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

【摘 要】随着城镇化的快速发展，目前越来越多的物业公司都使用基于嵌入式设备开发的智能楼宇安防系统，但是由于主控芯片与其他I/O设备不同步而导致系统不稳定的问题时常发生，本文介绍了一种高速单片机主控芯片在智能楼宇安防系统中得到实现的过程。

【关键词】低功耗；单片机；智能楼宇安防系统；应用

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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[责任编辑：王楠]