隨著生活水平的不斷提高，人們對居住環(huán)境的要求也大大提高，對信息服務(wù)和安全防范的要求尤為突出。如何利用計算機(jī)和通信技術(shù)在智能化小區(qū)家庭智能管理系統(tǒng)中，對住戶家庭水表、電表、煤氣表的自動計量以及火災(zāi)、煤氣泄漏、入室盜竊等警情的實時監(jiān)控已經(jīng)成為信息產(chǎn)業(yè)的熱點技術(shù).利用CAN總線技術(shù)雖然有其開放式、數(shù)字化、多點通信等諸多優(yōu)點，但將其用于智能住宅小區(qū)，卻因其成本偏高，目前在我國還難以推廣。
　　
　　為此，作者開發(fā)出一種設(shè)備簡單，成本低廉，便于維護(hù)經(jīng)濟(jì)型智能小區(qū)家庭管理系統(tǒng)，能有效地實現(xiàn)三表自動采集計費，防盜、防災(zāi)、自動報警和遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能.利用單片機(jī)進(jìn)行實時采集，并將采集的數(shù)據(jù)通過串行口傳給PC機(jī)，PC機(jī)完成數(shù)據(jù)的運算、存儲、和打印。硬件通過PIC16FXX單片機(jī)實現(xiàn)，軟件由VC++6.0實現(xiàn)。
　　
　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　
　　系統(tǒng)是由一臺PC機(jī)(上位機(jī))和多臺PIC單片機(jī)(下位機(jī)，作為終端控制器)構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)，PC機(jī)COM口帶多個終端控制器，終端控制器地址設(shè)為1-N。PC機(jī)采用巡查工作方式自動查詢小區(qū)內(nèi)所有終端控制器的報警狀態(tài)，及時對各種報警信號做出響應(yīng)，并通過有效手段(語音提示、電子地圖標(biāo)識等)向監(jiān)控中心工作人員提供報警業(yè)主家庭有關(guān)地址、等詳細(xì)信息，以便及時處理；同時通過抄表工作方式完成自動抄表以及報表輸出等任務(wù).終端控制器采集用戶煤氣表、電表、水表脈沖數(shù)據(jù)，實現(xiàn)3表自動計數(shù)；
　　
　　同時采集現(xiàn)場的防盜、防災(zāi)等信息，有意外事件發(fā)生時可自動啟動報警器報警.PC機(jī)與終端控制器采用總線式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相連，采用RS-485接口總線通信；RS485接口總線利用平衡發(fā)送和差分接收方式實現(xiàn)通信，以半雙工工作方式工作，zui大傳輸距離可達(dá)1200m，波特率在1200和38400b/s間可設(shè)置，RS485網(wǎng)絡(luò)采用一對有補(bǔ)償?shù)碾p絞線。
　　
　　終端控制器采用PIC16FXX單片機(jī)，片中串行口加MAX487轉(zhuǎn)換器，選用在多點總線傳輸線中雙向數(shù)據(jù)通信應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)廣泛使用的MAX487收發(fā)器，其特點是具有限斜率的驅(qū)動器，即驅(qū)動器發(fā)送數(shù)字信號，其沿邊斜率是受限制的，這使電磁干擾(EMI)減至zui小，并減少因電纜終端不匹配而產(chǎn)生的影響.接口接線簡單，維護(hù)方便，保證了抄表的可靠性和監(jiān)控的實時性.
　　
　　終端控制器硬件設(shè)計
　　
　　每個家庭安裝的終端控制器是以單片機(jī)PIC16FXX為核心的數(shù)據(jù)采集和處理裝置，電路結(jié)構(gòu)如圖2所示.PIC16FXX單片機(jī)是由美國Microchip公司推出的一種新型的CMOS工藝的8位單片機(jī)，具有別具特色的哈佛總線和RISC結(jié)構(gòu)，以及PIC16FXX的程序存儲器為電可擦除閃速存儲器(flash)，可修改程序，甚至可在線編程。PIC16F83和PIC16F84片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器除RAM外，還有64K字節(jié)的EPROM，可以當(dāng)作一般的或非易失性數(shù)據(jù)存儲器使用，簡單方便，它還具有片內(nèi)上電復(fù)位，延時電路，看門狗電路等。終端控制器就是由PIC16FXX單片機(jī)擴(kuò)展了8路信號輸入通道，通信接口電路，鍵盤，看門狗電路，LCD顯示器和EEPROM24C16等.
　　
　　為了簡化硬件結(jié)構(gòu)，將三表設(shè)計成脈沖表，報警探頭為脈沖輸出，從而避免了在控制器主板上使用A/D轉(zhuǎn)換接口.本系統(tǒng)對表脈沖安排4路輸入通道，利用單片機(jī)PIC16FXX的PORTA端口輸入，表脈沖和報警脈沖信號分別通過斯密特觸發(fā)器波形整形和74LS244緩沖器進(jìn)入CPU，在一定的采樣周期內(nèi)，CPU輪流查詢用戶表和報警的輸入端口狀態(tài)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，存到EEPROM24C16相應(yīng)的存儲區(qū)，等待中央計算機(jī)的查詢和抄寫.
　　
　　再安排4路輸入通道用于對設(shè)防、撤防、解警和求助操作的遙控處理.串行接口器件LCD液晶顯示器可顯示表數(shù)據(jù)和有關(guān)報警狀態(tài)等信息，所采用的液晶顯示模塊，內(nèi)置顯示RAM和驅(qū)動控制器，通過4線與單片機(jī)相連.8KB串行EEPROM24C16，用以存儲用戶各表的數(shù)據(jù)信息、報警狀態(tài)信息和采集監(jiān)控終端地址以及有關(guān)初始化信息.每個用戶的采集監(jiān)控終端設(shè)置不同的地址，從而保證采集數(shù)據(jù)的正確無誤.
　　
　　終端控制器工作過程如下：上電復(fù)位自檢后，開始運行，指示燈閃爍表示程序開始正常工作，初始化LCD，脈沖表，密碼，報警狀態(tài)，鍵盤，串口。然后進(jìn)入主程序循環(huán)，首先記錄報警狀態(tài)，脈沖表數(shù)據(jù)，然后將上述兩種數(shù)據(jù)存入24C16中，查詢鍵盤，通過串口響應(yīng)PC機(jī)通信命令與PC機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
　　
　　系統(tǒng)通信
　　
　　通信的發(fā)起方總是主機(jī)開始，由PC機(jī)控制通訊的主動性，單片機(jī)在通訊過程中處于被動地位。由于各分機(jī)共享同一頻率，為避免沖突，PC機(jī)通過巡查分機(jī)的工作方式查詢各單片機(jī)是否有信息要上報給PC機(jī)。
　　
　　為了保證PC機(jī)與多臺單片機(jī)之間能夠準(zhǔn)確、可靠的通信，確定一個明確而合理的通訊協(xié)議是關(guān)鍵。包括對數(shù)據(jù)格式、通訊方式、傳送速度、傳送步驟、檢糾錯方式以及控制字符定義等問題做出統(tǒng)一規(guī)定。
　　
　　為區(qū)分不同的分機(jī)，必須為每一個分機(jī)分配一個*的地址，此地址*區(qū)別各單片機(jī)。數(shù)據(jù)格式采用數(shù)據(jù)包的形式，一次傳輸一組數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包格式如下所示：
　　
　　起始標(biāo)志位：1個字節(jié)數(shù)據(jù)長度：1個字節(jié)
　　
　　分機(jī)地址：1個字節(jié)數(shù)據(jù)內(nèi)容：n個字節(jié)
　　
　　和檢驗：2個字節(jié)命令/數(shù)據(jù)：1個字節(jié)
　　
　　結(jié)束標(biāo)志位：1個字節(jié)
　　
　　主機(jī)向單個單片機(jī)傳數(shù)據(jù)時，首先，上位機(jī)順次發(fā)送起始標(biāo)志位，目的地址位，數(shù)據(jù)，生成檢驗位，結(jié)束標(biāo)志位，上位機(jī)發(fā)送后每個下位機(jī)都產(chǎn)生中斷把上位機(jī)數(shù)據(jù)包都接收下來，當(dāng)接收到結(jié)束標(biāo)志字符時，表示接受到一幀完整的數(shù)據(jù)包，然后對數(shù)據(jù)解包，把接收到的目的地和本機(jī)地址進(jìn)行比較，如果不是則馬上跳出中斷服務(wù)程序，相同的話則表示要和本下位機(jī)進(jìn)行通訊。
　　
　　主機(jī)發(fā)完信息后便等待該分機(jī)的接收應(yīng)答。當(dāng)接收數(shù)據(jù)包完成后，接受方也生成相應(yīng)的檢驗和，如果接受方生成的檢驗和與接收到的檢驗和一致，則表明這次通訊成功，下位機(jī)根據(jù)接收到的內(nèi)容給上位機(jī)發(fā)送相應(yīng)的反饋信息。如果不一致，則表明此次通訊失敗，下位機(jī)給上位機(jī)發(fā)送失敗信息，要求上位機(jī)重新發(fā)送。
　　
　　由于系統(tǒng)采用上位機(jī)巡查下位機(jī)的工作方式，單片機(jī)在通信過程中處于被動地位，只能其被輪詢到的時候才能給上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，否則即使信息要上報主機(jī)時，也必須處于等待。上位機(jī)從*分機(jī)依次查詢下位機(jī)，給巡查到的下位機(jī)發(fā)送查詢命令，詢問該單片機(jī)是否有信息要上報給上位機(jī)。
　　
　　被輪詢的單片機(jī)如果沒有信息要上報給上位機(jī)的話就給上位機(jī)發(fā)送無上報要求的指令，上位機(jī)接受到此指令后便輪詢下一地址的分機(jī)；若分機(jī)有數(shù)據(jù)需上報便回發(fā)一個有上報要求給主機(jī)，主機(jī)收到后便等待分機(jī)上報數(shù)據(jù)，有上報數(shù)據(jù)的分機(jī)組織好數(shù)據(jù)后上報給主機(jī)，然后等待主機(jī)的接收應(yīng)答。主機(jī)收到分機(jī)上報的數(shù)據(jù)后進(jìn)行檢查，若正確接收發(fā)正確接收應(yīng)答，否則發(fā)錯誤接收應(yīng)答。當(dāng)接收錯誤后，主機(jī)等待分機(jī)再次上報數(shù)據(jù)，分機(jī)收到接收錯誤應(yīng)答后再次發(fā)送數(shù)據(jù)。
　　
　　信號傳輸中接受與發(fā)送都采用中斷方式，多機(jī)通信從機(jī)中斷服務(wù)程序如圖3所示。
　　
　　PC機(jī)通信程序設(shè)計
　　
　　上位機(jī)的軟件是基于VC++6.0實現(xiàn)的，其中的重點和難點是進(jìn)行實時的串行通訊。應(yīng)用VC++編寫串行通信程序，通?？蓺w納為如下四種方法：一是利用WindowsAPI通信函數(shù)；二是使用Microsoft提供的MicrosoftCommunicationsControl控件(簡稱MSComm)；三是利用第三方編寫的通信類(如MuMegaTechnologies公司提供的Cserial類)；四是在VC++中用端口操作指令直接對串行端口編程，實現(xiàn)串行通信。本系統(tǒng)中采用的是MSComm控件，它是通過串行端口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，為應(yīng)用程序提供串行通信功能，使用非常方便。
　　
　　小結(jié)
　　
　　本系統(tǒng)提出的通訊硬件和通訊協(xié)議已經(jīng)在實際中使用，截止目前運行正常。這說明這種通訊方案在PC機(jī)和多臺單片機(jī)的數(shù)據(jù)通訊中快速、準(zhǔn)確、可靠的。