基于RS-485的小区安防信息采集控制系统的设计.pdf

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1、第 3 1卷第 3期 2 0 0 8年 6月 电 子 器 件 C h i n e s e J o u r n a l Of E l e c t r o n D e v i c e s V0 1 3 1 No 3 J u n 2 0 0 8 De s i g n o f S e c u r i t y Co nt r o l Da t a Co l l e c t i o n a nd Co nt r o l S y s t e m o f I nt e l l i g e nt Co mmu ni t y Ba s e d o n RS 一 4 8 5 Pr o t o c o l LI UJ

2、i e j u a n，HUANG Ch a n g (De p t o fE l e c t r o n i c s，E a s t C h i n a No r m a l Un i v e r s i t y，S h a n g h a i 2 0 0 0 6 2，C h i n a)Ab s t r a c t：A d e s i g n i n g me t h o d o f S e c u r i t y c o n t r o l Da t a Co l l e c t i o n a n d Co n t r o l S y s t e m i s p u t f o r w

3、a r d i n o r d e r t o s o l v e t h e e x i s t i n g p r o b l e ms o f t h e s e c u r i t y a n d p r o t e c t i o n o f i n t e l l i g e n t c o mmu n i t y Ba s e d o n RS-4 8 5 i n t e r f a c e p r o t o c o l，t h e s y s t e m a d o p t s M AX4 8 7 o f Ma x i m I n t e g r a t e d Pr o d

4、 u c t s t o c o n s t r u c t t h e u p t o wn n e t，MCU wi t h h i g h p e r f o r ma n c e a n d o t h e r p e r i p h e r a l c i r c u i t s a s i t s ma i n l y h a r d wa r e Co n n e c t i n g t h e t e r mi n a l ma n a g e me n t s y s t e m a n d i n-d o o r c o n t r o l s y s t e m，i t

5、r e a l i z e s t h e r e a l t i me i n s p e c t i n g o f v a r i o u s i n-d o o r a c c i d e n t Th e s y s t e m f e a t u r e s g o o d s e c u r i t y，l o w c o s t，h i g h e f f i c i e n c y a n d c o n v e n i e n c e i n p o p u l a r i z a t i o n Ke y w o r d s：i n t e l l i g e n t c

6、 o mmu n i t y；s e c u r i t y a n d p r o t e c t i o n t ech n o l o g y RS-4 8 5 MAX4 8 7；MC U；s y s t e m c o n t r o l EEACC：7 2 1 0 G 基于 R S-4 8 5的小 区安防信息采集控制 系统 的设计 刘洁娟，黄昶(华东师范大学电子系，上海 2 0 0 0 6 2)摘 要：为解决当前住宅小区安防信息采集的问题，提出一种智能小区安防信息采集控制系统的设计方案。该方案基于 R S-4 8 5 接口协议标准构造，采用 MAX I M公司的MAX 4 8 7构造

7、小区信息联网卡网络，通过联网卡接口将小区终端管理系统与用 户室内控制系统相连，实现对居民家中火警、煤气泄露、非法入侵等各种意外事件的实时数据采集，并对相应报警信息进行及 时处理。该系统安全性能好，成本较低，可操作性强，便于推广。关键 词：智能小区；安全技术防范；R S-4 8 5；MA X 4 8 7；MC U；系统控制 中图分类号：T N 9 1 5 5 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 5-9 4 9 0(2 0 0 8)0 3-0 9 5 2-03 自从九十年代 中期，智能住宅小 区的概念首次 在国内提出以来，各种智能小区建设的发展开始形 成旺势。如何既迅速、准确、实时地获得小区内住

8、户 室内安防信息成为了设计者们较为关心的话题。本小区安防信息采集控制系统根据 R S-4 8 5 接 口协议标准，在充分满足小 区安 防网络布线需求 的 基础上，系统主机通过与小 区单元信息联 网卡接 口 相连，可对小区各用户家 中各种突发安全事件进行 实时监控，并在第一时间对相关报警信息做出处理，以便切实保障小区居民的人身和财物安全。1 系统设计 为达到上述系统设计 目标，住户室内可选择安 装烟雾探测器、温度传感器、气体传感器、红外传感 器、门磁开关或玻璃破碎探测器等各种传感器。若 有突发安全状况，由传感器发出的信号经各级控制 电路接收处理后通过层与层之间分线器连接，汇总 至大楼总线；楼层分

9、线器通过大楼总线将信息传递 给各楼的信息联网卡，发送至信息采集控制系统主 机。小区安防信息采集控制结构图如图 1 所示。收稿 日期：2 0 0 7 0 5 2 6 作者简介：刘洁娟(1 9 8 2 一)，女，华东师范大学信息学院电子系硕士研究生，主要研究方向为数字信号处理，图像处理等，上海 市华东师范大学信息学院电子系 0 5 9 t：(2 0 0 0 6 2)，r o g e r 8 2 8 3 1 2 6 c o rn；黄昶(1 9 7 0 一)男，华东师范大学信息学院电子系副教授，博士 主要研究方向为数字信号处理。图像处理等 维普资讯 http:/ 第3 期 刘洁娟，黄昶：基于R S-4

10、 8 5 的小区安防信息采集控制系统的设计 9 5 3 元 1 网卡 网 安防信息采集系统主机 图 l小 区安 防信 息采 集控 制 图 信息采集控制主机正常情况下显示 日常时间，报警时则显示报警地址和报警种类；内部存储器根 据需要设计存储各类报警信息若干条，便于随时查 询存储的相关信息，对小区业主信息数据库进行 日 常维护；报警时及时打印报警信息，并可选择启动相 关报警设备如报警灯等；必要时可 自动呼叫急救 电话。2 硬件设计 系统主机由MC U，信息联网卡通讯接15 1，键盘 显示，电源接15 1，打印接口，P C通讯接15 1 电路，存储 单元，报警设备接15 1 组成。如图 2 所示。

11、电 源接口 J J 信息联网卡通讯接口 P c 机通讯接口l l 报警设备接口 图 2 系统硬件 结构图 系统电源电压为 2 2 0 V A C 1 5 。信息联网卡 通讯接口连接系统主机与各个楼宇信息联网卡之间 通讯码的发送与接受，是系统总机与联网卡之间的 桥梁。P C通讯接 口可与 P C机连接；主机核心部分 MC U负责处理由通讯接15 1 接收到的各类信息，并 且存放至相应的存储单元；判断是否要向 P C机器 输出报警信息；打印机是否需要输出响应数据；报警 器接 口是否需要发 出警 报。在查 询的状态时，可将 报警信息从相应的存储单元中调出在 P C机上显 示。以下对系统主要设计方案进

12、行分析。2 1 R S-4 8 5网络设计 信息联网卡网络构造的性能优劣对整个系统的 性能有重大影响。鉴于 R S-4 8 5 接15 1 协议标准具有 以下主要特点：最高数据传输速率达 1 0 Mb i t s 采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干 扰能力强；最大传输距离可达 3 0 0 0 m，并可接中 继器；总线上允许连接多达 1 2 8个收发器，具有 多站能力，可利用单一的 R S-4 8 5 接 口方便地建立 起网络；采用屏蔽双绞线传输，布线成本低；系统利用 R S-4 8 5 接口标准建立小区信息联网 卡网络。网络采用主从结构，一片主收发器，若干从收发 器接入系统总线，与主收

13、发器相连。主收发器通过 信息联网卡接口与系统管理主机相连。构建网络时 应遵循站点至总线 的连线尽 可能短的原则，如 图 3 所示，这样可方便查找最远站点连接匹配电阻，避免 实际应用中系统工作不稳定。图 3小 区信息联 网卡 R S-4 8 5网络连接 图 RS-4 8 5收发机采用 MAX I M 公 司生产接 口芯 片 MAX4 8 7。MAX 4 8 7内含一个驱动器和一个接 收器，具有驱动器和接收器使能功能，采用半双工通 信方式。MA X 4 8 7 管脚功能如下：R O：接收器输出 端；R E：接收器输出使能端，R E 为“O”时 R O被使 能；D E：驱动器输出使能端；D I：驱动

14、器输入端；A：接收器同相输入端和驱动器同相输出端；B：接收器 反 相 输 入 端 和 驱 动 器 反 相 输 出 端。典 型 的 MA X4 8 7连接 图如 图 4所示。为避免一旦某个节点的收发器在总线空闲、传 输线开路或短路时产生低电平，将使串行接收器找 不到起始位，从而引起通信异常，这可将连接系统管 理主机的 MAX 4 8 7 的A、B输出端加接上拉下拉电 阻，保证在各个信息联网卡发出有效数据时，系统管 理 主机能接收到完整的数据。2 2 MC U及外围电路 单 片 机 主 机 采 用AT ME L 公 司 生 产 的 A T 8 9 C 5 2 芯片，内置 8 k b y t e 电

15、擦除可编程 E E P-R O M片内程序存储器和 2 5 6 b y t e R A M。但是鉴于 小 区用户众多，数据存储容量十分巨大的特点，须外 接扩展存储电路。本设计方案采用 8片 A T 2 4 C 6 4 芯片连接构成外围扩展存储电路。若考虑到主机与 楼宇信息联网卡相隔较远，而分机系统上电或复位 维普资讯 http:/ 9 5 4 电 子 器件 第 3 1卷 又常常不在同一时刻完成，如在此时某个 MA X 4 8 7 处于发送状态，将 占用通信总线而使其它信息联 网 卡无法与主机进行通信，可选择在 8 9 C 5 2的 P 1 6 口与 MAX 4 8 7的 D E端之间加光耦 T

16、 I L l 1 7，这样 保证了系统上电复位时 MA x 4 8 7的 D E端始终为“0”，可有效解决所存在的问题。2 3 存储部分 系统 主 机 外 围存 储 部 分 由 于 调 用 多 片 AT2 4 C 6 4，需对每片 A T2 4 C 6 4进行 如下初 始化定 义：前四位 1 0 1 0为 固定标志位，表示多选状态，A z、A、A。是选片地址(可选 8片 AT 2 4 C 6 4)，R W 为 读 写标志位(1 一读，0 一写)。在对 AT2 4 C6 4芯片 进行写操作 时，首先 发送起始位，然后选 片，发送 2 b y t e 地址，后跟所需发送 的数据，最后为终止位。其

17、间每 发 完 8 b i t都 要 返 回应 答 位 表 示 收 到。AT2 4 C 6 4芯片的读操作与写操作基本类似，不同之 处在于不需要返 回应答位。2 4 时钟部分 系统时钟显示功能通过对时钟芯片 D S 1 3 0 2进 行读写操作来实现的。时钟芯片 D S 1 3 0 2是 3线接 口结构 即复位接 口，时钟 接 口和 I O 接 口。芯片 D S 1 3 0 2命令字节初始化，最高位为 D S 1 3 0 2有效标 志位(0 一无效，1 一有效)。第 6位表示操作选择(0 一读写时钟 日历数据，1 一表示对 R AM 进 行操 作)。1 5位指明输入或输出的特定寄存器。最低 位表

18、示读写操作选择(0 一写，1 一读)。命令字节从 最低有效位开始传送。3 软件设计 3 1 通信协议 系统通信帧格式如表 1 所表示。数据链路层帧 表 1 帧格式 楼号 层 号 房号 状态码报警种类保留字节 1 b y t e 1 b y t e 1 b y t e 1 b y t e 2 b y t e 2 b y t e 串口通讯采用 RX，T X收发方式，串行 口定义 为方式 1，波特率为 1 2 k，链路层帧头标志是任意个 数的连续的字符 0 x 7 E，长度为 1 b y t e 尾标志也是 任意个数的连续 的字符 0 x 7 E。长度为 2 b y t e。发 送方除头标志或尾标志

19、之外，不允许出现 0 X 7 E，若 遇到 0 X 7 E，则拆分成 0 X 7 D，0 X 5 E 若出现 0 X 7 D，则拆分成 0 X7 D，0 X5 D传送。通信帧长度字段计算 时不包 含控 制 字段、检 验 字 段。校 验 字 段使 用 C C I TT的 C R C 1 6校验方法，以判断数据传输正确 与否，是否 需要重 发。通信 主机 串行 中断每 次从 S B UF寄存器读取相关数据，接受数据字段长度为 8 b y t e，分别定义为楼号、层号、房号、状态码、报警 种类、保留字节，判断后做相应操作。3 2 系统主程序 系统主程序包括了串口通讯，读写时钟芯片等 待查询等若干部分

20、。图5 为主程序流程图程序运行 时首先查询串行口中断(串行口数据传输)。若有中 断请求则相应 中断，接收数据并判断是否为报警信 息及其具体报警种类，做相应处理。若无 串口中断 要求则查询定时器 T。中断(读写时钟芯片)，调整 系统主机显示 时间。等待子程序对键盘进行扫描，判断是否有键按下。若有键按下，则判断是否为校 时或查询等键并执行相应的操作。图 5 系统主程序流程图 4 总结 基于 R S-4 8 5 协议标准设计的智 能小 区楼宇安 防信息采集控制系统可对居民家各种意外事件进行 实时监控，安全性能好，成本较低，可操作性强，且具 有较好的扩展性：不仅可作为报警用，还可以开发 出 很多其他功

21、能，例如紧急求助，医疗，家政等。但是，若系统中同时有多路报警信息发送，可能会导致 网 络拥塞的现象。目前，家庭网络接人技术正在蓬勃 发展中，相信随着技术的进步，各种功能更强大、保 卫更安全、信息更快捷的小区安保系统会应运而生，走进每家每户，为人们的日常生活带来便利，从而激 发出更广阔的市场。(下转第 9 5 8页)维普资讯 http:/ 9 5 8 电 子 器件 第 3 1 卷 及频偏估计做了计算机仿真，系统发射端帧结构、信 道编码和调制均按照 C MMB协议 1 完成，信道采 用 C MMB仿真信 道模 型中的典 型动态多径模 型，见表 l，其各径频谱均为 Ra y l e i g h衰落。

22、表 1 R a y L e i g h衰落 功率 d B一3 0 -2 6 -8 1 0 延时 s 0 0 2 0，5 1，6 2 3 5 各径频谱 主径 回波 1 回波 2 回波 3 回波 4 回波 5 帧同步位置估计偏差与频偏估计偏差采用均方 误差(MS E)衡量。仿真结果见 图 7，由左上 图可 以 看 出文中频偏估计算法即使在很低信噪 比条件下，频偏估计均方误差仍然能达到 1 0 以下，频偏估计 非常准确；由右上图可以看出，文中频偏估计算法受 频偏影响很小，无论载波频偏大小，都能在接收端得 到很好 的估计；左下方的图反 映了即使在很恶劣 的 条件下，系统仍然能通过文中提到的帧同步方案精

23、 确地确定 O F D M符号起始位置；右下图综合反映了 帧同步和频偏估计和校正算法的可靠性，无论载波 榭 霹 连 谨 鞭 授 骶 蚺 匠 娶 f S NR 1，d B 图 7 (上接第 9 5 4页)参考文献：同步仿真 1 美 A l b e r t o L e o n-G a r c i a，I n d r a Wi d j a j a 通信网：基本概念与 主体结构 M 北京：清华大学出版社，2 0 0 4 2 MA X I L o w-P o w e r，S l e w-R a t e i m i t e d R S-4 8 5 R S-4 2 2 T r a n s c e iv e

24、r s D e s c r ip t io n E B O L 。h t t p t|?r n a x i r w i c 髓 3 张友德，赵 志英，涂时 亮 单片微 型机原理、应 用与实验(第 四 版)M 上海：复旦大学出版社，2 0 0 3 频偏大小，文中提到 的算法都能很准确地估计出频 偏和 O F D M符号起始位置。3 结论 本文结合 C MMB系统 的特点，提 出了一种新 颖的利用同步序列在时域中准确完成帧同步和频偏 估计算法，该算法可 以有效抵抗多径衰落和高载波 频偏 的影响。参考文献：1 C M MB广播信道帧结构、信道编码和调制 2 王文博，郑侃，宽带无线通信 O F D M

25、技术 M 人民邮电出版 社，2 0 0 3，6 3 6 7 3 L i u P e n g A N o v e l S y m b o l S y n c h r o n i z a t i o n S c h e m e f o r O F D M 口 0-7 8 0 3 9 0 1 5 6 O 5，2 0 0 5 I E E E 4 L e i We n，C h e n g We i m i n g，S u n L i m i n g，I mp r o v e d J o i n t C a r r i e r a n d S a mpl i n g Fr e q u e n c y Of

26、 f s e t Es t i ma t i o n Sc h e me f o r O F D M S y s t e m s 0-7 8 0 3 7 9 7 4 8 0 3，2 0 0 3 I E E E J 5 S d m-,i c l l T im o t h y M，C o x D o n a l d CR o b u s t F r e q u e n c y a n d T im i n g S ync h r o n i z a ti o n f o r O F D M J 0 0 9 0-6 7 7 8 9 7，1 9 9 7 I E E K 6 Wa n g C h i n

27、 L i a n g A N e w S ync h r o n i z a t i o n Sch e m e f o r O F D M S y s t e ms J 0-7 8 0 3 8 2 5 5 2 0 4，2 0 0 4 I E E E 7 Y a n g B a o g u o，L e t a i e f K R A n I m p r o v e d C o m b i n ed S ym b o l a n d Sa mp l i n g Cl o c k S yn c h r o ni z a t i o n Me t h o d f o r OFDM Sy s t e

28、m s J 0-7 8 0 3 5 6 6 8 3 9 9，1 9 9 9 I E E E 8 L i X i a o j i n，Z h e n g Y u，L a i Z o n g s h e n g，A L o w Comp l e x i t y S i g n ML De t e c t o r o r Sy mbo l a nd Fr e q u e n c y S y n c h r o n i z a t i o n o f O F D M S y s t e m s J 0 0 9 8 3 0 6 3 0 6，2 0 0 6，I E E E 9 A i 1 3 o，G e

29、J i a n-h u a，F r e q u e n c y Off s e t E s t ima t i o n f o r O F D M i n Wi r e l e s s C o m mu n i c a t io n s J 0 0 9 8 3 0 6 3 0 4，2 0 0 4 I E E E 4 刘必虎，沈建国 数字逻辑电路 M 北京：科学出版社，2 0 0 0 5 徐建荣 应用软件编程分析 D 上海：上海大学，2 0 0 4 6 任雄炯C A N总线技术在智能小区底层网络中的研究与实践 D 杭州：浙江大学，2 0 0 2 7 王永山 微型机计算机原理(第二版)M 西安：西安电子科 技大学出版社，2 0 0 6 8 MA X I MMA X 4 8 7 P a r t N u m b e r T a b le E B O L h t t p：v 八 v ma x i m-i c C O 1T L 自 O 旧 维普资讯 http:/