摘 要：基于单片机的多功能住宅安防系统是一套运用了单片机技术、nRF905单片射频发射器及传感器设计的多功能住宅安防系统。它能够对16个远程防区实时防盗、防火监控、数码显示布防及报警情况。对受监测点进行自动监测，一旦出现盗情，可以实现声光同步显示，向外发送报警信号；并利用温度传感器及时探测室内温度，对失火情况能够及时发出警报。该防盗防火报警系统具有结构简单、可靠性高、成本低等优点，使我们在灾情发生时能更快更早地得到提示，减少人身及财产损失，具有广泛的应用价值。
关键词：防盗防火报警 单片机 nRF905单片射频发射器
笔者在教学中一直秉承项目教学的理念，通过项目来让学生更好地掌握单片机技术。该项目经验证后推广到教学，让学生以小组为单位来完成该项目，该项目需要用到模拟电路、数字电路、单片机技术、DXP绘图等多个科目的知识，使学生的综合能力得到提高。
一、项目功能
该设计中计时功能是最基本功能，实现防盗防火报警，并在显示屏上显示当前的月、时、分、秒时间。报警提醒功能是通过蜂鸣器和指示灯提醒，如果有盗窃或火灾发生，则系统发出蜂鸣声且指示灯亮，报警信息能被长期自动保存，并能随时查询，除非人工清除。
二、方案设计
1.计时功能
采用单片机控制日历时钟芯片DS1302来实现时钟信号的产生，DS1302内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，通过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟、日历电路提供秒、分、时、日、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整，时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式。DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线：RES（复位），I/O（数据线），SCLK（串行时钟）。时钟/RAM的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信。DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于1mW。
2.信号收发功能
采用nRF905芯片，该芯片采用+3VDC供电，面积为5mm×5mm，共有32个外部引脚，包括UART和SPI等功能。内部集成了nRF905射频模块、8051微控制器及A/D转换模块，具有433/868/915MHz三波段载波频率。采用GFSK调制，抗干扰能力强，支持多点通讯，数据传输速率高达0.1Mbps。具有特有的ShockBurst信号发射模式和发射信号载波监测功能，可有效降低功耗电流，避免数据冲突。内部寄存器为用户提供了基础的通讯协议，便于用户扩展，缩短了开发周期。外围电路连接极为简单，只需要一个晶体管和一个电阻，nRF9E5输出端ANTI，ANT2外接5012单天线终端装置，信号有效发射距离无遮挡时可达800m以上，有建筑物等遮挡时可达350m左右。
3.显示功能
使用数码管显示，数码管的价格便宜、使用方便、易于控制。
4.报警功能
采用蜂鸣器和发光二极管指示灯，虽然声音和亮度比较单一，但价格便宜，实用价值高，体积又小。
三、原理概述
多功能住宅安防系统是基于单片机的无线防盗防火报警系统。当盗情发生时，发射机即启动发射，然后由接收机接收信号，通过单片机控制系统，实现报警。该系统由键盘输入部分、无线发射部分、无线接收部分、单片机控制部分、报警部分、存储部分、计时显示部分、防火报警部分及电源9部分组成。键盘输入电路负责把盗情信号传送给无线发射机，以便及时发出报警信号。无线发射和接收部分采用nRF905射频芯片，该芯片抗干扰能力强。支持多点通讯，数据传输速率高达0.1Mbps。具有特有的ShockBurst信号发射模式和发射信号载波监测功能，可有效降低功耗电流，避免数据冲突。信号有效发射距离无遮挡时可达800m以上，有建筑物等遮挡时可达350m左右。在接收控制器中，单片机控制部分是整个系统的核心，负责检测接收机输出、扫描键盘、显示驱动、输出驱动、走时及定时输出等。单片机使用ATMEL公司的89S52单片机，其FLASH程序存储区容量达8kB，RAM达到256B，其他特性同 AT89S51完全一致。报警部分可以利用蜂鸣器和发光二极管进行声光同时报警，准确迅速地提醒人们及时阻止盗情的发生。存储部分利用EEPROM AT24CXX，可以将发生盗情的时间记录下来，并加以存储，以便随时查询盗情发生的时间。计时显示部分具有显示当前时间的功能，通过DS1302 时钟芯片显示日、时、分、秒，每月的天数和闰年的天数可自动调整。防火报警部分利用温度传感器对温度进行检测，当温度高于设定值时，传感器就会发出信号，由蜂鸣器发出报警。
电源部分负责对整个系统供电，工作电源可从市电220V获得，经稳压后得到5V的稳定工作电压。具体原理框图如图1所示。
图1 原理框图
四、单片机硬件电路与程序流程图
单片机在该项目中的主要作用是实现nRF905单片射频发射器芯片的收发信号功能。
1.单片机与nRF905的信号连接
图2 单片机与nRF905的信号连接
2.数据传输系统框
图3 数据传输系统框图
3.程序流程
图4 主程序流程图
五、调试遇到的问题及解决方案
一是读1302时不显示，经检查电路发现原因是电池的两端接反，改正后显示正常。
二是调试DS18B20时发现错误，查阅资料后，发现此种芯片每一片都有唯一的代码，用串口把代码读出，对晶振的要求非常高。刚开始读时用的是12Hz的晶振，由于串口的误码率太高，所以不正确，改用11.0592MHz的晶振后即正确。
三是该项目最难的调试部分是nRF905收发器的调试，因为该项目采用的是无线发射和接收信号，所以对器件的精度要求非常高，否则很难调试出来，选择该模块的原因也在此。在仔细阅读相应的资料后，认真编写程序，经过反复的修改，最后调试成功。
经调试后，计时显示功能、信号的无线收发功能、防盗防火报警功能实现良好，和预期的效果一致。
六、小结
“多功能住宅安防系统的设计”是源于生活中的一个项目，该项目可以经过适当的设计和完善运用于生活和生产实际中，例如一般家庭、小区及机关单位的安全防盗防火。本项目在设计过程中，最复杂的部分就是无线发射接收电路的设计和编程，在程序设计过程中遇到了冒险现象，该现象是程序设计中的一个难点。而冒险现象往往会影响到逻辑电路的稳定性，时钟端口、清零和置位端口对毛刺信号十分敏感，任何一点毛刺都可能会使系统出错。由于能力有限，在系统设计中冒险现象仍没有得到很好的解决，经过查询各方面的资料得知改善电路冒险的主要途径有：通过改变设计破坏毛刺产生的条件，来减少毛刺的发生；在系统中尽可能采用同步电路等方法。
该项目考验学生的综合能力，学生在实现的过程中需要自己不断去思考研究。这对学生能力是一个很大的提高，也可作为电子信息类学生毕业设计的考核题目。
参考文献:
[1]张庆丰,岑豫皖,杜培明.基于单片机控制的防盗报警器的设计与实现[J].安徽工业大学学报(自然科学版),2005(1)．
[2]刘济林,宋加涛,丁莉雅等.基于单片机的报警系统的应用[J].自动化学报,2003(3)．
[3]王正华,郝丽丽.基于单片机的报警系统的应用[J].电子工程师月刊,2003(10)．
（作者单位：中山市技师学院）
