè)定的時(shí)間段進(jìn)行比較，如果發(fā)現(xiàn)當(dāng)前時(shí)間落在所設(shè)時(shí)間段范圍內(nèi)，則向錄音電路芯片發(fā)出控制信號(hào)，把相應(yīng)時(shí)間段的錄音內(nèi)容送到報(bào)音電路，然后由報(bào)音電路通過放大電路放大后驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，發(fā)出相應(yīng)的聲音；若發(fā)現(xiàn)當(dāng)前時(shí)間沒有落在所設(shè)時(shí)間段范圍內(nèi)，則不響應(yīng)該次無線熱釋電人體紅外探頭送進(jìn)來的中斷信號(hào)，即后面的全部工作將不再進(jìn)行下去，而是等待下一個(gè)中斷信號(hào)的過來。

各芯片與單片機(jī)的連接如下：

　?、僬Z音錄音芯片占單片機(jī)Ｐ0的8個(gè)Ｉ/Ｏ口及Ｐ2.0～Ｐ2.5共6個(gè)Ｉ/Ｏ口；其中單片機(jī)的P0口、P2.0和 P2.1分別與ISD2560的地址線相連，用以設(shè)置語音段的起始地址。P2.2~P2.5用以控制錄放音狀態(tài)。P1.7用于錄音鍵控制。

　?、跁r(shí)鐘芯片占用單片機(jī)Ｐ1.0～Ｐ1.2共3個(gè)Ｉ/Ｏ口；

　?、坻I盤顯示電路占用單片機(jī)Ｐ1.3～Ｐ1.6共4個(gè)Ｉ/Ｏ口。

　?、艽鎯?chǔ)器E2PROM占用Ｐ2.6和Ｐ2.7共2個(gè)Ｉ/Ｏ口

　?、輸?shù)據(jù)采集結(jié)果為外中斷輸入請(qǐng)求信號(hào)。

2．3 單元電路設(shè)計(jì)

1、單片機(jī)最小系統(tǒng)

　　該部分包括兩部分：單片機(jī)最小系統(tǒng)及串行E2PROM。單片機(jī)最小系統(tǒng)主要以AT89S51為核心，外加上電復(fù)位電路及時(shí)鐘電路組成；接入串行E2PROM主要是為了通過該E2PROM斷電后繼續(xù)保存系統(tǒng)所設(shè)定的相關(guān)參數(shù)。該電路使用的串行E2PROM是采用I2C總線接口的AT24C01，采用軟件模擬的方法實(shí)現(xiàn)I2C總線數(shù)據(jù)的傳送。

2、數(shù)據(jù)采集部分

　　為實(shí)現(xiàn)對(duì)人體數(shù)據(jù)的采集，該電路根據(jù)人體恒溫發(fā)出特定波長的紅外線信號(hào)，采用無線或有線的熱釋電人體紅外探頭，通過該探頭可以將所采集回來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一個(gè)電平信號(hào)去觸發(fā)單片機(jī)，從而送出中斷請(qǐng)求信號(hào)。由于該部分電路在本系統(tǒng)中只充當(dāng)一個(gè)中斷源使用，且不是該系統(tǒng)的核心電路部分，可采用一個(gè)成品的單元模塊進(jìn)行代替。

　　同時(shí)，由此可知，該控制系統(tǒng)也可以設(shè)置采集其他類型的數(shù)據(jù)作為中斷源，方便地修改為其他服務(wù)的控制。

3、時(shí)鐘芯片電路

　　為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能，該電路采用了美國DALLAS公司生產(chǎn)的高性能、低功耗的時(shí)鐘芯片DS1302以及一些外圍元件組成[1]，該芯片具有時(shí)鐘/日歷功能，電路中配備了兩粒紐扣式后備電池，以保證DS1302在外電源中斷后正常計(jì)時(shí)，在單片機(jī)開機(jī)后，可以通過鍵盤校準(zhǔn)DS1302的時(shí)間、日歷。

4、語音錄音芯片電路

　　為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同的使用場合，發(fā)出不同的報(bào)音內(nèi)容，該電路采用了語音專用錄音ISD2560[2]，它具有抗斷電、音質(zhì)好，使用方便，無須專用的開發(fā)系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。錄音時(shí)間為60 s，能重復(fù)錄放達(dá)10萬次。只要通過麥克風(fēng)便可向錄音芯片錄入你想錄入的內(nèi)容。

5、鍵盤、數(shù)碼管顯示電路

　　電路的鍵盤控制和顯示電路采用zlg7289A芯片構(gòu)成數(shù)碼管顯示電路作為顯示[3]。該芯片具有SPI串行接口功能，無需外圍元件可直接驅(qū)動(dòng)LED，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管(或64只獨(dú)立LED)的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，使用非常方便。zlg7289A 內(nèi)部含有譯碼器可直接接受BCD碼或16 進(jìn)制碼并同時(shí)具有2 種譯碼方式此外還具有多種控制指令如消隱﹑閃爍﹑左移﹑右移﹑段尋址等，使用非常方便。只使用單片機(jī)的4個(gè)端口。

6、報(bào)音電路

　　采用芯片ISD2560輸出已經(jīng)具有一定的功率，能正常驅(qū)動(dòng)小的揚(yáng)聲器，但是為了能讓報(bào)出的報(bào)音信號(hào)能更宏亮，更讓人察覺，在輸出已有一定的功率的情況下再加兩級(jí)放大電路對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行繼續(xù)放大，以驅(qū)動(dòng)更大功率的揚(yáng)聲器，發(fā)出更加響亮的聲音。

3.軟件設(shè)計(jì)

圖3 主程序流程         

圖4時(shí)鐘芯片的流程      

圖5 中斷程序流程

　　主程序主要是用于系統(tǒng)開始或復(fù)位的初始化及調(diào)用各個(gè)子程序來完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制，在初始化模塊中除了一般的堆棧指針設(shè)置及對(duì)各個(gè)所要用到的寄存器進(jìn)行賦值，還要對(duì)鍵盤顯示控制芯片ZLG7289的復(fù)位初始化。主程序流程圖見圖3。

　　圖4是時(shí)鐘芯片DS1302程序流程，檢測(cè)工作時(shí)間是否正確，如用戶有修改，則采用用戶修改結(jié)果。圖5是其中斷服務(wù)程序流程。其主要過程是開機(jī)進(jìn)行初始化后，檢測(cè)熱釋電元件是否產(chǎn)生一定的電信號(hào)，然后把現(xiàn)在的時(shí)間和E2PROM所存儲(chǔ)時(shí)間相比較，判斷是否需要播放某一段錄音的時(shí)間，如果是，則播放相應(yīng)的語言，然后返回。E2PROM所存儲(chǔ)時(shí)間，用戶可以鍵盤進(jìn)行輸入設(shè)置。同時(shí)，在編程時(shí)，可以設(shè)置設(shè)計(jì)算中斷的次數(shù)，從而計(jì)算進(jìn)出的人數(shù)。在非開放時(shí)間，如檢測(cè)到人體信號(hào)，則可以輸出報(bào)警信號(hào)。

4．結(jié)語

　　本系統(tǒng)以AT89S51單片機(jī)為核心，以無線熱釋電人體紅外探頭信號(hào)為中斷請(qǐng)求信號(hào)，以當(dāng)前時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)控制報(bào)音的目的。本系統(tǒng)的創(chuàng)新之處是系統(tǒng)硬件電路上比較簡單，使用元件少，電路更具有可用性，性價(jià)比高，可方便安裝于各種需監(jiān)測(cè)和管理場所。該系統(tǒng)非常方便擴(kuò)展，如培養(yǎng)攝像頭啟動(dòng)控制等，如果要實(shí)現(xiàn)更大范圍的檢測(cè)和監(jiān)控，還非常方便改裝成為主—從機(jī)的多機(jī)通信形式。

參考文獻(xiàn)：

[1]于復(fù)生，宋現(xiàn)春等，時(shí)鐘芯片DS1302及其在數(shù)據(jù)記錄中的應(yīng)用   電子技術(shù)應(yīng)用 2000年3月
[2]肖海榮，王鳳瑛等，基于AT89C2051和ISD2560的錄放音系統(tǒng)設(shè)計(jì)  微計(jì)算機(jī)信息 2004年第1期
[3] 廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司 zlg7289A 8 位LED 及8 8 鍵盤控制芯片選型指南/upload/eWebUpload/200703/20070312110856345.pdf