基于AT89S51單片機的監(jiān)控與管理系統(tǒng)的設計

1 引言

在學校宿舍、課室、圖書館、商場等場所的出入口，如果采用監(jiān)控與管理系統(tǒng)，就可以對進出的人數(shù)進行統(tǒng)計，可以利用錄音設備或顯示設備進行溫馨提示的管理工作，也可以在非進入時間進行監(jiān)控報警等處理。基于AT89S51單片機的監(jiān)控與管理系統(tǒng)由于采用了單片機進行控制，大大簡化了外圍硬件電路的設計，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。同時，該系統(tǒng)可以進行很多的擴展，如實現(xiàn)多機通訊，對更大的場合進行監(jiān)控與管理等。

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

2．1結(jié)構(gòu)框圖

圖1 基于AT89S51單片機的監(jiān)控與管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

圖1所示是基于AT89S51單片機的監(jiān)控與管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。該系統(tǒng)采用了AT89S51單片機系統(tǒng)來控制系統(tǒng)的工作，采用語音專用錄音芯片，同時也加上時鐘芯片，這樣就可以根據(jù)自己和場合的需要進行不同的錄音，發(fā)出適合的報音信號，而且也可以實時顯示時鐘、日歷等，如果選用液晶顯示電路，還可以進行文字顯示，用于溫馨提示，消息或新聞的發(fā)布等。本處只介紹利用語音IC實現(xiàn)報音的提示功能。

該系統(tǒng)由于采用了單片機的軟件編程實現(xiàn)控制各模塊電路的工作，并且可以通過鍵盤進行參數(shù)的設置，實現(xiàn)了自動控制，使得該系統(tǒng)變得更加完整，功能更多，同時可以進行擴展。

2．2 工作原理

1、 硬件組成

圖2 各模塊單元電路

該系統(tǒng)由AT89S51單片機最小系統(tǒng)電路為主要結(jié)構(gòu)，利用其I/O口進行數(shù)據(jù)的采集和控制。圖2是各單元電路。

該電路的工作原理是：首先由無線熱釋電人體紅外探頭根據(jù)人體恒溫（37℃）發(fā)出特定波長（10uM）的紅外線，通過菲泥爾濾光片增強后聚集到紅外感應源上，再經(jīng)熱釋電元件產(chǎn)生一定的電荷信號并送往單片機，此時單片機馬上讀取當前時間，并與之前單片機設定的時間段進行比較，如果發(fā)現(xiàn)當前時間落在所設時間段范圍內(nèi)，則向錄音電路芯片發(fā)出控制信號，把相應時間段的錄音內(nèi)容送到報音電路，然后由報音電路通過放大電路放大后驅(qū)動揚聲器，發(fā)出相應的聲音；若發(fā)現(xiàn)當前時間沒有落在所設時間段范圍內(nèi)，則不響應該次無線熱釋電人體紅外探頭送進來的中斷信號，即后面的全部工作將不再進行下去，而是等待下一個中斷信號的過來。

各芯片與單片機的連接如下：

①語音錄音芯片占單片機Ｐ0的8個Ｉ/Ｏ口及Ｐ2.0～Ｐ2.5共6個Ｉ/Ｏ口；其中單片機的P0口、P2.0和 P2.1分別與ISD2560的地址線相連，用以設置語音段的起始地址。P2.2~P2.5用以控制錄放音狀態(tài)。P1.7用于錄音鍵控制。

②時鐘芯片占用單片機Ｐ1.0～Ｐ1.2共3個Ｉ/Ｏ口；

③鍵盤顯示電路占用單片機Ｐ1.3～Ｐ1.6共4個Ｉ/Ｏ口。

④存儲器E2PROM占用Ｐ2.6和Ｐ2.7共2個Ｉ/Ｏ口

⑤數(shù)據(jù)采集結(jié)果為外中斷輸入請求信號。

2．3 單元電路設計

1、單片機最小系統(tǒng)

該部分包括兩部分：單片機最小系統(tǒng)及串行E²PROM。單片機最小系統(tǒng)主要以AT89S51為核心，外加上電復位電路及時鐘電路組成；接入串行E²PROM主要是為了通過該E²PROM斷電后繼續(xù)保存系統(tǒng)所設定的相關(guān)參數(shù)。該電路使用的串行E²PROM是采用I²C總線接口的AT24C01，采用軟件模擬的方法實現(xiàn)I²C總線數(shù)據(jù)的傳送。

2、數(shù)據(jù)采集部分

為實現(xiàn)對人體數(shù)據(jù)的采集，該電路根據(jù)人體恒溫發(fā)出特定波長的紅外線信號，采用無線或有線的熱釋電人體紅外探頭，通過該探頭可以將所采集回來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一個電平信號去觸發(fā)單片機，從而送出中斷請求信號。由于該部分電路在本系統(tǒng)中只充當一個中斷源使用，且不是該系統(tǒng)的核心電路部分，可采用一個成品的單元模塊進行代替。

同時，由此可知，該控制系統(tǒng)也可以設置采集其他類型的數(shù)據(jù)作為中斷源，方便地修改為其他服務的控制。

3、時鐘芯片電路

為了實現(xiàn)實時時鐘功能，該電路采用了美國DALLAS公司生產(chǎn)的高性能、低功耗的時鐘芯片DS1302以及一些外圍元件組成^[1]，該芯片具有時鐘/日歷功能，電路中配備了兩粒紐扣式后備電池，以保證DS1302在外電源中斷后正常計時，在單片機開機后，可以通過鍵盤校準DS1302的時間、日歷。

4、語音錄音芯片電路

為了實現(xiàn)根據(jù)不同的使用場合，發(fā)出不同的報音內(nèi)容，該電路采用了語音專用錄音ISD2560^[2]，它具有抗斷電、音質(zhì)好，使用方便，無須專用的開發(fā)系統(tǒng)等優(yōu)點。錄音時間為60 s，能重復錄放達10萬次。只要通過麥克風便可向錄音芯片錄入你想錄入的內(nèi)容。

5、鍵盤、數(shù)碼管顯示電路

電路的鍵盤控制和顯示電路采用zlg7289A芯片構(gòu)成數(shù)碼管顯示電路作為顯示^[3]。該芯片具有SPI串行接口功能，無需外圍元件可直接驅(qū)動LED，可同時驅(qū)動8位共陰式數(shù)碼管(或64只獨立LED)的智能顯示驅(qū)動芯片，使用非常方便。zlg7289A 內(nèi)部含有譯碼器可直接接受BCD碼或16 進制碼并同時具有2 種譯碼方式此外還具有多種控制指令如消隱﹑閃爍﹑左移﹑右移﹑段尋址等，使用非常方便。只使用單片機的4個端口。

6、報音電路

采用芯片ISD2560輸出已經(jīng)具有一定的功率，能正常驅(qū)動小的揚聲器，但是為了能讓報出的報音信號能更宏亮，更讓人察覺，在輸出已有一定的功率的情況下再加兩級放大電路對輸出信號進行繼續(xù)放大，以驅(qū)動更大功率的揚聲器，發(fā)出更加響亮的聲音。

圖3 主程序流程

圖4時鐘芯片的流程

圖5 中斷程序流程

主程序主要是用于系統(tǒng)開始或復位的初始化及調(diào)用各個子程序來完成對整個系統(tǒng)的控制，在初始化模塊中除了一般的堆棧指針設置及對各個所要用到的寄存器進行賦值，還要對鍵盤顯示控制芯片ZLG7289的復位初始化。主程序流程圖見圖3。

圖4是時鐘芯片DS1302程序流程，檢測工作時間是否正確，如用戶有修改，則采用用戶修改結(jié)果。圖5是其中斷服務程序流程。其主要過程是開機進行初始化后，檢測熱釋電元件是否產(chǎn)生一定的電信號，然后把現(xiàn)在的時間和E²PROM所存儲時間相比較，判斷是否需要播放某一段錄音的時間，如果是，則播放相應的語言，然后返回。E²PROM所存儲時間，用戶可以鍵盤進行輸入設置。同時，在編程時，可以設置設計算中斷的次數(shù)，從而計算進出的人數(shù)。在非開放時間，如檢測到人體信號，則可以輸出報警信號。

本系統(tǒng)以AT89S51單片機為核心，以無線熱釋電人體紅外探頭信號為中斷請求信號，以當前時間為標準，通過軟件編程實現(xiàn)控制報音的目的。本系統(tǒng)的創(chuàng)新之處是系統(tǒng)硬件電路上比較簡單，使用元件少，電路更具有可用性，性價比高，可方便安裝于各種需監(jiān)測和管理場所。該系統(tǒng)非常方便擴展，如培養(yǎng)攝像頭啟動控制等，如果要實現(xiàn)更大范圍的檢測和監(jiān)控，還非常方便改裝成為主—從機的多機通信形式。

參考文獻：

[1]于復生，宋現(xiàn)春等，時鐘芯片DS1302及其在數(shù)據(jù)記錄中的應用 電子技術(shù)應用 2000年3月
[2]肖海榮，王鳳瑛等，基于AT89C2051和ISD2560的錄放音系統(tǒng)設計 微計算機信息2004年第1期
[3] 廣州周立功單片機發(fā)展有限公司 zlg7289A 8 位LED 及8 8 鍵盤控制芯片選型指南/upload/eWebUpload/200703/20070312110856345.pdf