摘 要： 基于單片機(jī)硬件系統(tǒng)以及Keil C軟件開發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用于家庭用戶的小型監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過紅外傳感器探測(cè)到入侵者，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警并產(chǎn)生相應(yīng)信號(hào)通過串口線傳送至PC控制端，控制端啟動(dòng)攝像頭及時(shí)抓拍現(xiàn)場(chǎng)圖片并保存。
關(guān)鍵詞： C8051F120；紅外傳感器；UART；視頻監(jiān)控
傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控需要有專業(yè)的設(shè)備、高額的費(fèi)用以及大量的視頻存儲(chǔ)要求，難以在一般家庭用戶中得到廣泛應(yīng)用。基于紅外傳感器的視頻監(jiān)控系統(tǒng)具備了監(jiān)控的基本功能，能實(shí)現(xiàn)視頻實(shí)時(shí)顯示、抓拍及報(bào)警，可單獨(dú)使用亦可作為智能家居的部分模塊。紅外傳感器的應(yīng)用避免了大量無(wú)意義的視頻的保存，系統(tǒng)只在有外部物體進(jìn)入感應(yīng)區(qū)時(shí)才進(jìn)行抓拍保存圖像，節(jié)省存儲(chǔ)空間，容易在家庭用戶中得到推廣應(yīng)用。
1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案
系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)如圖1所示，監(jiān)控端（系統(tǒng)設(shè)置兩個(gè)，可靈活部署）以C8051F120單片機(jī)為核心，通過單片機(jī)的I/O口連接蜂鳴器和紅外監(jiān)控器，PC機(jī)通過RS232與單片機(jī)相連，攝像頭由PC機(jī)控制。
該系統(tǒng)通過紅外傳感器探測(cè)入侵物體，使用C8051F120的I/O口P2.0對(duì)紅外傳感器感應(yīng)的紅外線信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警并產(chǎn)生警示信號(hào)，通過串口線傳送至PC，PC控制端啟動(dòng)攝像頭及時(shí)抓拍現(xiàn)場(chǎng)圖片并保存。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 C8051F120介紹
系統(tǒng)監(jiān)控終端采用C8051F120單片機(jī)作為控制核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外傳感器采集數(shù)據(jù)的處理以及與PC控制端的通信。
C8051F120是完全集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)型MCU芯片，其主要特性如下[1]：高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的CIP-51內(nèi)核；100 kS/s的ADC，帶PGA和8通道模擬多路開關(guān)；128 KB可在系統(tǒng)編程的Flash存儲(chǔ)器；兩個(gè)UART串行接口；5個(gè)通用的16位定時(shí)器；具有6個(gè)捕捉/比較模塊的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列；片內(nèi)看門狗定時(shí)器；可在工業(yè)溫度范圍（-45 ℃~+85 ℃）工作。
2.2 C8051F120對(duì)紅外傳感器的控制
C8051F120的I/O口P2.0與紅外傳感器相連，如圖2所示，對(duì)紅外傳感器感應(yīng)的紅外線信號(hào)進(jìn)行查詢，一旦查詢到P2.0端口送來(lái)的信號(hào)發(fā)生電平變化，單片機(jī)即作出響應(yīng)，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警并向PC發(fā)送警示信號(hào)。
單片機(jī)C8051F020的UART0口是一個(gè)具有幀錯(cuò)誤檢測(cè)和地址識(shí)別硬件的增強(qiáng)型串行口。UART0可以工作在全雙工異步方式或半雙工同步方式，并且支持多處理器通信。對(duì)UART0的控制和訪問是通過相關(guān)的特殊功能寄存器即串行控制寄存器（SCON0）和串行數(shù)據(jù)緩沖器（SBUF0）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。一個(gè)SBUF0地址可以訪問發(fā)送寄存器和接收寄存器。讀操作將自動(dòng)訪問接收寄存器，而寫操作自動(dòng)訪問發(fā)送寄存器。
3 C8051F120與PC的串口通信
串行通信有異步通信和同步通信兩種基本通信方式，異步通信是比較常用的傳送方式。串行通信前，發(fā)送方和接收方要約定具體的數(shù)據(jù)格式和波特率（通信協(xié)議）。系統(tǒng)約定其通信協(xié)議如下：
（1）串行通信波特率為9 600 b/s；
（2）幀格式為：1 bit起始位，8 bit數(shù)據(jù)位，1 bit停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)位；
（3）設(shè)定由單片機(jī)主動(dòng)聯(lián)絡(luò)PC機(jī)。
3.1 發(fā)送端
C8051F120單片機(jī)為信號(hào)發(fā)送端，開始工作后C8051F120初始化串口并檢測(cè)P2.0信號(hào)（連接到紅外傳感器的引腳），當(dāng)P2.0為真時(shí)向串口發(fā)送警示信息（設(shè)定為字符“1”）。根據(jù)通信協(xié)議，因波特率為9 600 b/s，選用定時(shí)器T1作為波特率發(fā)生器，晶振為11.059 2 MHz，定時(shí)器T1工作于方式2，定時(shí)器初值為0xfd。
3.2 接收端
PC在接收到串口發(fā)來(lái)的警示信息后會(huì)啟動(dòng)攝像頭工作，接收端程序設(shè)計(jì)采用VC++6.0開發(fā)平臺(tái)調(diào)用API函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。程序工作流程如下：首先設(shè)置好串口參數(shù)，再開啟串口監(jiān)測(cè)工作線程，串口監(jiān)測(cè)工作線程監(jiān)測(cè)到串口接收到的數(shù)據(jù)，就以消息方式通知主程序，激發(fā)消息處理函數(shù)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
4 上位機(jī)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
PC控制端應(yīng)用程序包括三大模塊：串口監(jiān)視模塊、視頻采集模塊和圖像保存模塊。串口監(jiān)視模塊監(jiān)聽串口狀態(tài)，是否有單片機(jī)發(fā)來(lái)的警示信息；視頻采集模塊控制攝像頭進(jìn)行圖片抓拍。
程序第一次運(yùn)行時(shí)會(huì)在C盤下創(chuàng)建media文件夾用于保存抓拍圖片，每次保存時(shí)程序會(huì)檢查media目錄下是否有當(dāng)前日期的目錄，沒有則創(chuàng)建，并且會(huì)在當(dāng)前日期目錄下創(chuàng)建兩個(gè)文件夾video1和video2，里面分別放兩個(gè)監(jiān)控源所拍攝的圖片。監(jiān)控程序可對(duì)攝像頭的圖像及其他格式進(jìn)行設(shè)置。
本文提出的基于紅外傳感器的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，較為適合小型用戶使用，使用的設(shè)備為普通的USB攝像頭和個(gè)人電腦，只要能對(duì)紅外傳感器合理部署就可對(duì)所需的場(chǎng)合進(jìn)行監(jiān)控。
參考文獻(xiàn)
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[3] 施國(guó)君.C8051FXXX高速SOC單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.