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油田重地安全防范监控系统 摘要 本课题来自油田安防实际工程项目，本论文就是对“某油田重地安全防范 监控系统”的设计论述，包括系统功能、设计原理、系统构成、系统设计、元 器件的选择、安装、调试及维护方法等。 本系统采用上、下位机结构，上位机采用工控机，操作系统选择w i n d o w s 平台，工控机工作稳定、安全可靠、性能价格比高。开发平台选用v i s a lb a s i c ， 该平台具有开发过程简单、界面友好、访问串口方便等优点。 上位机的功能采用分区域、分时间进行设防和撤防；历史查询报警记录、 打印报警记录、管理报警记录表等。 下位机主要有三部分组成： l 、前端编码器与数据采集系统。该系统由多组前端设备组成，主要完成采 集防范区域传感器的状态；对有报警信号，可向上位机通讯；并接受上位机的 命令控制前端设防、撤防、开警灯、报警等动作。 2 、视频矩阵切换系统。采用8 0 9 8 c p u 微控制器，执行上位机发来的视频切 换命令，控制显示器视频切换。 3 、主控台系统。采用8 0 5 1 c p u 微控制器，执行上位机发的控制命令，由主 控制台通过键盘对前端编码器与数据采集系统进行控制。 上位机与下位机的通讯是采用r s 2 3 2 4 8 5 串口来实现的。 目前该系统已成功的运用到某油田重地的安全防范工作中，运行效果良好。 关键词：安全防范，编码器，视频矩阵，数据采集，串口 a s c r u t i n ys y s t e m i nt h eo i lf i e l di m p o r t a n tp l a c es a f e t yo ng u a r d a b s t r a c t a p r a c t i c a le n g i n e e r i n gi t e ma b o u ts a f e t yk e e pa w a yf r o mt h e f ta n df i r ei na o i l f i e l di sd i s c u s s e d t h es c r u t i n ys y s t e md e s i g n i n gt h e o r yi sd i s c u s s e di nt h i sp a p e r i t i n c l u d et h ef u n c t i o no ft h es y s t e m ，s t r u c t u r e ，s e l e c t i n gp a r t so fa na p p a r a t u s ，f i t t i n g ， r e g u l a t i n ga n dp r e s e r v em e t h o d sa n ds oo n as u p e r i o r - s l a v es t r u c t u r ei sa d o p t e di nt h i ss y s t e m t h es u p e r i o rs y s t e ma d o p t i n d u s t r yc o n t r o lc o m p u t e r i tw o r k ss t a b i l i z e ，s a f e t yc r e d i b i l i t y , p r i c e l o w s m i c r o s o f tw i n d o w so ss y s t e mi ss e l e c t e d v bp r o g r a m m i n gs o f t w a r ei su s e s i th a s f r i e n d l yv i s i ts e r i a lc o n v e n i e n c ea d v a n t a g eo nt h ev i s u a lb a s i c i t sf u n c t i o nc a n s a t i s f yp r o g r a m m i n gc o n d i t i o nf o rt h ea p p l y s y s t e m t h es u p e r i o r sf u n c t i o ni ss e tu p d e f e n s e sa n dc a n c e ld e f e n s e so na r e ai np a r tt i m e t h ea l a r mr e c o r da n dm a n a g i n g r e c o r d sa r e p r i n t e d t h et h r e ep a r t sa r em a t e di ns l a v es y s t e m ： t h ef i r s ts l a v es y s t e mi sl o c a l ec o d e r sa n dd a t ac o l l e c t i o ns y s t e m t h i sc l a s s s y s t e mi sm a t e df o rm o r et h a no n e i t sm a i nf u n c t i o ni sc o l l e c t i o ns e n s o r ss t a t ei n g u a r da g a i n s ta r e a i f s o m ea l a r mc a s ei sh a p p e nt h e r e ，t h el o c a l es l a v es y s t e mr e p o r t t os u p e r i o rs y s t e m i t a c c e p t sc o l n n l a n df r o ms u p e r i o rs y s t e ma n dc o n t r o lt h e d e f e n s e s ，c a n c e ld e f e n s e s ，o p e nl a m p ，a l a r ma n ds oo n t h es e c o n ds l a v es y s t e mi sv i d e of r e q u e n c yq u a d r a t u r es w i t c hs y s t e m t h e m a i nf u n c t i o ni s e x e c u t i n gf r o ms u p e r i o rs y s t e m i tc a nc o n t r o ld i s p l a yv i d e o f r e q u e n c ys w i t c h t h i ss y s t e mi sc o n s i s t e do f 8 0 9 0c p u m a i n l y t h et h i r ds l a v es y s t e mi sm a i nc o n t r o lp l a t f o r m t h i ss y s t e mi sc o n s i s t e do f 8 0 5 1c p um a i n l y w h e ns u p e r i o rs y s t e mt r a n s m i tt h ec o n t r o lp o w e rt ot h i ss l a v e s y s t e m ，i tw i l lc o n t r o ll o c a l ec o d e r sa n dd a t ac o l l e c t i o ns y s t e mb yk e y b o a r do n p l a t f o r m t h es u p e r i o rs y s t e mc o m m u n i c a t e sw i t hs l a v es y s t e mt h r o u g hs e r i a lp o r t n o w , t h es c r u t i n ys y s t e mi nao i lf i e l di m p o r t a n tp l a c es a f e t yo ng u a r dh a v i n g u s e di nl o c a l es a f e t y k e yw o r d s ：s a f e t yd e f e n s e ，c o d e r , v i d e of r e q u e n c ym a t r i x ，d a t ac o l l e c t i o n ，s e r i a l p o r t 插图清单 图1 ，1 安全防范监控系统功能框图2 图1 2 系统基本方案4 图1 3 同步复位电路5 图2 1 前端解码及数据采集从机基本组成原理6 图2 2 设置本机地址电路7 图2 38 0 5 1 数据和程序存储器的扩展电路8 图2 ，4 与上位机的串行通信电路图8 图2 5m a x 3 2 3 2 引脚图9 图2 。6 串口程序流程图1 0 图2 7 数据采集电路1 1 图2 88 2 5 5 扩展电路1 2 图2 9l m 3 8 6 引脚图1 2 图2 1 0 报警电路1 3 图2 1 1 主控台键盘系统电路原理图1 4 图2 1 2 主控制台机最小系统1 4 图2 1 3 主控制台报警电路1 5 图2 1 4 地址分配电路1 6 图2 1 5 通信系统的接口原理图1 6 图2 1 6 串行通信具体电路1 7 图2 1 7 主控制台键盘输入电路2 0 图2 1 8 另外4 个键输入电路2 1 图2 】9 主控制台信号显示电路2 1 图2 2 03 7 3 和2 4 5 作为数据驱动电路图2 2 图2 2 1 视频矩阵切换控制器基本组成原理图2 4 图2 2 28 0 9 8 主控模块电路2 5 图2 2 3 数据存储器和程序存储器扩展电路2 6 图2 2 48 1 5 5 的扩展电路2 6 图2 2 5a l k m 继电器电路2 7 图2 ，2 6g a l 地址译码线路2 7 图2 2 7 语音库2 7 c 0 4 0 电路2 8 图2 2 83 7 3 驱动电路2 8 图2 2 9 麦克输入电路2 9 图2 3 0 声音输出电路2 9 图2 3 1 视频输出4 0 5 1 电路3 0 图2 3 2 复位电路3 0 图2 3 3 串行口控制，状态寄存器格式3 1 图2 3 4 串行口电路3 2 图2 3 5 声音报警电路3 2 图2 3 6 模拟信号输出电路3 2 图3 1r d 6 2 7 引脚和电路框图3 4 图3 22 5 2 0 玻璃破碎探测器内部结构图3 5 图4 1 上位机工作流程图4 2 图4 2 上位机功能结构图4 2 图4 3 上位机发送接收数据程序流程图4 6 图4 4 主界面设计视图4 8 图4 5f r m s e t r e f e r e n c e f f r a 表单设计视图5 1 图4 6 f r m r e j e c t f i m 表单设计视图5 4 图4 7f i a n r e j e c t f r m 表单运行视图5 5 图4 8f r m t e s t f r m 表单运行视图5 6 图5 。1 串行通信程序流程图一6 0 图5 2 主程序流程图6 2 图5 3 视频矩阵切换系统主程序流程图6 3 图5 48 0 9 8 系统串行通信程序流程图6 5 表格清单 表3 12 5 2 0 玻璃破碎探测器指标3 5 表3 2 英寸与1 1 1 1 1 1 的换算对应表4 0 符号说明 f o s c 下位机晶振频率，单位：赫兹。 s m o d 一单片机串行口工作模式寄存器。 b s 波特率，单位：波特( 位每秒) 。 d d c ( d e r e c td i g i t a lc o n t r 0 1 ) 直接数字控制。 l e d ( l i g h tf m m t i n gd i o d e ) 发光二极管。 p i s ( p a s s i v ei n f r a r e ds e n s o r s ) 被动红外传感器。 p i d ( p a s s i v ei n f r a r e dd e t e c t o r ) 被动红外探测器。 g n d 谣地。 p a n i cb u t t o n 紧急按钮。 t r a n s c e i v e r 一发送接收器。 v c r ( v i d e oc a s s e t t er e c o r d e r s ) 视频录像机单位：台。 v i d e om o n i t o r - _ 视频监视器，单位：台。 r d ( r a e d ) 读信号。 w r ( w r i t e ) 写信号。 r a m 一随机存储器。单位：字节。 r o m 一只读存储器。单位：字节。 e e p r o m 一电可擦除只读存储器。单位：字节。 r x d 单片机串行口输入端。 t x d - - 单片机串行口输出端。 s c o n 单片机串行口控制寄存器。 p c 0 n 一单片机串行口波特率加倍控制寄存器。 s b u f 一单片机串行口缓冲寄存器。 a p i ( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a e c 卜应用程序编程接口。 m s c o 】d i l l ( m i c r o s o f ts e r i a lc o m m u n i c a t i o n ) 串行口通信控件。 o e ( o u t p u te n a b e l ) 输出允许。 c r t - - 显示器，单位：台。 c l r 芯片配置寄存器。 g a l ( g e n e r i ca r r a yl o g i c ) 一一通用阵列逻辑。 p c ( p r o g r a mc o u n t e r ) 程序计数器。 d a w r 数字模拟芯片写信号。 r 输出锁存器芯片写信号。 c c d ( c h a r g ec o u p l e dd e v i c e ) 电荷耦合器件。 a g c 一自动增益控制。 t w 自动自平衡控制。 a l c e l c 自动亮度控制电子亮度控制。 乩c 背光补偿开关控制。 l 1 r 一同步选择。 t v l 电视线。 d l l 动态连接库。 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得盒目g 王些太堂 或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文作者签名： 卞嚼关签字日期：加以年f ，月哆日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金壁王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权垒 鲤王些盍堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：卞哆要 导师签名 签字日期：洲1 年月口j 日 学位论文作者毕业后去向：南张 工作单位：鼋阢、勾麦言 通讯地址： 签字日期：o 础年f f 月彰日 电话：。；毕一斜，伽 厂 邮编：。6 7 椰- 致谢 在本次毕业设计中，我从指导老师王建平导师身上学到了很多东西，他那严 谨治学的精神和深厚的理论以及工程实践水平都使我非常敬佩，设计中给与我 很大的帮助和指导，使我的知识水平和设计能力得到提高，这对于我以后的工 作和学习都有巨大的帮助，在这里我非常地感谢我的导师，老师在学习、研究 和实践中耐心地教诲和鼓励让学生铭记终生。 同时感谢承德江钻石油机械有限责任公司刘瑞涛高级工程师对我论文设 计、实践的帮助和指导。他对做工程项目有丰富的经验，在设计、调试过程中 管理严谨，使我收益匪浅。也感谢与我合作的承德石油高专计算机系的老师对 我的帮助。 同时也感谢所有帮助和教导过我的合肥工大的领导和老师，你们永远是我 的老师! 作者：卞哲英 2 0 0 6 年1 1 月 第一章绪论 随着社会经济和科学技术的飞速发展，特别是计算机网络的发展，人们对 安全技术防范的要求也越来越高。为了打击各种各样的经济刑事犯罪，保护国 家和人民群众的生命财产安全，保证各行各业和社会各部门的正常运转，采用 高科技手段预防和制止各种犯罪将会成为安全防范领域的发展方向。在银行、 通讯、电力等国家重点部门，联两报警网络已基本形成，对预防和制止犯罪、 维护社会经济的稳定起到了重要作用。 计算机系统的应用、普及，网络通讯技术及图像压缩处理技术以及传输技 术的快速发展，使得安全技术防范行业能够采用最新的计算机、通讯和图像处 理技术，通过计算机网络传输数字图像，可为实现远程图像监控及联网报警系 统提供高效可行而且价格低廉的解决方案。在国内外市场上，占据主导地位的 视频监控系统主要有三大类蜘：模拟视频监控系统、基于p c 机的视频监控系统 和全数字视频监控。模拟视频监控系统是第一代电视监控系统，采用模拟技术， 自动化程度较低。基于p c 机的视频监控系统是第二代视频监控系统，系统以计 算机控制的视频矩阵为核心，技术发展己经非常成熟、性能稳定，在实际工程 中应用较多，特别是在大、中型视频监控工程中的应用尤为广泛，最先被引进 国内的数字监控产品是美国和以色列生产的电话线传输和网络传输产品，图像 压缩标准采用m p e g ，系统具有简单的数字化监控与网络监控的许多功能，数字 录像系统还不能够在与模拟设备的竞争中取得优势；全数字视频监控是最新 崛起的以计算机技术、网络技术及图像视频压缩技术为核心的第三代视频监控 系统。 智能化、数字化、网络化是安防监控发展的必然趋势，高科技智能化的安 防监控设备比普通的网络视频监控设备具有更加强大的图像处理能力和智能因 素。世界顶尖的数字视频技术，包括数字视频的编码和压缩技术，大型多媒体 视频管理技术，数字视频的一体化采集技术等，不但可以进行2 4 7 全天候 可靠监控，最大程度上减少人为失误，还可以为用户提供更多高级的视频辨别 和分析功能，在提高系统监控能力的同时，使安防资源发挥更大的作用。根据 某油田的实际情况，我们共同合作研制了本安防系统。 1 1 安全防范系统功能及设计要求 本系统以中央监控室内计算机系统为核心，其功能有以下几个方面： 1 图像监视功能 ( 1 ) 视像监控：采用摄像机、切换控制主机、多屏显示、数字记录装置、 照明装置，对内部和外界进行有效监控，包括要害部门、重要设施和要害位置： ( 2 ) 影像验证：在出现报警时，显示器上出现报警现场的实况，以便直观 地确认报警，并做出有效的报警处理。 2 控制与探测报警功能 ( 1 ) 内部防卫探测：所配置的传感器包括被动红外探测器、玻璃破碎探测 器、声音探测器、门接触点探铡器、墙壁震动探测器等，用于对房屋内部进行 探i 贝4 报警。 ( 2 ) 周边防卫探测：电容性感应器，微波和主动红外探测器等探测技术， 对围墙、高墙及无人区进行保安探测。 ( 3 ) 对于图像系统的控制功能：主要是图像切换显示控制和操作控制。 ( 4 ) 响应报警的联动控制：通过联动逻辑控制，可设定在发生紧急事故时 打开警灯、拉警号、控制室、主门及通道等关键出入口，提供完备的控制功能： 报警区域的设防与撤防；摄像前端的位置控制：对图像的切换控制等功能。 3 辅助功能 ( 1 ) 电话拨打：在发生紧急情况下，向外界提供传送信息的功能等。 ( 2 ) 资源共享与设施设定：提供出进门灯光等。 ( 3 ) 通信与管理功能。 功能框图如图1 1 所示。 图1 1 安全防范监控系统功能框图 f i g 1 1t h es t r u c t u r eo f s a f e t yb eo n g u a r dw a t c hs y s t e m 4 设计要求 ( 1 ) 能与探测器报警状态( 闭路或开路报警) 相适应： ( 2 ) 能满足报警容量( 控制探测器的数量) 的要求( 包括今后似扩展功能) ： ( 3 ) 能满足用户对报警功能的要求( 包括今后扩展的功能) ： ( 4 ) 报警信号传输距离：探测器与主控器之间有线传输范围1 0 0 m * 1 0 0 m ； ( 5 ) 自动检测功能：对前端探测器的工作状态做自动检测；探测率= 1 0 0 ， 误报率铷。 ( 6 ) 报警显示功能：声光显示，荧光屏图形、字符显示： ( 7 ) 报警启动：报警信号在显示同时能启动现场的摄像机、辅助照明设备 及录像设备； ( 8 ) 控制探测器工件状态：根据用户需要“启动”或“关闭”某些前端探 测器的功能； ( 9 ) 连续工作时间为2 4 小时全天候( 或正常班之外) 。 1 2 安全防范系统的组成 安全防范系统包括闭路电视监控子系统和防盗防侵入探测报警子系统两大 部分组成。 1 闭路电视监控系统嗍【州 实现功能； 闭路电视监视系统在重要的场所安装摄像机，它为保安人员提供有利用眼 睛直接监视监视区域内情况的手段，使保安人员在控制中心便可以收视整个防 范区域的情况，从而大大加强了保安的效果。监视系统除起正常的监视作用外， 在接到报警系统的示警信号后，还可以进行实时录像，录下报警时的现场情况， 以供事后重放分析。 设计内容： ( 1 ) 接收并执行主机命令的解码器等。 ( 2 ) 视频图像向主控制器的传输：同轴电缆、电话线等构成的传输信道等。 ( 3 ) 闭路电视监控主机：接收传来的多路视频图像并按需要切换到指定的 各个监视器上供观看，执行摄像机定日期或定时间巡回扫描等控制操作动作； 启动录像机对视频图像进行录像纪录；调阕被录像的图像，将系统所发生的操 作动作记录或打印归档；在接收到有视频移动探测或常规传感器产生的报警信 号后，自动将显示图像切换为产生报警区域的影像，并予以存储。 2 防盗、穗火探钡4 报警系统 实现功能： ( 1 ) 图形显示警情功能 一旦发生警情，监控中心的报警系统会立刻自动报警，询问处理方法，方 便监控人员快速定位，及时采取措施。 ( 2 ) 自动或手动设防撤防 系统应能提供方便的设防，撤防功能。针对实际情况，设置系统可提供设防 撤防。 ( 3 ) 报警信息查询功能 系统自动纪录警情的详细信息，包括时间、地点、探测器状态、值班人员 等信息，生成报表方便查询和打印。 ( 4 ) 权限管理功能 系统内部设置了不同的管理级别：即技术维护人员、值班管理人员、一般 值班人员。通过帐号设置授予不同操作权限，这样既符合现有的管理习惯，又 能保证系统的可靠运行。 ( 5 ) 通信及报警控制故障自动检测功能 系统采用自定义的通信协议和相应的软件设计 i j ( i j ，可以检测到通信线路 和报警控制器的状态，从而具备防拆、防破坏功能。 ( 6 ) 灵活性 探测器也具有一定的通用性，而且具有地址设置和使能开关。本系统可以 不加修改的用在室内、外火灾、煤气等报警中，只是需要安装不同的探测器。 1 3 安全防范硬件系统组建 视频矩阵切换控制器加微型计算机组成的上、下位式系统。是以视频矩阵 切换控制器组成的基本功能外( 包括矩阵切换控制设备与每台摄像机间视频与 控制信号的传输，视频矩阵切换控制器也响应由各类报警探测器发送来的报警 信号，并联动实现报警部位摄像机图像的切换显示。) 再配置微型计算机起上位 机指挥命令作用，既可以代替键盘实现显示切换，控制前端等动作，也可以将 显示屏作为一个监视器显示任何视频图像，同时微型计算机还可以具有报时时 刻、报警现场、实现采集存储及报警图像资料库检索查询功能，管理控制装置 等功能。 视频矩阵切换控制器与上位机之间通过r s 2 3 2 或r s 一4 8 5 标准接口相连和 进行通信【驯 - 】。基本结构如图1 2 所示。 图1 2 系统基本方案 f i g 1 2t h e b a s i cp l a no f t h es y s t e m 报警信号源： 陌生人侵入报警；其工作模式是传感器监视门、窗和室内，如果传感器被 4 触发而启动，则产生报警信号。被动红外探测器探测入侵者在监视区域中移动 产生的热变化，是一种比较稳定的立体报警器。 控制软件的主要功能有： ( 1 ) 输入保密字，以隐含显示方式完成系统注册，防止无关人员非法使用 系统。 ( 2 ) 完成各个监视器视频切换显示、还可以定义单台显示器顺序显示的时 间间隔。 ( 3 ) 对于报警区域做设防和撤防处理、可对报警记录进行查询。 ( 4 ) 定义报警图像的捕获方式，对报警图像做图像处理、存储、检索和回 放。 同步复位技术：本系统采用了上位机和下位机c p u ( 8 0 9 8 ) ，构成了主从式 多c p u 系统。显然。要保证系统能正常运行，必须使上位机和下位机保持同步 工作1 ，如图1 3 所示。 主机 从机 c p u s e r i a i ， 8 0 9 8 c p u 程序实现 r b s e t 图1 3 同步复位电路 f i g ，1 3t h es y n c h r o n o u sr e s e tc i r c u i t 本课题主要针对用户的需求研究内容如下： ( 1 ) 系统的硬件、软件设计： ( 2 ) 上、下位机间通信的安全性； 本课题的创新点：( 1 ) 主机与多机的通信方法；( 2 ) 通讯的安全性。 第二章系统设计原理及设计说明 2 1 前端解码器及数据采集从机的组成 2 1 1 前端解码及数据采集从机的组成原理 远程数据采集从机基本组成原理框图如图2 1 所示。它主要包括中央处理 器、8 2 5 5 接口、本级编码( 8 位) 拨键以及与上位机通信的串行接口m a x 8 4 5 。 c b a b 图2 1 前端解码及数据采集从机基本组成原理 f 追2 1 t h e b a s i c c o n s i s t p r i n c i p l e m a p o f s l a v e d c o d ea n d d a t a c o l l e c t i o n ( 1 ) 中央处理器( c p u ) 中央处理器是单片机系统的核心，用于实现运算与控制功能，选用8 0 5 1 单 片机，其中的运算器和控制器是构成c p u 的两个部分。运算器的主要功能是实 现数据的算术运算、逻辑运算、位操作以及数据传送等。控制器的主要功能是 协调整个单片机的工作，产生时序脉冲，提供控制信号等。 定时器计数器：以实现定时和计数功能。 并行i o 口：共有四个8 位的i o 口，用以完成数据的并行输入，输出。 串行i o 口：有一个全双工的串行口，以实现单片机和其它计算机或设各 之间的串行数据传送。中断控制系统：共有五个中断源，可以满足控制应用的 需要。从上述内容可以看出，8 0 5 1 虽然只是一个单片机芯片，但“麻雀虽小五 脏俱全”，不但作为计算机应该具有的基本部件，单片机都已包括，而且还具有 了一些系统的概念。 ( 2 ) 6 2 2 5 6 数据存储器：用于存放可读写的数据； ( 3 ) 2 7 2 5 6 程序存储器：用于存放程序和原始数据； ( 4 ) 与上位机的通信机构； ( 5 ) 本机地址设置逻辑电路如图2 1 所示，它是通过小拨码键盘s w - d i p 8 联 到8 0 5 1 的p 1 口上完成的。 ( 6 ) 8 个磁开关“或”运算后采用中断方式向8 0 5 1 申请中断处理方式：将8 个磁开关的状态送8 2 5 5 的a1 2 1 ，同时这8 个磁开关的状态进行“或”运算后送 8 0 5 1 的i n t 0 进行中断申请，当8 0 5 1 c p u 接到申请后，从8 2 5 5 的a 口读入， 进行相应处理。 ( 7 ) 报警电路。 2 1 2 设计方案 ( 1 ) 本机地址设置电路 本机地址设置电路如图2 2 所示，它是通过小拨码键盘( 开关) s w - d i p 8 联到8 0 5 1 的p 1 口上完成的。在本机初始化时对p l 读入键盘状态并记录，以备 与上位机通信时用。 图2 2 设置本机地址电路 f i g 2 2t h ec i r c u i tt os e tu pv i e i n a la d d r e s sc o d e ( 2 ) 用8 0 5 1 组成的基本系统，包括7 4 l s 3 7 3 时地址锁存器、6 2 2 5 6 数据存储 器和2 7 2 5 6 程序存储器，如图2 3 所示。 地址锁存器7 4 l s 3 7 3 接在8 0 5 1 的p 0 口，7 4 l s 3 7 3 的输出是地址总线的第 8 位a o a 7 ，高8 位地址总线来自8 0 5 1 的p 2 口。 i c 6 ( 6 2 2 5 6 ) 是3 2 k b 数据存储器，地址范围是0 0 0 0 h i f f f h 共3 2 k b 区域。 i c 7 ( 2 7 2 5 6 ) 是3 2 k b 程序存储器，地址范围是0 0 0 0 h 1 f f f h 共8 k b 区域( 片 外数据存储器和程序存储器的逻辑地址空间是相互独立的) 。 晶振采用1 2 m h z 。 a 0 a 7 ，1 ，c 2 6 2 2 5 6 + 8 lo 。 l ld a bi 0 6h 0o id i 自lo l 2d 2 a 20 2 3d 3 自了0 3 4 d 4 鼻4o 冉5o s 冉sd s 5p 6 d n 70 7 ，d ， 隆蠢 0 e a 9 l e 冉1 0 1 1 l l a i2 a 1 2 i3 鼻1 3 冉i4 盎i4 上瓢l 菇 器 r d 、2 2 器研 2 0a 1 e 图2 38 0 5 1 数据和程序存储器的扩展电路 f i g 2 3 e x t e n d i n g c i r c u i t r y d a t a m e m o r y a n d p r o g r a m m e m o r y o f 8 0 5 1 ( 3 ) 与上位机的通信如图2 4 所示。 f i g 2 4t h es e r i a lc o m m u n i c a t ec i r c u i ti ns l a v ec o m p u t e r 8 m a x 2 3 2 是m a x i m 公司的一种r s 2 3 2 接口芯片，使用单一电源电压 v c c = + 3 5 5 5 v ，额定电流为3 0 0 ua ，它完成t t l 与r s 2 3 2 两种电平之间的 转换。其引脚图如图2 5 所示。 c l + v c 1 c 2 + c 2 v t 2 0 u t r 2 i n 1 1 6 2 1 5 3 m a x 1 4 4 1 3 5 2 3 2 1 2 6 1 1 7 1 0 8 9 图2 5m a x 3 2 3 2 引脚图 f i g 2 5t h ec h i pm a po f m a x 3 2 3 2 各引脚功能为： c i + ：电压倍增充电泵电容正端； c 1 ：电压倍增充电泵电容负端； c 2 + ：反向充电泵电容正端； c 2 ：正向充电泵电容负端； v + ：充电泵产生的+ 5 5 v ； v _ ：充电泵产生的5 5 v ： r l i n ，r 2 i n ：r s 2 3 2 接收器输入； t l o u t ，t 2 0 u t ：r s 2 3 2 发送器输出： t l i n ，t 2 i n ：t t l 发送器输入； r l o u t ，t 2 0 u t ：t t l 接收器输出； v c c ： 电源电压( + 3 5 5 5 v ) ： g n d ：地线。 m a x 2 3 2 内部有一对调整充电泵，电源电压在+ 3 5 5 5 v 之间，由增压充 电泵产生+ 5 5 v 、反向充电泵产生5 5 v 的输出电压，充电泵以间断方式工作， 如输出电压低于5 5 v ，则充电泵工作，如输出电压超过5 5 v ，则充电泵停止工 作。每个充电泵需要一个浮动电容( c 1 、c 2 ) 产生+ v 、v 电源需要存储电容 ( c 3 、c 4 ) ，1 3 、8 接收r s 一2 3 2 电平，最大值可达2 5 v ，而从1 2 、9 引脚输 出t t l 电平，低电平不大于0 4 v ，高电平不低于v c c 0 6 v ，1 1 、1 0 脚输入t t l 电平，1 4 、7 引脚输出r s 2 3 2 电平，最小幅值大于+ 5 v ，典型值为5 4 v 。 用8 0 5 1 单片机组成的应用系统要与p c 机进行串行通信，必须加r s 2 3 2 接口，因为p c 机有现成的r s - 2 3 2 接口。8 0 5 1 单片机串行口有一个发送端、一 个接收端，通过m a x 2 3 2 与p c 机组成的三线制通信电路图。 p c 机采用查询工作方式，8 0 5 1 单片机采用中断工作方式，波特率设置为 9 6 0 0 b s ，可选用方式3 ，其通信流程图如图2 6 所示。 串行通信方案对于微型计算机与多台8 0 5 1 单片机之间串行通信分为两部 分，一部分是下位机i n t e l 8 0 5 1 单片机的串行通信软件设计：另一部分是上位机 系统机的串行通信软件设计。8 0 5 1 串行口方式2 和方式3 配合使用可以实现多 机数据收发。工作在方式2 时，接收方收到数据后若发现第9 数据位为1 ，则向 自身的c p u 申请中断；否则不申请中断。工作在方式3 时，接收的第9 数据位 无论为任何值都向自身的c p u 申请中断。每台下位机有自己的地址号，在数据 通信前或通信完后，下位机全部处于方式2 的接收状态。上位机首先发送下位 机的地址号，由于地址号中的第9 数据位定义为1 。这样上位机通过“广播”方 式寻找下位机，请它们注意“收听”，判断是否在“叫”自己。 2 6 1 p c 机串口处理框图 2 , 6 2 从单片机串口处理框图 图2 6 串口程序漉程图 f i g 2 6t h ef l o wc h a r tt h es e r i a lc o m m u n i c a t ep r o g r a m 各下位机接收到地址号后，便向自身的c p u 发出中断请求，执行中断服务 1 0 程序。检查所收到的地址号是否是自己的。被选中的下位机便转换到方式3 下 工作，然后上位机向被选中的下位机发送组数据进行数据通信( 数据中的第9 数据位定义为o ) 。下位机接收到数据后向自身c p u 发出中断请求，通过中断服 务程序接收和处理数据。没被选中的各下位机则仍处于方式2 等待工作。 上位机可以中断或定时方式对所有下位机进行通信，下位机接收到一组数 据后便向上位机发送应答信号，以确保通信中收发数据的准确性。 ( 4 ) 数据输入输出、数据采集电路 每个从机都可以通过采集点，采用中断方式，其中有8 个磁开关( k e y 0 k e y 7 ) ，将8 个采集点的状态送8 2 5 5 的a 口，同时这8 个键的状态进行“或” 运算后送8 0 5 1 的i n t 0 进行中断申请，即只要有一个或一个以上的磁开关有状 态变化时，就可以向c p u 进行申请，当8 0 5 1 c p u 接到申请后，从8 2 5 5 的a 口 读入，进行相应处理。具体电路见图2 7 所示。 8 2 5 5 的p b 口信号经过驱动器2 0 0 3 ，再经过电阻排输出来控制受控对象， 如警灯等。8 2 5 5 a 的p a 、p b 、p c 和控制端口地址分别为8 0 0 0 h 、8 0 0 1 h 、8 0 0 2 h 、 8 0 0 3 h ，8 2 5 5 扩展电路如图2 8 所示。 图2 7 数据采集电路 f i g 2 7t h ec i r c u i tt od a t ac o l l e c t i o n i c i l i b3 4 d 0p 冉0 l l3 3 o ip # l l 1 21 2 d 2p a 2 i 】3 t d 3p a 3 ，43 日 d 4p a ，52 目 o sp a 6 ) 62 日 d 6p 冉6 d 7p 禽7 2 叠量： 7 瑚4 l s ：冉8 4 | | 墓 鞣；3 叫卜_ 1 0o e 萋 ep b 2辍 i l 0 1 1 20 2 1 ，0 3 1 40 4 1 5o 暑 1 60 6 e h dc 冉lp b ) 营l j 耳苴 煎煎生 髓筑7p p b 8 9 4 姐j 浏 p 8 6 p b 7 p c 9 p c i p c 2 - h - p c 3 p c 4 p c 5 p c 6 p c ， 图2 88 2 5 5 扩展电路 f i g 2 8t h ec i r c u i tt o8 2 5 5e x t e n d i n g ( 5 ) 报警电路 报警电路由前置放大器、音频功率放大器l m 3 8 6 和s p e a k 组成。 l m 3 8 6 电路：l m 3 8 6 功放集成电路，l m 3 8 6 电源电压4 1 2 v ，音频功率 o 5 w 。l m 3 8 6 音响功放是由n s c ( 美国国家半导体公司) 制造的，它的电源电 压范围非常宽，最高可使用到1 5 v ，消耗静态电流为4 m a ，当电源电压为1 2 v 时，在8 欧姆的负载情况下，可提供几百m w 的功率。它的典型输入阻抗为5 0 k 。 为使外围元件最少，电压增益内置为2 0 。但在1 脚和8 脚之间增加一只外 接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至2 0 0 。输入端以地位参考，同 时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6 v 电源电压下，它的静态功耗仅为 2 4 m w ，使得l m 3 8 6 特别适用于电池供电的场合。 l m 3 8 6 的封装形式有塑封8 引线双列直插式和贴片式。引脚图如图2 9 所 不。 增益 负输入 正输入 地 图2 9 l m 3 8 6 引脚图 f i g 2 9t h ec h i pm a po f l m 3 8 6 增益 旁路 电源v s 输出 特性( f e a t u r e s ) ：静态功耗低，约为4 m a ，可用于电池供电。 工作电压范围宽，4 1 2 v 或5 1 8 v 。 外围元件少。 电压增益可调，2 0 2 0 0 。 低失真度。 报警具体电路如图2 1 0 所示。 图2 1 0 报警电路 f i g 2 1 0 t h e g - i v i n g a n a l a r m c i r c u i t 2 2 主控台键盘系统组成 2 2 1 主控台键盘系统基本组成原理 主控台主要功能有用手动进行设防、撤防等功能，其主要组成有8 0 5 1 、 7 4 l s 3 7 3 和2 8 6 4 、7 4 h c l 3 8 等器件。电路原理如图2 1 l 所示。 主要部分包括： ( 1 ) 8 0 5 1 、7 4