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1 裝置硬件設計 辦公樓智能監(jiān)控系統(tǒng)所實現(xiàn)的功能為：溫度、濕度調節(jié)，火災預警，照明燈光控制和飲水機控制，此外，針對辦公樓這類特殊建筑，還應包括大樓安全的集中報警、網(wǎng)絡線路、消防通道部門的集中監(jiān)控。本文設計的辦公樓智能監(jiān)控系統(tǒng)主體結構框圖如圖1所示，擬采用智能采集終端與PC機共同組成監(jiān)測系統(tǒng)。其工作過程為：上位機周期性向各個下位機發(fā)送控制命令，并接收各下位機傳送回來的數(shù)據(jù)，對所采集到的數(shù)據(jù)進行顯示和保存。智能數(shù)據(jù)采集終端可采集模擬量數(shù)據(jù)和開關量數(shù)據(jù)，并可實現(xiàn)溫度、濕度的檢測與控制。采集終端可以接收上位機發(fā)送的命令以及將采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳送到上位機。 2 硬件總體設計方案 依據(jù)上述對裝置的功能規(guī)劃，可將裝置規(guī)劃為兩部分設計，智能監(jiān)控系統(tǒng)由上位機和下位機兩大部分組成，其中上位機由PC機來實現(xiàn)；下位機包括由MSP430F149構成的主控單片機、4×4的人機接口鍵盤、繼電器控制電路和聲光電報警電路燈。 2．1 單片機選型 本設計選用TI公司MSP430系列超低功耗的MSP430F149單片機作為主控芯片。該芯片具有豐富的片上外圍模塊，所需外部元件較少，具有較高的性價比。它是由2個16位定時器、8路快速12位A／D轉換器、2個通用串行同步／異步通信信號接口(USART)和148個I／O引腳等構成的微控制器。 2．2 溫、濕度的檢測 采用瑞士盛世瑞恩(Sensirion)公司生產(chǎn)的SHT7l立式插針型溫濕度傳感器芯片，其性能參數(shù)為： 全量程標定，兩線數(shù)字輸出； 濕度測量范圍：O～100％RH； 溫度測量范圍：-40～+123．8℃； 濕度測量精度：±3．0％RH； 溫度測量精度：±0．4℃(25℃)； 響應時間：＜4s； 低功耗(典型30μW) 可完全浸沒。 SHT71與單片機MSP430F149的接口電路如圖2所示。 2．3 煙霧傳感器選型 本系統(tǒng)選用的煙霧傳感器為北京瑞利威爾科技發(fā)展有限公司提供的JTYLZ-1412離子感煙器。JTY LZ-1412采用現(xiàn)代工藝技術制造，為自鎖型探測器，當報警鎖定后，須通過瞬間中斷電源來使其復位。主要技術參數(shù)如下： 工作溫度范圍：-10℃～49℃ 工作濕度范圍：10％至93％RH 報警復位：瞬間斷電 繼電器觸點參數(shù)：阻性或感性(60％功率因數(shù))負載 A型：2．0A@30VAC／DC 系統(tǒng)電壓：12VDC(最大4V波動) 復位電壓：0-73VDC(最小) 復位時間：0．3s 上電時間：30s 2．4 紅外傳感器選型 本系統(tǒng)選擇HN911型熱釋電紅外探測模塊來完成對人體的探測，從而實現(xiàn)對室內(nèi)照明燈和飲水機的控制。HN911具有靈敏度高、抗干擾能力強、耐低溫(-30℃)及使用方便等特點，主要用來探測人體發(fā)射出的紅外線能量。模塊的主要技術參數(shù)如表1所示。采用HN911的測量熱體的電路如圖3所示。 2．5 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接口電路設計 在該系統(tǒng)中主要考慮模擬前端為傳感器，從傳感器送來的是標準信號，即4mA～20mA，這樣設計具有一定的通用性，只要前端接不同的傳感器就可以采集不同的信號源。由于A／D轉換基準為電壓，也就是參考源為電壓，所以A／D轉換的是電壓，這樣需要將電流信號轉換為電壓信號。圖4所示為具體的模擬量采集電路圖。與單片機的連接如圖5所示。 2．6 開關量輸入電路設計 當智能終端對現(xiàn)場開關量數(shù)據(jù)進行采集時，現(xiàn)場可能會有較大的干擾，若這些干擾隨輸入信號一起進入智能終端，則會使控制的準確性降低，產(chǎn)生誤動作。因此，本系統(tǒng)在開關量電路和單片機之間用光電耦合器TLP521-4進行了隔離。電路如圖6所示。 2．7 鍵盤電路設計 矩陣鍵盤電路主要利用MSP430單片機的一般I／O口來進行擴展設計。矩陣鍵盤電路由行線和列線組成，矩陣鍵盤通過掃描來捕獲鍵盤的輸入。所謂掃描就是單片機不斷地對行線依次設置低電平，然后檢查列線的輸入狀態(tài)，從而確定鍵盤是否有輸入，如圖7所示為鍵盤的電路設計圖。 2．8 RS485通信電路設計 MSP430F149單片機的串行口輸入輸出均為TTL電平，這種以TTL電平傳輸數(shù)據(jù)的方式，抗干擾差，傳輸距離短。為了提高串行通訊的可靠性，增大傳輸距離，本系統(tǒng)采用RS-48 5標準串行接口。本系統(tǒng)選用Maxim公司的MAX3485收發(fā)器芯片。 2．9 電源電路及復位電路 MSP430F149要求用3．3V供電，本應用中采用了TI公司TPS7xxx系列電源轉換芯片中的TPS7333，將電路板外接的+5V轉換成+3．3V。同時TPS7333提供系統(tǒng)復位信號，實現(xiàn)電壓監(jiān)控。電源電路如圖9所示。 2．10 時鐘電路 MSP430F149具有三種不同頻率的時鐘：ACLK(輔助時鐘)、MCLK(主系統(tǒng)時鐘)和SMCLK(子系統(tǒng)時鐘)，三種時鐘分別送給不同模塊。由于系統(tǒng)的功耗與工作頻率成正比，因此靈活的時鐘使系統(tǒng)的超低功耗成為可能。為滿足不同頻率時鐘的需求，MSP430單片機外接32kHz的低頻時鐘和8MHz的高頻時鐘。其中32kHz時鐘用于產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘，而8MHz時鐘用于CPU快速工作。時鐘電路外接圖如圖10所示。 3 軟件主程序設計 在主程序中，首先應對系統(tǒng)進行初始化，然后再每隔100ms執(zhí)行一次如下任務：進行一次模擬量、開關量的采集，掃描一次鍵盤看是否有按鍵按下，數(shù)據(jù)采集后的濾波計算以及相應的輸出控制。時間間隔由定時器A定時中斷得到。當所有的任務執(zhí)行完后，在下一次定時中斷到來之前，為了降低系統(tǒng)功耗，單片機將處于低功耗模式。主程序流程圖如圖11所示。 4 結論 本辦公樓智能監(jiān)控裝置硬件結構簡單，軟件設計靈活，充分發(fā)揮了單片機結構緊湊、功能強大的優(yōu)點，是一種電路設計新穎、參數(shù)測量準確、操作方便的智能監(jiān)控裝置。 |
