基于AT89S51單片機的監控與管理系統的設計

　　摘要：在宿舍或商場的出入口中采用監視和管理系統可以進行防盜和信息提示使用。基于AT89S51單片機的控制系統包括四部分：數據采集、控制系統、時鐘電路、語音錄音電路和報音提示信息電路。該系統采用單片機進行控制，結構簡單，還可進行多種功能的擴展，如實現多機通訊，對更大的場合進行監控與管理等。

　　關鍵詞：單片機，監控與管理，硬件，程序

1 引言

　　在學校宿舍、課室、圖書館、商場等場所的出入口，如果采用監控與管理系統，就可以對進出的人數進行統計，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控報警等處理。基于AT89S51單片機的監控與管理系統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，系統結構簡單。同時，該系統可以進行很多的擴展，如實現多機通訊，對更大的場合進行監控與管理等。

2 系統硬件結構

2．1結構框圖

圖1 基于AT89S51單片機的監控與管理系統的結構框圖

　　圖1所示是基于AT89S51單片機的監控與管理系統的結構框圖。該系統采用了AT89S51單片機系統來控制系統的工作，采用語音專用錄音芯片，同時也加上時鐘芯片，這樣就可以根據自己和場合的需要進行不同的錄音，發出適合的報音信號，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，消息或新聞的發布等。本處只介紹利用語音IC實現報音的提示功能。

　　該系統由于采用了單片機的軟件編程實現控制各模塊電路的工作，并且可以通過鍵盤進行參數的設置，實現了自動控制，使得該系統變得更加完整，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

　　該系統由AT89S51單片機最小系統電路為主要結構，利用其I/O口進行數據的采集和控制。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人體恒溫（37℃）發出特定波長（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，再經熱釋電元件產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，如果發現當前時間落在所設時間段范圍內，則向錄音電路芯片發出控制信號，把相應時間段的錄音內容送到報音電路，然后由報音電路通過放大電路放大后驅動揚聲器，發出相應的聲音；若發現當前時間沒有落在所設時間段范圍內，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。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數據采集結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

　　該部分包括兩部分：單片機最小系統及串行E2PROM。單片機最小系統主要以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斷電后繼續保存系統所設定的相關參數。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I2C總線數據的傳送。

2、數據采集部分

　　為實現對人體數據的采集，該電路根據人體恒溫發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據轉換成一個電平信號去觸發單片機，從而送出中斷請求信號。由于該部分電路在本系統中只充當一個中斷源使用，且不是該系統的核心電路部分，可采用一個成品的單元模塊進行代替。

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

3、時鐘芯片電路

　　為了實現實時時鐘功能，該電路采用了美國DALLAS公司生產的高性能、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

　　為了實現根據不同的使用場合，發出不同的報音內容，該電路采用了語音專用錄音ISD2560[2]，它具有抗斷電、音質好，使用方便，無須專用的開發系統等優點。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容。

5、鍵盤、數碼管顯示電路

　　電路的鍵盤控制和顯示電路采用zlg7289A芯片構成數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動LED，可同時驅動8位共陰式數碼管(或64只獨立LED)的智能顯示驅動芯片，使用非常方便。zlg7289A 內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輸出已經具有一定的功率，能正常驅動小的揚聲器，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放大，以驅動更大功率的揚聲器，發出更加響亮的聲音。

3.軟件設計

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開始或復位的初始化及調用各個子程序來完成對整個系統的控制，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生一定的電信號，然后把現在的時間和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，從而計算進出的人數。在非開放時間，如檢測到人體信號，則可以輸出報警信號。

4．結語

　　本系統以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，通過軟件編程實現控制報音的目的。本系統的創新之處是系統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測和管理場所。該系統非常方便擴展，如培養攝像頭啟動控制等，如果要實現更大范圍的檢測和監控，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，宋現春等，時鐘芯片DS1302及其在數據記錄中的應用   電子技術應用 2000年3月
[2]肖海榮，王鳳瑛等，基于AT89C2051和ISD2560的錄放音系統設計  微計算機信息 2004年第1期
[3] 廣州周立功單片機發展有限公司 zlg7289A 8 位LED 及8 8 鍵盤控制芯片選型指南/upload/eWebUpload/200703/20070312110856345.pdf