摘 要： 基于單片機硬件系統以及Keil C軟件開發平臺，設計并實現了應用于家庭用戶的小型監控報警系統。該系統通過紅外傳感器探測到入侵者，驅動蜂鳴器報警并產生相應信號通過串口線傳送至PC控制端，控制端啟動攝像頭及時抓拍現場圖片并保存。
關鍵詞： C8051F120；紅外傳感器；UART；視頻監控
傳統的視頻監控需要有專業的設備、高額的費用以及大量的視頻存儲要求，難以在一般家庭用戶中得到廣泛應用。基于紅外傳感器的視頻監控系統具備了監控的基本功能，能實現視頻實時顯示、抓拍及報警，可單獨使用亦可作為智能家居的部分模塊。紅外傳感器的應用避免了大量無意義的視頻的保存，系統只在有外部物體進入感應區時才進行抓拍保存圖像，節省存儲空間，容易在家庭用戶中得到推廣應用。
1 系統整體設計方案
系統整體設計如圖1所示，監控端（系統設置兩個，可靈活部署）以C8051F120單片機為核心，通過單片機的I/O口連接蜂鳴器和紅外監控器，PC機通過RS232與單片機相連，攝像頭由PC機控制。
該系統通過紅外傳感器探測入侵物體，使用C8051F120的I/O口P2.0對紅外傳感器感應的紅外線信號進行響應，驅動蜂鳴器報警并產生警示信號，通過串口線傳送至PC，PC控制端啟動攝像頭及時抓拍現場圖片并保存。
2 系統硬件設計
2.1 C8051F120介紹
系統監控終端采用C8051F120單片機作為控制核心，實現對紅外傳感器采集數據的處理以及與PC控制端的通信。
C8051F120是完全集成的混合信號片上系統型MCU芯片，其主要特性如下[1]：高速、流水線結構的8051兼容的CIP-51內核；100 kS/s的ADC，帶PGA和8通道模擬多路開關；128 KB可在系統編程的Flash存儲器；兩個UART串行接口；5個通用的16位定時器；具有6個捕捉/比較模塊的可編程計數器/定時器陣列；片內看門狗定時器；可在工業溫度范圍（-45 ℃~+85 ℃）工作。
2.2 C8051F120對紅外傳感器的控制
C8051F120的I/O口P2.0與紅外傳感器相連，如圖2所示，對紅外傳感器感應的紅外線信號進行查詢，一旦查詢到P2.0端口送來的信號發生電平變化，單片機即作出響應，驅動蜂鳴器報警并向PC發送警示信號。
單片機C8051F020的UART0口是一個具有幀錯誤檢測和地址識別硬件的增強型串行口。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UART0的控制和訪問是通過相關的特殊功能寄存器即串行控制寄存器（SCON0）和串行數據緩沖器（SBUF0）來實現的。一個SBUF0地址可以訪問發送寄存器和接收寄存器。讀操作將自動訪問接收寄存器，而寫操作自動訪問發送寄存器。
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，發送方和接收方要約定具體的數據格式和波特率（通信協議）。系統約定其通信協議如下：
（1）串行通信波特率為9 600 b/s；
?。?）幀格式為：1 bit起始位，8 bit數據位，1 bit停止位，無奇偶校驗位；
?。?）設定由單片機主動聯絡PC機。
3.1 發送端
C8051F120單片機為信號發送端，開始工作后C8051F120初始化串口并檢測P2.0信號（連接到紅外傳感器的引腳），當P2.0為真時向串口發送警示信息（設定為字符“1”）。根據通信協議，因波特率為9 600 b/s，選用定時器T1作為波特率發生器，晶振為11.059 2 MHz，定時器T1工作于方式2，定時器初值為0xfd。
3.2 接收端
PC在接收到串口發來的警示信息后會啟動攝像頭工作，接收端程序設計采用VC++6.0開發平臺調用API函數來實現。程序工作流程如下：首先設置好串口參數，再開啟串口監測工作線程，串口監測工作線程監測到串口接收到的數據，就以消息方式通知主程序，激發消息處理函數來進行數據處理。
4 上位機功能設計與實現
PC控制端應用程序包括三大模塊：串口監視模塊、視頻采集模塊和圖像保存模塊。串口監視模塊監聽串口狀態，是否有單片機發來的警示信息；視頻采集模塊控制攝像頭進行圖片抓拍。
程序第一次運行時會在C盤下創建media文件夾用于保存抓拍圖片，每次保存時程序會檢查media目錄下是否有當前日期的目錄，沒有則創建，并且會在當前日期目錄下創建兩個文件夾video1和video2，里面分別放兩個監控源所拍攝的圖片。監控程序可對攝像頭的圖像及其他格式進行設置。
本文提出的基于紅外傳感器的視頻監控系統，較為適合小型用戶使用，使用的設備為普通的USB攝像頭和個人電腦，只要能對紅外傳感器合理部署就可對所需的場合進行監控。
參考文獻
[1] 潘琢金，孫德龍，夏秀峰譯.C8051F單片機應用解析[M].北京：北京航空航天大學出版社，2002.
[2] 童長飛.C8051F系列單片機開發與C語言編程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2005.
[3] 施國君.C8051FXXX高速SOC單片機原理及應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，2002.