一种低功耗单片机芯片在智能楼宇安防系统中的应用

刘尘尘

（西昌学院，四川 西昌 615013）

0 前言

目前国内城镇建设日益发展，智能楼宇安防系统市场需求加剧，目前集成式、中控式智能楼宇安防系统日趋凸显不足（例如对主干网络过于依赖、功耗过大），因此根据实验室原有的8051单片机相关平台，结合工程项目经验，研发一款既具有中央控制单元，又有分布式结构的智能楼宇安防系统。分布式控制模块主要分布在各层主要楼道中，通过RJ45模块与中央处理模块通讯；中央处理模块利用最新由STC公司开发的12C5A60S2单片机对汇集信息进行集中处理，必要时，可以通过界面和短信报警。通过上述模块，最终达到小区、楼宇安防系统智能化的需求目标。

1 基于高速单片机控制的智能楼宇安防系统总体结构

本项目由两个部分组成，分别是：中央处理模块（计算机）和分布式处理模块，模块之间的连接关系如图1所示：

图1 智能楼宇安防系统总结构图

其中中央处理模块完成功能：1.实时显示模块监测情况；2.及时处理和报警突发事件；分布式处理模块功能：1.采集和处理温、湿度，烟雾，震动等传感器信息；2.与中央处理模块进行有线通讯（串口RS485或 RJ45）。

2 主控芯片STC12C5A60S2和温控传感器DS18B20在智能楼宇安防系统设计中的应用

2.1 STC12C5A60S2与AT89C51异同点

本次系统的核心主控芯片STC12C5A60S2和过去常用的使用Atmel公司制造的AT89C51系列作对比如表1所示。

从表1可以看出，STC12C5A60S2能力比过去常用的AT89C51系列得到加强，作为本次系统开发使用到的主要有以下三个特点：

第一点：工作电压。AT89C51单片机使用电压只能是5.5V，但是在本次系统设计中，为了体现低功耗的特点，因此把电压控制在3.3V左右，加入了3.3V电源模块，同时，为了今后扩展需要，也保留了常用的5.5V电源。

第二点：掉电唤醒引脚。STC12C5A60S2具有掉电唤醒功能，STC的唤醒机制就是进中断，通过MCU_POWER_DOWN（MCU掉电程序）和INT0_int()interrupt 0（外部中断0服务程序），可以使得该芯片进入掉电服务程序，在本系统设计中，该功能与定时器配合，使得智能楼宇安防系统的运行时间更加人性化，可以进一步降低功耗。

表1 AT89C51系列和STC12C5A60S2主要性能对比表

第三点：内置的晶振和复位电路。电路板布局是硬件设计的重点，STC12C5A60S2单片机将过去需要单独设计的晶振和复位电路内置，节约了电路空间，使得电路板更加紧凑，合理，为今后系统扩展留下了硬件空间。

2.2 利用STC12C5A60S2的A/D功能实现温度检测

为了强化智能楼宇安防系统的低功耗性能，充分发挥节能减排作用，因此需要精准掌握和控制温度，在本系统中，使用温度传感器DS18B20作为温度检测芯片。这里提供DS18B20芯片的读写时序图如图2所示。

图2 DS18b20的读/写时序图

写时间隙分为写“0”和写“1”，时序如图2。在写数据时间隙的前15us总线需要是被控制器拉置低电平然后是采样时间，这个时间为15～60us，读时间隙时控制时的采样时间应该更加的精确才行，读时间隙时也是必须先由主机产生至少1us的低电平，代表读时间的开始。随后DS18b20会在总线被释放后的15us发送内部数据位，这时若总线为高电平就读为“1”，若总线为低电平就读为“0”。在读每一位之前都由控制器加一个起始信号。

DS18B20的引脚定义如图3所示。

图3 DS18B20芯片的引脚定义图

DS18b20内部是由六个部分组成的：电源部分的电路、64位光刻ROM及1—wire接口、温度的传感器、温度报警触发器TH和TL、配置寄存器和CRC效验码产生器。

DS18b20引脚的功能描述：

DQ：数据输入/输出引脚的开漏引脚，单总线。当用在寄生电源供电，供电的装置。

VDD：电源引脚，可选择使用。当工作寄生电源下时，此引脚必须接地。

NC：空引脚。

DS18B20芯片与主控芯片STC12C5A60S2的电路连接图如图4所示。

图4 DS18B20芯片与主控芯片STC12C5A60S2的电路连接图

3 结语

本文介绍了一种基于新型高速单片机芯片STC12C5A60S2在智能楼宇安防系统的实现过程，详细阐述了如何利用温度传感器DS18B20精确掌握和控制温度，进一步降低降低能耗；本系统的研发为在多样化的中央处理单元中发现一种稳定、低功耗的芯片提供了一种新的途径，同时为自动控制的其他设备研发提供了一种更加稳定和快速的芯片。

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