基于51单片机多功能报警接收控制器的设计

盛建荣（金华广播电视大学，浙江 金华 321022）

0 引言

在城市快速发展的过程中，城市人口数量巨增，给社会治安带来很大压力。工厂、机关和居家失盗、抢劫等事件时有发生。为此，政府部门提倡采用高科技手段实现技术防范措施。针对目前市场上的家用网络摄像机报警只有一个输入接口，而用户实际需要接入多种报警源（防火、防盗、防抢）的问题，开发设计可以接入种多报警源的报警接收控制器，它能配合网络摄像机把报警现场的视频实时传回报警中心和业主，让报警中心或业主根据报警现场的视频情况及时处理，提高效率，降低成本。

1 硬件电路设计

本控制器的核心芯片采用STC11F08XE单片机，复位芯片选用美信半导体的MAX813L，无线接收芯片选用法国SYNOXO半导体公司SYN480R。系统整体功耗较小，兼容性好，稳定性高。

1.1 硬件结构

硬件的结构和可靠性直接影响着整个系统的可靠性，所以合理安排电路能提高电子产品的性能。本控制器的系统框图如图1所示，其中实线大框内的是本项目的原理框图。本系统以STC11F08XE单片机为控制核心，具有在线编程、低功耗、5 V工作电压、内置资源丰富的特点。I/O口有 40个，Flash程序存储器为 8 KB，SRAM为 1 280 B，内置波特率发生器，2个定时器，内置看门狗等；ASK/OOK高灵敏度超外差接收芯片 SYN480R，具有低功耗3.7 mA（315 MHz，完全工作），频率范围为315～433.92 MHz，接收灵敏度为-107 dBm，传输速率10 kb/s（SWP）。复位芯片 MAX813L具有四个功能：上电和掉电状态下的复位功能、WATCHDOG输出功能、1.25 V掉电告警门限检测器、手动复位输入[1]。

无线接收芯片SNY480R可以提供固定和扫频两种基本的工作模式，本系统采用固定模式[2]。在这种模式下，芯片内会产生固定的本振信号，仅仅需要输入外部时钟信号或外接一个石英晶振即可，但该接收模式下需要发射机有相对精确稳定的发射频率，所以通常都使用声表面滤波SAW和石英晶振。

图1 控制器系统框图

1.2 电路设计

1.2.1 系统复位电路

在系统运行的过程中，有时可能需要对系统进行复位。为了避免对硬件系统经常加电和断电造成的损害，设计了手动的复位电路，如下图2所示。该电路在系统的运行过程中需要复位时，只需使开关闭合，在RESET端就会出现一定时间的高电平信号，从而使单片机实现复位。

图2 系统复位电路图

1.2.2 系统晶振电路

单片机必须在时钟的驱动下才能进行工作。STC11FXX系列单片机内部都有一个时钟振荡电路，只需外接晶振源，就能产生一定频率的时钟信号送到单片机内部的各个单元，决定单片机的工作速度[3]。本设计采用外接晶振的方法，电路中两个电容的作用：一是帮助振荡器起振；二是对振荡器的频率起到微调的作用。

1.2.3 系统输入电路

按输入的方式分有线信号输入和无线信号输入两种，图3是有线信号的输入电路设计，图中CAR0_IN是防火探头的输入端，常开开关输入；CAR1_IN是防劫持按钮的输入端，常开开关输入；CAR2_IN是有线防盗探测器信号输入，常闭开关输入；CAR3_IN是目前市面上常用的报警主机的接入，由于这个信号是有电源电压的输入，为防止正负极性接错而损坏设备，故在电路中设计了极性转换电路；CAR4_IN、CAR5_IN为预留的外部防盗报警探头的输入，这两路的输入可以通过K1、K2这2个开关设置输入方式是常开的还是常闭的输入信号。K1/K2闭合，则 CAR4_IN、CAR5_IN为常闭输入，否则为常开输入[4]。

图3 系统输入电路

1.2.4 无线报警接收电路

无线报警探头及遥控器的发送信号经过无线接收电路接受后送入单片机，本电路的特点是，单片机任意I/O口都可以接受无线信号进行解码，如图4所示。

图4 无线报警接收电路

1.2.5 系统输出电路

输出电路主要是报警输出信号和指示灯的指示信号。报警输出端口采用光电耦合管隔离，防止外接高电压输入烧坏单片机。指示灯采用双色的二极管（红色、绿色），当有输出时，指示灯亮绿色，无输出则亮红色。

2 软件设计

软件设计的任务是在整体设计和硬件设计的基础上，确定程序结构，分配内存RAM资源，划分功能模块，然后进行主程序和各模块程序的设计，最后与硬件相结合完成相应功能[5]。

2.1 主程序设计

主程序采用模块化设计，系统流程如图5所示。开机进入主程序后对端口及相关寄存器、定时器等进行初始化，检测是否需要清除以前保存的数据信息（探头的编码及状态信息），若需要清除则进入清除数据子程序，若不需要清除数据，则进入读取已保存的数据信息并保存这些信息到相应的数组和变量中；初始化定时器，开启定时器，开启中断功能，用串口发送已读取的信息（便于系统调试、测试），再判断当前EEPROM数据是否为空且不处于工作模式，如果是则设备不工作，并提示用户进行学习；否则按模式开关的状态进入相关的工作模式。工作模式按工作子程序运行，学习模式按学习子程序运行。

图5 系统流程图

2.2 学习子程序

SYN480R与CPU 的连接仅需要一条线，只要将SYN480R的DO和STC11F08XE的P4.0口连接即可。SYN480R片内自动完成所有的RF及IF调谐，输出信号通过CPU的端口进行解码。

PT2262编码芯片是一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，它每次发射时至少发射4组字码。每组字码之间由同步码隔开，用单片机软件解码时，程序只要判断出同步码，然后对后面的字码进行脉冲宽度识别即可。一个字码由8位地址码加4位数据码即12位AD码组成，地址码和数据码都用不同宽度的脉冲来表示，用“1”表示两个宽脉冲；用“0”表示两个窄脉冲；用“F”表示一个宽脉冲和一个窄脉冲，也就是地址码的“悬空”。设置地址码时应考虑：同一个系统地址码须一致；不同的系统可以依靠不同的地址码加以区分；至于设置什么样的地址码完全由用户决定。

根据上述特点我们用定时器计数的方式测量电平脉冲的宽度，根据这个宽度判断是同步码、“0”码、“1”码、“F”码和错误码，然后做相应的处理完成解码过程。为了确保接收到的码是正确的，采用连续两次收到相同的码后才能确认的方式来解码。

2.3 工作子程序

在进入工作子程序时，先检测各个外接有线输入端口是否有有效信号输入，如果有则根据规则输出相应的信号，比如：火警输入信号有效，则立刻对外输出报警信号；如果有有线报警信号输入，则需要检测目前是否是布防状态，是布防状态则立即对外输出报警信号，若是撤防状态则什么也不做。有线信号检测完毕后进入无线信号接收，无线信号接收和学习模式相同，当收到一组解码信息后，立刻与布防数组、撤防数组、防劫数组、报警探头1数组、报警探头2数组的信息对比，一旦有一个数组信息与收到的解码信息相同就执行相应的动作，比如：若收到与解码信号的布防码信号一致，则系统检查当前的状态，若是撤防状态就修改当前状态为布防状态，修改相应的输出指示及状态标志，如果是布防状态则什么也不做。若收到的解码信号与防劫按钮学习码一致则立即对外输出报警信号，输出信号保存1 s后停止输出信号。若收到的是报警探头的解码信号，则系统检测当前的布防状态标记，如果是布防状态，则立即对外输出报警信号，输出信号保存1 s后停止输出信号；如果是撤防状态则系统什么也不做。工作子程序的流程如图6所示。

图6 子程序工作流程

3 结论

该控制器采用先进的微处理技术作为控制核心，集成度高，可靠性好，具有多种灵活接口。可以接收2路无线报警探头信号和2路有线防盗报警探头信号的输入；可以接入24小时布防的火警探测器、防抢劫按钮等有线探测器的输入；可以对接其他报警主机的报警信号输入，实现多种探测器的输入；通过报警输出口和网络摄像机报警输入口配套使用，还可实现无线遥控布防、撤防。随着社会的发展，相信多功能报警接收控制器必将会广泛应用。

[1]张齐.单片机应用系统设计技术[M].北京：电子工业出版社，2007.

[2]唐德礼.单片机原理及应用[M].武汉：华中科技大学出版社，2005.

[3]李升.单片机原理与接口技术[M].北京：北京大学出版社，2011.

[4]蔡向东.单片机软件模拟SPI接口的解决方案[J].信息技术，2006（6）：134-136.

[5]王晓东.用软、硬结合的方法实现对PT2262的解码[J].山西电子技术，2008（5）：40-41.