1 裝置硬件設計

    辦公樓智能監控系統所實現的功能為：溫度、濕度調節，火災預警，照明燈光控制和飲水機控制，此外，針對辦公樓這類特殊建筑，還應包括大樓安全的集中報警、網絡線路、消防通道部門的集中監控。本文設計的辦公樓智能監控系統主體結構框圖如圖1所示，擬采用智能采集終端與PC機共同組成監測系統。其工作過程為：上位機周期性向各個下位機發送控制命令，并接收各下位機傳送回來的數據，對所采集到的數據進行顯示和保存。智能數據采集終端可采集模擬量數據和開關量數據，并可實現溫度、濕度的檢測與控制。采集終端可以接收上位機發送的命令以及將采集到的現場數據傳送到上位機。

2 硬件總體設計方案

    依據上述對裝置的功能規劃，可將裝置規劃為兩部分設計，智能監控系統由上位機和下位機兩大部分組成，其中上位機由PC機來實現；下位機包括由MSP430F149構成的主控單片機、4×4的人機接口鍵盤、繼電器控制電路和聲光電報警電路燈。

2．1 單片機選型

    本設計選用TI公司MSP430系列超低功耗的MSP430F149單片機作為主控芯片。該芯片具有豐富的片上外圍模塊，所需外部元件較少，具有較高的性價比。它是由2個16位定時器、8路快速12位A／D轉換器、2個通用串行同步／異步通信信號接口(USART)和148個I／O引腳等構成的微控制器。

2．2 溫、濕度的檢測

    采用瑞士盛世瑞恩(Sensirion)公司生產的SHT7l立式插針型溫濕度傳感器芯片，其性能參數為：
    全量程標定，兩線數字輸出；
    濕度測量范圍：O～100％RH；
    溫度測量范圍：-40～+123．8℃；
    濕度測量精度：±3．0％RH；
    溫度測量精度：±0．4℃(25℃)；
    響應時間：<4s；
    低功耗(典型30μW)
    可完全浸沒。

    SHT71與單片機MSP430F149的接口電路如圖2所示。

2．3 煙霧傳感器選型

    本系統選用的煙霧傳感器為北京瑞利威爾科技發展有限公司提供的JTYLZ-1412離子感煙器。JTY LZ-1412采用現代工藝技術制造，為自鎖型探測器，當報警鎖定后，須通過瞬間中斷電源來使其復位。主要技術參數如下：

    工作溫度范圍：-10℃～49℃
    工作濕度范圍：10％至93％RH
    報警復位：瞬間斷電
    繼電器觸點參數：阻性或感性(60％功率因數)負載
    A型：2．0A@30VAC／DC
    系統電壓：12VDC(最大4V波動)
    復位電壓：0-73VDC(最小)
    復位時間：0．3s
    上電時間：30s

2．4 紅外傳感器選型

    本系統選擇HN911型熱釋電紅外探測模塊來完成對人體的探測，從而實現對室內照明燈和飲水機的控制。HN911具有靈敏度高、抗干擾能力強、耐低溫(-30℃)及使用方便等特點，主要用來探測人體發射出的紅外線能量。模塊的主要技術參數如表1所示。采用HN911的測量熱體的電路如圖3所示。

2．5 數據采集系統接口電路設計

    在該系統中主要考慮模擬前端為傳感器，從傳感器送來的是標準信號，即4mA～20mA，這樣設計具有一定的通用性，只要前端接不同的傳感器就可以采集不同的信號源。由于A／D轉換基準為電壓，也就是參考源為電壓，所以A／D轉換的是電壓，這樣需要將電流信號轉換為電壓信號。圖4所示為具體的模擬量采集電路圖。與單片機的連接如圖5所示。

2．6 開關量輸入電路設計

    當智能終端對現場開關量數據進行采集時，現場可能會有較大的干擾，若這些干擾隨輸入信號一起進入智能終端，則會使控制的準確性降低，產生誤動作。因此，本系統在開關量電路和單片機之間用光電耦合器TLP521-4進行了隔離。電路如圖6所示。

2．7 鍵盤電路設計

    矩陣鍵盤電路主要利用MSP430單片機的一般I／O口來進行擴展設計。矩陣鍵盤電路由行線和列線組成，矩陣鍵盤通過掃描來捕獲鍵盤的輸入。所謂掃描就是單片機不斷地對行線依次設置低電平，然后檢查列線的輸入狀態，從而確定鍵盤是否有輸入，如圖7所示為鍵盤的電路設計圖。

2．8 RS485通信電路設計

    MSP430F149單片機的串行口輸入輸出均為TTL電平，這種以TTL電平傳輸數據的方式，抗干擾差，傳輸距離短。為了提高串行通訊的可靠性，增大傳輸距離，本系統采用RS-48 5標準串行接口。本系統選用Maxim公司的MAX3485收發器芯片。

2．9 電源電路及復位電路

    MSP430F149要求用3．3V供電，本應用中采用了TI公司TPS7xxx系列電源轉換芯片中的TPS7333，將電路板外接的+5V轉換成+3．3V。同時TPS7333提供系統復位信號，實現電壓監控。電源電路如圖9所示。

2．10 時鐘電路

    MSP430F149具有三種不同頻率的時鐘：ACLK(輔助時鐘)、MCLK(主系統時鐘)和SMCLK(子系統時鐘)，三種時鐘分別送給不同模塊。由于系統的功耗與工作頻率成正比，因此靈活的時鐘使系統的超低功耗成為可能。為滿足不同頻率時鐘的需求，MSP430單片機外接32kHz的低頻時鐘和8MHz的高頻時鐘。其中32kHz時鐘用于產生系統時鐘，而8MHz時鐘用于CPU快速工作。時鐘電路外接圖如圖10所示。

3 軟件主程序設計

    在主程序中，首先應對系統進行初始化，然后再每隔100ms執行一次如下任務：進行一次模擬量、開關量的采集，掃描一次鍵盤看是否有按鍵按下，數據采集后的濾波計算以及相應的輸出控制。時間間隔由定時器A定時中斷得到。當所有的任務執行完后，在下一次定時中斷到來之前，為了降低系統功耗，單片機將處于低功耗模式。主程序流程圖如圖11所示。

4 結論

    本辦公樓智能監控裝置硬件結構簡單，軟件設計靈活，充分發揮了單片機結構緊湊、功能強大的優點，是一種電路設計新穎、參數測量準確、操作方便的智能監控裝置。