1 前言

近年來，視頻監(jiān)控系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、交通、商場(chǎng)、銀行、公安及智能住宅小區(qū)等領(lǐng)域，是現(xiàn)代化管理、監(jiān)控的重要手段之一，極大地提高了管理效率和自動(dòng)化水平。一般說來，視頻監(jiān)控系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：控制矩陣、解碼器、攝像機(jī)、云臺(tái)、報(bào)警分接器、監(jiān)視器；有些系統(tǒng)還包含有硬盤錄像機(jī)及多畫面處理器。通常，視頻監(jiān)控系統(tǒng)要設(shè)置許多報(bào)警點(diǎn)，一旦報(bào)警點(diǎn)有異常情況發(fā)生時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)能自動(dòng)將監(jiān)控畫面切換到該報(bào)警點(diǎn)，并存儲(chǔ)報(bào)警記錄。由于報(bào)警點(diǎn)通常離監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)較遠(yuǎn)，且有些監(jiān)控系統(tǒng)要設(shè)置幾百、甚至幾千個(gè)報(bào)警點(diǎn)，因而如采用報(bào)警傳感器與監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)直接相連是不現(xiàn)實(shí)的，中間必須通過報(bào)警分接器。報(bào)警分接器的主要功能是接收?qǐng)?bào)警傳感器送來的報(bào)警輸入信號(hào)，并將該報(bào)警信息以及報(bào)警分接器本身的地址碼按照一定的協(xié)議和波特率傳送給監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)。通常一個(gè)報(bào)警分接器控制幾個(gè)報(bào)警點(diǎn)（如8個(gè)或16個(gè)），將許多報(bào)警分接器串接起來便可控制許多報(bào)警點(diǎn)。每個(gè)報(bào)警分接器有唯一的地址碼，監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)通過收到的地址碼便可知道報(bào)警點(diǎn)的具體位置，報(bào)警分接器本身并不報(bào)警。下面具體介紹報(bào)警分接器的設(shè)計(jì)方法。

2報(bào)警分接器的組成及主要功能

2.1 組成

圖1所示為報(bào)警分接器的組成方框圖，主要由六個(gè)部分組成：CPU、發(fā)送接收電路、地址編碼電路、光耦、報(bào)警模擬開關(guān)和開關(guān)電源。

2.2 主要功能

（1） 通過報(bào)警傳感器，報(bào)警分接器可控制8個(gè)報(bào)警點(diǎn)（C口的每個(gè)I/O控制一個(gè)報(bào)警點(diǎn)）；

（2）可通過觸發(fā)報(bào)警模擬開關(guān)檢驗(yàn)報(bào)警分接器是否正常工作及系統(tǒng)能否報(bào)警；

（3） 最多可串接64個(gè)報(bào)警分接器，總共可控制512個(gè)報(bào)警點(diǎn)；

（4） 報(bào)警分接器可與控制矩陣、硬盤錄像機(jī)或多畫面處理器相連。

3 硬件結(jié)構(gòu)

3.1 CPU

由于PIC系列單片機(jī)具有實(shí)用、低價(jià)、省電、小巧和高速等優(yōu)點(diǎn)，且PIC系列單片機(jī)內(nèi)含看門狗定時(shí)器；另外報(bào)警分接器的軟件較簡(jiǎn)單，程序量不大，因而CPU選PIC16C57。該芯片內(nèi)含2k EPROM，不需要外部ROM，因此硬件簡(jiǎn)單、調(diào)試方便。PIC16C57的主要特點(diǎn)如下：（1）采用精簡(jiǎn)指令集，僅33條指令，指令字長(zhǎng)12位，全部指令都是單周期指令；（2）系統(tǒng)為哈佛結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)總線和指令總線各自獨(dú)立分開；（3）帶內(nèi)部自振式看門狗（WDT）；（4）具有低功耗模式（Standby Mode），耗電小于10mA；（5）具備保密位，保密熔絲可在程序燒寫時(shí)選擇將其熔斷，則程序不能被讀出拷貝；（6）工作頻率為DC～20MHz；（7）有20根雙向可獨(dú)立編程I/O 口，每根I/O口線都可由程序來編程決定其輸入/輸出方向。

3.2 地址編碼電路

由于一個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要控制許多報(bào)警分接器以控制許多不同的報(bào)警點(diǎn)，因此必須給每個(gè)報(bào)警分接器一個(gè)唯一的地址碼。地址編碼電路由撥碼開關(guān)及上拉電阻組成，每次上電前，通過撥碼開關(guān)確定報(bào)警分接器的地址。CPU每次復(fù)位后，首先將報(bào)警分接器的地址碼讀入至CPU的RAM中。CPU的 PB0～PB5與六位撥碼開關(guān)相連，因而系統(tǒng)主機(jī)可串接64個(gè)相同的報(bào)警分接器；系統(tǒng)主機(jī)與多個(gè)報(bào)警分接器之間可按任意樹形通過RS-485總線連接。

3.3 發(fā)送接收電路

發(fā)送接收電路主要用來實(shí)現(xiàn)CPU與系統(tǒng)主機(jī)之間的串行通信，該發(fā)送接收電路主要由MAX483芯片組成，它的作用是將輸入信號(hào)的RS-485電平轉(zhuǎn)換成與CPU相適用的TTL電平；將CPU輸出信號(hào)的TTL電平轉(zhuǎn)換成適合長(zhǎng)距離傳輸?shù)腞S-485電平。 MAX483芯片主要特點(diǎn)是：（1）該芯片是一低功耗、最高轉(zhuǎn)換速率為25kbps的RS-485通信用發(fā)送接收器；（2）可通過降低轉(zhuǎn)換速率來減少EMI和由于不合適終端所引起的反射干擾。（3）通信方式為半雙工方式；（4）單5V供電，靜態(tài)電流為120mA；（5）它有關(guān)閉模式（Shutdown Mode），當(dāng)RE和DE腳為低電平時(shí)，此時(shí)芯片處于關(guān)閉模式，功耗最低，耗電流只有0.1 mA。

MAX483與CPU的接口電路如圖2所示。CPU 的PA0腳設(shè)定為數(shù)據(jù)接收腳（RXD），PA2腳設(shè)定為數(shù)據(jù)發(fā)送腳（TXD），PA1為控制腳。當(dāng)PA1 為低電平時(shí)，允許CPU發(fā)送數(shù)據(jù)給系統(tǒng)主機(jī)；當(dāng)PA1為高電平時(shí)，CPU可接收系統(tǒng)主機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)。為了保證數(shù)據(jù)的正確傳送，防止誤報(bào)警，除采用奇偶校驗(yàn)外，還發(fā)送數(shù)據(jù)的累加和，系統(tǒng)主機(jī)接收完數(shù)據(jù)后，必須檢查接收到數(shù)據(jù)的累加和與發(fā)送的累加和是否相等，如不相等，則表示傳輸出錯(cuò)。另外，CPU發(fā)送完所有數(shù)據(jù)后，要接收系統(tǒng)主機(jī)的應(yīng)答信息，此應(yīng)答信息即為數(shù)據(jù)的累加和，只有當(dāng)發(fā)送與接收的累加和一樣時(shí)，才表示傳輸正確。通信的波特率設(shè)為4800。

3.4 光耦及報(bào)警模擬開關(guān)

為了提高報(bào)警分接器的抗干擾能力，防止誤報(bào)警，在CPU與報(bào)警傳感器之間加光耦電路，共需8個(gè)光耦。報(bào)警模擬開關(guān)由八位撥動(dòng)開關(guān)及上拉電阻組成，用來檢驗(yàn)報(bào)警分接器是否正常工作及系統(tǒng)主機(jī)能否報(bào)警。當(dāng)撥動(dòng)開關(guān)與地相連時(shí)，CPU對(duì)應(yīng)的腳輸入低電平，表示有報(bào)警信號(hào)輸入，此時(shí)，系統(tǒng)主機(jī)應(yīng)能報(bào)警并存儲(chǔ)相應(yīng)的報(bào)警記錄。

3.5 開關(guān)電源

由于開關(guān)電源不需要沉重的電源變壓器，具有體積小、重量輕、效率高的優(yōu)點(diǎn)，因而報(bào)警分接器的電源采用開關(guān)電源，該開關(guān)電源提供+5V電壓。在設(shè)計(jì)時(shí)要注意開關(guān)電源的抗干擾性能，盡量減少開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾。本設(shè)計(jì)中采取了以下措施：（1）在開關(guān)管的C、E極間加RC吸收電路；在二次整流回路中整流二極管兩端加RC吸收電路，抑制浪涌電壓；（2）在二次整流回路中與整流二極管串接帶可抗飽和磁芯的線圈，抑制整流二極管的反向浪涌電壓；（3）加厚開關(guān)管與散熱片之間絕緣墊片的厚度，以減少開關(guān)管與散熱片之間的藕合電容；（4）采用屏蔽措施進(jìn)一步減少開關(guān)電源的干擾。

4報(bào)警分接器工作的軟件流程

圖3所示為報(bào)警分接器工作的軟件流程，軟件程序采用PIC16C57匯編語言編寫。需注意看門狗（WDT）程序的編寫，WDT有一個(gè)基本的溢出周期18ms（無預(yù)設(shè)倍數(shù)），如果需更長(zhǎng)的WDT周期，可以把Prescaler分配給WDT。最大分頻比為 1﹕128，這時(shí)WDT的溢出周期為2.5s，本設(shè)計(jì)的分頻比選為1﹕16，即溢出周期為288ms。

在燒寫PIC16C57時(shí)要特別注意“配置EPROM （Configuration EPROM）”。該EPROM 包含三項(xiàng)內(nèi)容：程序保密熔絲、看門狗定時(shí)器設(shè)置和振蕩類型（RC/XT/HS/LP）設(shè)置。

由于PIC16C57沒有專用的波特率發(fā)生器，因而必須編寫軟件延時(shí)子程序，每發(fā)送1個(gè)bit 延時(shí)約0.2ms，可通過示波器調(diào)整延時(shí)時(shí)間使波特率等

于4800。

鑒于篇幅的限制，這里未列出程序的詳細(xì)清單，只給出了發(fā)送及接收一字節(jié)的子程序如下：

STATUS EQU 03H

RA EQU 05H

DATA EQU 08H

ODD EQU 09H ；奇偶校驗(yàn)標(biāo)志位

DELAY EQU 0AH ；驅(qū)動(dòng)延時(shí)標(biāo)志位

CT EQU 0BH

（1） PIC單片機(jī)接收一字節(jié)子程序

RECE BCF RA，1 ；MAX483處于接收狀態(tài)

BTFSC RA，0

GOTO WORK

CALL DLY_0.1MS ；延時(shí)1/2 BIT

BTFSC RA，0 ；是否仍然是低電平？

GOTO RECE

CALL DLY_0.2MS

MOVLW 8 ；讀入字符

MOVWF CT

CLRF ODD

RECELO CALL DLY_0.2MS

BCF STATUS，C

RRF DATA，1

BTFSC RA，0

BSF DATA，7

MOVF DATA，0

XORWF ODD，1 ；求奇偶屬性

DECFSZ CT，1

GOTO RECELO

CALL DLY_0.2MS

CLRW

BTFSC RA，0 ；判斷校驗(yàn)位是否為1

MOVLW 80H

XORWF ODD，1

BTFSS ODD，7

GOTO RECE_OK

GOTO REC_ERR ；不符合奇偶屬性

RECE_OK ；符合奇偶屬性

RETLW 0

RECE_ERR

RETLW 0

（2） PIC單片機(jī)發(fā)送一字節(jié)子程序

BSF RA，1 ；MAX483處于發(fā)送狀態(tài)

CALL DLY_1MS

MOVLW 8 ；發(fā)送字符

MOVWF CT

CLRF ODD

BCF RA，2 ；發(fā)送起始位

SENDLO CALL DLY_0.2MS

MOVF DATA，0

XORWF ODD，1 ；求奇偶屬性

BCF STATUS，C

RRF DATA，1

BCF RA，2

BCF STATUS，C

BSF RA，2

DECFSZ CT，1

GOTO SENDLO

CALL DLY_0.2MS

MOVLW 01H

XORWF ODD，1

BCF RA，2

BTFSC ODD，1 ；發(fā)送奇偶標(biāo)志

BSF RA，2

CALL DLY_0.2MS

BSF RA，2 ；發(fā)送停止位

RETLW 0

DLY_1MS

MOVLW 250 ；延時(shí)1毫秒

CALL DLY_LO

RETLW 0

DLY_0.1MS

MOVLW 24 ；延時(shí)0.1毫秒

CALL DLY_LO

RETLW 0

DLY_0.2MS

MOVLW 48 ；延時(shí)0.2毫秒

MOVWF DELAY

DLY_LO

NOP

DECFSZ DELAY，1

GOTO DLY_LO

RETLW 0

5 結(jié)束語

本文介紹了視頻監(jiān)控系統(tǒng)中報(bào)警分接器的設(shè)計(jì)，由于報(bào)警分接器的工作原理較簡(jiǎn)單，因而無需復(fù)雜的硬件設(shè)計(jì)及軟件編程。該報(bào)警分接器在使用過程中性能穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)誤報(bào)警、死機(jī)及干擾現(xiàn)象。