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1 裝置硬件設計 辦公樓智能監控系統所實(shí)現的功能為：溫度、濕度調節，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(lèi)特殊建筑，還應包括大樓安全的集中報警、網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)路、消防通道部門(mén)的集中監控。本文設計的辦公樓智能監控系統主體結構框圖如圖1所示，擬采用智能采集終端與PC機共同組成監測系統。其工作過(guò)程為：上位機周期性向各個(gè)下位機發(fā)送控制命令，并接收各下位機傳送回來(lái)的數據，對所采集到的數據進(jìn)行顯示和保存。智能數據采集終端可采集模擬量數據和開(kāi)關(guān)量數據，并可實(shí)現溫度、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場(chǎng)數據傳送到上位機。 2 硬件總體設計方案 依據上述對裝置的功能規劃，可將裝置規劃為兩部分設計，智能監控系統由上位機和下位機兩大部分組成，其中上位機由PC機來(lái)實(shí)現；下位機包括由MSP430F149構成的主控單片機、4×4的人機接口鍵盤(pán)、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?xún)r(jià)比。它是由2個(gè)16位定時(shí)器、8路快速12位A／D轉換器、2個(gè)通用串行同步／異步通信信號接口(USART)和148個(gè)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，其性能參數為： 全量程標定，兩線(xiàn)數字輸出； 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(shí)間：＜4s； 低功耗(典型30μW) 可完全浸沒(méi)。 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采用現代工藝技術(shù)制造，為自鎖型探測器，當報警鎖定后，須通過(guò)瞬間中斷電源來(lái)使其復位。主要技術(shù)參數如下： 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(diǎn)參數：阻性或感性(60％功率因數)負載 A型：2．0A@30VAC／DC 系統電壓：12VDC(最大4V波動(dòng)) 復位電壓：0-73VDC(最小) 復位時(shí)間：0．3s 上電時(shí)間：30s 2．4 紅外傳感器選型 本系統選擇HN911型熱釋電紅外探測模塊來(lái)完成對人體的探測，從而實(shí)現對室內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(diǎn)，主要用來(lái)探測人體發(fā)射出的紅外線(xiàn)能量。模塊的主要技術(shù)參數如表1所示。采用HN911的測量熱體的電路如圖3所示。 2．5 數據采集系統接口電路設計 在該系統中主要考慮模擬前端為傳感器，從傳感器送來(lái)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(yíng)／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(kāi)關(guān)量輸入電路設計 當智能終端對現場(chǎng)開(kāi)關(guān)量數據進(jìn)行采集時(shí)，現場(chǎng)可能會(huì )有較大的干擾，若這些干擾隨輸入信號一起進(jìn)入智能終端，則會(huì )使控制的準確性降低，產(chǎn)生誤動(dòng)作。因此，本系統在開(kāi)關(guān)量電路和單片機之間用光電耦合器TLP521-4進(jìn)行了隔離。電路如圖6所示。 2．7 鍵盤(pán)電路設計 矩陣鍵盤(pán)電路主要利用MSP430單片機的一般I／O口來(lái)進(jìn)行擴展設計。矩陣鍵盤(pán)電路由行線(xiàn)和列線(xiàn)組成，矩陣鍵盤(pán)通過(guò)掃描來(lái)捕獲鍵盤(pán)的輸入。所謂掃描就是單片機不斷地對行線(xiàn)依次設置低電平，然后檢查列線(xiàn)的輸入狀態(tài)，從而確定鍵盤(pán)是否有輸入，如圖7所示為鍵盤(pán)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T(mén)TL電平，這種以TTL電平傳輸數據的方式，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，本系統采用RS-48 5標準串行接口。本系統選用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(shí)TPS7333提供系統復位信號，實(shí)現電壓監控。電源電路如圖9所示。 2．10 時(shí)鐘電路 MSP430F149具有三種不同頻率的時(shí)鐘：ACLK(輔助時(shí)鐘)、MCLK(主系統時(shí)鐘)和SMCLK(子系統時(shí)鐘)，三種時(shí)鐘分別送給不同模塊。由于系統的功耗與工作頻率成正比，因此靈活的時(shí)鐘使系統的超低功耗成為可能。為滿(mǎn)足不同頻率時(shí)鐘的需求，MSP430單片機外接32kHz的低頻時(shí)鐘和8MHz的高頻時(shí)鐘。其中32kHz時(shí)鐘用于產(chǎn)生系統時(shí)鐘，而8MHz時(shí)鐘用于CPU快速工作。時(shí)鐘電路外接圖如圖10所示。 3 軟件主程序設計 在主程序中，首先應對系統進(jìn)行初始化，然后再每隔100ms執行一次如下任務(wù)：進(jìn)行一次模擬量、開(kāi)關(guān)量的采集，掃描一次鍵盤(pán)看是否有按鍵按下，數據采集后的濾波計算以及相應的輸出控制。時(shí)間間隔由定時(shí)器A定時(shí)中斷得到。當所有的任務(wù)執行完后，在下一次定時(shí)中斷到來(lái)之前，為了降低系統功耗，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 本辦公樓智能監控裝置硬件結構簡(jiǎn)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(diǎn)，是一種電路設計新穎、參數測量準確、操作方便的智能監控裝置。 |
