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、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化水平。一般說來，視頻監(jiān)控系統(tǒng)由以下幾個部分組成：控制矩陣、解碼器、攝像機、云臺、報警分接器、監(jiān)視器；有些系統(tǒng)還包含有硬盤錄像機及多畫面處理器。通常，視頻監(jiān)控系統(tǒng)要設(shè)置許多報警點，一旦報警點有異常情況發(fā)生時，監(jiān)控系統(tǒng)主機能自動將監(jiān)控畫面切換到該報警點，并存儲報警記錄。由于報警點通常離監(jiān)控系統(tǒng)主機較遠(yuǎn)，且有些監(jiān)控系統(tǒng)要設(shè)置幾百、甚至幾千個報警點，因而如采用報警傳感器與監(jiān)控系統(tǒng)主機直接相連是不現(xiàn)實的，中間必須通過報警分接器。報警分接器的主要功能是接收報警傳感器送來的報警輸入信號，并將該報警信息以及報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。通常一個報警分接器控制幾個報警點（如8個或16個），將許多報警分接器串接起來便可控制許多報警點。每個報警分接器有唯一的地址碼，監(jiān)控系統(tǒng)主機通過收到的地址碼便可知道報警點的具體位置，報警分接器本身并不報警。下面具體介紹報警分接器的設(shè)計方法。

2報警分接器的組成及主要功能

2.1 組成

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

2.2 主要功能

（1） 通過報警傳感器，報警分接器可控制8個報警點（C口的每個I/O控制一個報警點）；

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

（3） 最多可串接64個報警分接器，總共可控制512個報警點；

（4） 報警分接器可與控制矩陣、硬盤錄像機或多畫面處理器相連。

3 硬件結(jié)構(gòu)

3.1 CPU

由于PIC系列單片機具有實用、低價、省電、小巧和高速等優(yōu)點，且PIC系列單片機內(nèi)含看門狗定時器；另外報警分接器的軟件較簡單，程序量不大，因而CPU選PIC16C57。該芯片內(nèi)含2k EPROM，不需要外部ROM，因此硬件簡單、調(diào)試方便。PIC16C57的主要特點如下：（1）采用精簡指令集，僅33條指令，指令字長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

由于一個視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要控制許多報警分接器以控制許多不同的報警點，因此必須給每個報警分接器一個唯一的地址碼。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)確定報警分接器的地址。CPU每次復(fù)位后，首先將報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)主機可串接64個相同的報警分接器；系統(tǒng)主機與多個報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現(xiàn)CPU與系統(tǒng)主機之間的串行通信，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的RS-485電平轉(zhuǎn)換成與CPU相適用的TTL電平；將CPU輸出信號的TTL電平轉(zhuǎn)換成適合長距離傳輸?shù)腞S-485電平。 MAX483芯片主要特點是：（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，此時芯片處于關(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，允許CPU發(fā)送數(shù)據(jù)給系統(tǒng)主機；當(dāng)PA1為高電平時，CPU可接收系統(tǒng)主機發(fā)來的數(shù)據(jù)。為了保證數(shù)據(jù)的正確傳送，防止誤報警，除采用奇偶校驗外，還發(fā)送數(shù)據(jù)的累加和，系統(tǒng)主機接收完數(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。另外，CPU發(fā)送完所有數(shù)據(jù)后，要接收系統(tǒng)主機的應(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，才表示傳輸正確。通信的波特率設(shè)為4800。

3.4 光耦及報警模擬開關(guān)

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

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，因而報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)計時要注意開關(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報警分接器工作的軟件流程

圖3所示為報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有一個基本的溢出周期18ms（無預(yù)設(shè)倍數(shù)），如果需更長的WDT周期，可以把Prescaler分配給WDT。最大分頻比為 1﹕128，這時WDT的溢出周期為2.5s，本設(shè)計的分頻比選為1﹕16，即溢出周期為288ms。

在燒寫PIC16C57時要特別注意“配置EPROM （Configuration EPROM）”。該EPROM 包含三項內(nèi)容：程序保密熔絲、看門狗定時器設(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子程序，每發(fā)送1個bit 延時約0.2ms，可通過示波器調(diào)整延時時間使波特率等

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 ；奇偶校驗標(biāo)志位

DELAY EQU 0AH ；驅(qū)動延時標(biāo)志位

CT EQU 0BH

（1） PIC單片機接收一字節(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1毫秒

CALL DLY_LO

RETLW 0

DLY_0.1MS

MOVLW 24 ；延時0.1毫秒

CALL DLY_LO

RETLW 0

DLY_0.2MS

MOVLW 48 ；延時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)中報警分接器的設(shè)計，由于報警分接器的工作原理較簡單，因而無需復(fù)雜的硬件設(shè)計及軟件編程。該報警分接器在使用過程中性能穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)誤報警、死機及干擾現(xiàn)象。