MB90F462在智能家居監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集卡中的應(yīng)用

隨著人們對居住環(huán)境的舒適度、便捷性和安全性需求的日益提高，智能家居系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。智能家居系統(tǒng)的核心功能是實(shí)現(xiàn)家用設(shè)備運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測和傳輸，主要包括：安全防盜報(bào)警;火警、水電、煤氣泄漏等實(shí)時(shí)監(jiān)測和自動(dòng)報(bào)警;室內(nèi)溫度、濕度、燈光自動(dòng)調(diào)節(jié)和遙控等[1]。因此采集和傳輸各種設(shè)備的運(yùn)行信息是保證智能家居系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。MB90F462是Fujitsu公司生產(chǎn)的一款通用16位單片機(jī)，最小指令周期僅為62.5ns，適用于工業(yè)控制和高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理等場合;同時(shí)，該芯片具有多功能定時(shí)器和多脈沖發(fā)生器，適用于交流感應(yīng)電機(jī)和直流無刷電機(jī)的控制。本文利用MB90F462豐富的片內(nèi)資源設(shè)計(jì)了一款智能家居系統(tǒng)的低速數(shù)據(jù)采集卡。

　　1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能概述

　　根據(jù)智能家居系統(tǒng)在線設(shè)備比較多的特點(diǎn)和方便控制的需求，數(shù)據(jù)采集卡應(yīng)具有足夠的輸入、輸出接口和遠(yuǎn)程通信功能?；?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/MB90F462">MB90F462的數(shù)據(jù)采集卡的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)按功能可分為以下幾個(gè)模塊：8路模擬量輸入;8路數(shù)字量輸入;GSM短信數(shù)據(jù)傳輸;RS-232、RS-485通信;GPRS數(shù)據(jù)傳輸;實(shí)時(shí)時(shí)鐘;狀態(tài)指示;EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

　　2 主要功能模塊的設(shè)計(jì)

　　2.1 信號(hào)輸入模塊

　　在智能家居系統(tǒng)中，需要采集的數(shù)據(jù)信息包括空氣溫度、濕度、燈光的調(diào)節(jié)和水、電、煤氣、煙、火等報(bào)警信息，按照信號(hào)的性質(zhì)可分為模擬量數(shù)據(jù)和數(shù)字量數(shù)據(jù)兩類。該數(shù)據(jù)采集卡可支持的輸入電平有5V、3.3V、RS-232和RS-485接口。

　　MB90F462帶有8路8/10位精度可選的A/D通道，可供輸入8路傳感器的模擬量信號(hào)。對于溫度、濕度、燈光、水流量等信息，可通過相應(yīng)的傳感器將設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過A/D通道采集到管理中心。由于該系統(tǒng)數(shù)據(jù)量不大，軟件設(shè)計(jì)采用查詢的方式來檢查各路A/D的采樣完成標(biāo)志，并讀入數(shù)據(jù)至管理中心的計(jì)算機(jī)中。A/D采樣需要設(shè)置的寄存器包括：ADER、ADCS1、ADCS0、ADCR1和ADCR0。A/D轉(zhuǎn)換共有四種可選模式：單步轉(zhuǎn)換模式1(運(yùn)行時(shí)允許重復(fù)激活)、單步轉(zhuǎn)換模式2(運(yùn)行時(shí)不允許重復(fù)激活)、連續(xù)轉(zhuǎn)換模式(運(yùn)行時(shí)不允許重復(fù)激活)、停止轉(zhuǎn)換模式(運(yùn)行時(shí)不允許重復(fù)激活)。

　　對于設(shè)備的報(bào)警信息和一些特殊的開關(guān)量，利用MB90F462的8路外部中斷對數(shù)字量輸入信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)或脈沖計(jì)數(shù)。由于外部中斷和GPIO管腳是復(fù)用的，所以使用外部中斷時(shí)必須設(shè)置相應(yīng)的管腳為輸入。每兩個(gè)外部中斷共用一個(gè)中斷控制寄存器，使用外部中斷時(shí)需要設(shè)置的寄存器有ICRXX、ENIR、ELVR和EIRR。中斷信號(hào)的觸發(fā)信號(hào)電平可以為高電平、低電平、上升沿或下降沿。使用外部中斷之前和中斷處理完成后要清除標(biāo)志位。

　　2.2 短消息通信模塊

　　為了更方便地服務(wù)于用戶，智能家居系統(tǒng)采用GSM短消息(SMS)服務(wù)來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警和遙控功能，用戶通過個(gè)人移動(dòng)電話即可監(jiān)測家用設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)和報(bào)警信息，同時(shí)還可通過發(fā)送短消息遠(yuǎn)程控制某個(gè)設(shè)備的開關(guān)。SIEMENS公司的GSM無線模塊TC35具有可靠的數(shù)據(jù)、語音、短消息服務(wù)和傳真四種數(shù)據(jù)傳輸功能。該模塊的工作電壓為3.3～5.5V，可以工作在900MHz和1800MHz兩個(gè)頻段，所在頻段功耗分別為2W(900MHz)和1W(1800MHz)。TC35的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā)，符合ITU-T RS-232接口電路標(biāo)準(zhǔn)，工作在CMOS電平。數(shù)據(jù)接口配置：8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗(yàn)位，可以在300bps～115Kbps的波特率下運(yùn)行，支持的自動(dòng)波特率為4.8～115Kbps(14.4Kbps和28.8Kbps除外)[2]。

　　在進(jìn)行短信通信之前，通過在/IGT管腳輸出一電壓下降沿激活GSM模塊，待模塊穩(wěn)定之后，設(shè)置短信服務(wù)中心號(hào)碼和數(shù)據(jù)格式，并進(jìn)行短信收發(fā)、刪除、查詢等操作。

　　2.3 GPRS通信模塊

　　與傳統(tǒng)的GSM相比，GPRS通信的特點(diǎn)是終端可移動(dòng)、接入時(shí)間短、傳輸速度快、按流量計(jì)費(fèi)、可接入Internet網(wǎng)、時(shí)時(shí)在線[2]等。GPRS網(wǎng)絡(luò)使用TCP/IP協(xié)議棧進(jìn)行組網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)與Internet網(wǎng)絡(luò)的無縫連接，但是在傳輸時(shí)數(shù)據(jù)格式應(yīng)該符合TCP/IP協(xié)議棧的數(shù)據(jù)包格式。GPRS網(wǎng)絡(luò)為實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通訊，在數(shù)據(jù)鏈路層上使用PPP協(xié)議，物理層上使用串口通信。因此，實(shí)現(xiàn)基于GPRS的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)時(shí)需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，并需要在數(shù)據(jù)鏈路層上實(shí)現(xiàn)PPP協(xié)議[3]?；赥CP/IP專用模塊的GPRS遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鞒倘鐖D3所示。

　　基于TCP/IP專用模塊的移動(dòng)終端主要由數(shù)據(jù)獲取模塊(數(shù)據(jù)采集卡)、數(shù)據(jù)打包模塊和數(shù)據(jù)發(fā)送模塊組成。數(shù)據(jù)打包模塊采用ConnectOne公司生產(chǎn)的Iconnector模塊,數(shù)據(jù)發(fā)送模塊采用SIEMENS公司生產(chǎn)的具有GPRS功能的GSM手機(jī)模塊MC35。在Iconnector內(nèi)部的Flash中存儲(chǔ)有Internet協(xié)議棧，支持PPP、IP、UDP、TCP、DNS、SMTP、POP3、HTTP、FTP、Telnet等幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。通過AT+i指令設(shè)置并控制Iconnector,以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的打包。Iconnector有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的RS-232串行接口，在標(biāo)有Modem字樣的一端與MC35相連接，在另外標(biāo)有Device字樣的一端與數(shù)據(jù)采集卡相連接。用于GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)腁T+i指令如表2所示。