基于HBS協(xié)議手持編址器的設計與開發(fā)

摘要：基于HBS協(xié)議的智能家居系統(tǒng)基礎上，提出了手持編址器的設計思想、方法，并給出系統(tǒng)的軟硬件實現(xiàn)，最后結合實例，簡要介紹手持編址器的操作。關鍵詞：HBS 智能 手持編址器 1 基于HBS協(xié)議的智能家居系統(tǒng) 家庭總線系統(tǒng)HBS(Home Bus System)是由日立、三菱、松下、東芝等公司聯(lián)合提出的，由日本電子機械工業(yè)協(xié)會與電波技術協(xié)會共同制定的。根據(jù)HBS標準，家庭總線由一條同軸電纜和四對雙絞線構成，前者用于傳輸圖像等視頻信號，后者用于傳輸語音、數(shù)據(jù)和控制信號[l]。家用電器經(jīng)HBS互聯(lián)，組成一個完整的家庭網(wǎng)絡。本項目以HBS的子集為目標，用一對雙絞線實現(xiàn)分布式智能照明安防系統(tǒng)。 基于HBS的智能家居系統(tǒng)如圖1所示。 智能家居系統(tǒng)由四部分組成：主控模塊、傳感器、執(zhí)行器和輔助模塊。主控模塊是智能家居系統(tǒng)的核心，每套設備必備，負責總線供電、信號仲裁和組態(tài)信息的存儲。手持編址器屬于主控模塊。通過手持編址器，用戶可以靈活地給傳感器、執(zhí)行器設置地址；通過地址綁定，靈活組合出各種控制功能而無需變更系統(tǒng)布線。傳感器是系統(tǒng)的輸入通道，控制指令由傳感器發(fā)出，紅外／無線接收器提供系統(tǒng)的遙控接口。執(zhí)行器是系統(tǒng)的輸出通道， 它根據(jù)控制指令驅(qū)動具體的對象。輔助模塊擴展系統(tǒng)的功能(電話模塊實現(xiàn)異地遙控功能；耦合器將系統(tǒng)的通信距離從600m擴到1200m)。 系統(tǒng)的主要功能：一對一控制(一個傳感器控制一個執(zhí)行器)、一對多控制、多對一控制、場景控制(一處傳感器控制多處執(zhí)行器到某一狀態(tài))、狀態(tài)顯示、紅外遙控、安全監(jiān)控(防盜、防煤氣泄漏、防火、報警，通過電話遠程監(jiān)控)。 系統(tǒng)主要技術指標：網(wǎng)絡節(jié)點間通信距離最大600m、通信速度4800bps、網(wǎng)絡通信節(jié)點數(shù)最多256點、網(wǎng)絡節(jié)點可編程可記錄、具有軟件校驗錯誤功能、供電電壓24V直流[2]。圖12 手持編址器設計方案 手持編址器采用矩陣掃描電路產(chǎn)生鍵位碼，經(jīng)識別后，進行編碼轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生一組脈寬串行指令碼，經(jīng)三極管放大后驅(qū)動紅外發(fā)射管發(fā)射出不同脈沖編碼的紅外線。 由于手持編址器不需要像遙控器那樣進行遠距離操作，所以信號沒有采用載波的方式進行通信，而是直接把發(fā)射和接收引腳接到了AT89C52的串口上，經(jīng)三極管放大后，直接輸出。這樣可以簡化系統(tǒng)的軟／硬件設計，降低成本[3]。 2．1 硬件設計 手持編址器的硬件電路如圖2所示。 從圖2可以看出，手持編址器的硬件結構主要由電源調(diào)理模塊、MCU、人機界面、紅外收發(fā)模塊以及蜂鳴器模塊構成。下面主要介紹一下MCU和電源調(diào)理模塊。 2．1．1 MCU介紹 從性價比、開發(fā)環(huán)境等多方面考慮，系統(tǒng)以ATMEL公司的AT89C52作為主控模塊的MCU。AT89C52是當今最流行的MCU之一，與MCS-51系列微處理器兼容，是采用CMOS工藝制造的一款低功耗、高性能的8位微處理器，片內(nèi)有8K字節(jié)可編程的Flash ROM(可擦寫1000次)，256字節(jié)的RAM。AT89C52的特性如下： (1)一個8位算術邏輯單元； (2)32個可編程I／O口； (3)3個16位定時／計數(shù)器； (4)可編程的全雙工串行通信； (5)8個中斷源，2個中斷優(yōu)先級； (6)可選高達24MHz的晶振； (7)IDLE和POWER DOWN兩種工作方式降低功耗； 2．1．2 電源調(diào)理模塊 因為編址器是手持設備，所以其4．5V供電電源由3節(jié)1．5V的干電池提供。手持編址器中采用的液晶是3．3V供電，所以需要將DC 4．5V變換成DC 3．3V。如圖2，當SHDN=1時，4．1V穩(wěn)壓管起穩(wěn)壓作用，Q1的基極(B)有4．1v的電壓，并且此時Q1處于飽和導通狀態(tài)，由于Q1的基極和發(fā)射極之間(B-E)有0．7V壓降，由4．1-0．7＝3．4V，Q1的發(fā)射極就產(chǎn)生了大約3．3V的電壓。當SHDN=0時，該DC-DC變換電路停止工作。通過改變電阻R1的值，可以改變該轉(zhuǎn)換電路的供電電流。電路中電解電容C3、C4起儲能和低頻濾波作用，瓷片電容C5起高頻濾波作用。圖22．2 軟件設計 手持編址器的軟件設計采取事務處理方式。為了便于設計和理解，進行如下處理： (1)將事務的處理抽象為一個有限狀態(tài)機； (2)通信解析中得到的數(shù)據(jù)和用戶的操作抽象為消息； (3)將事務的所有活動抽象為一系列的狀態(tài)； (4)把事務在各種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)化抽象為一種規(guī)則。 所謂狀態(tài)機模型是一個描述狀態(tài)變遷的方法，它總是將一種狀態(tài)向另一種狀態(tài)的變遷視為由輸入消息激勵所產(chǎn)生的結果。對于HBS家庭網(wǎng)絡來說，各設備通信的建立過程就是一個典型的有限狀態(tài)數(shù)之間的狀態(tài)變遷過程。 這樣每當消息促使事務需要做出某種操作時，有限狀態(tài)機的當前狀態(tài)也隨之改變。這種改變是根據(jù)預先制定好的規(guī)則來實現(xiàn)的。最終設計出的有限狀態(tài)機如圖3所示。從圖3中可以看出，編址器所描述的事務有5個狀態(tài)，8種消息，13條轉(zhuǎn)換規(guī)則。其中轉(zhuǎn)換規(guī)則1～4負責具體的事務處理，5～8負責出錯處理，9～13主要是進入消息等待。 這個模塊運行機制如下： (1)初始化，接收消息并創(chuàng)建消息隊列； (2)從隊列中取出需要處理的消息； (3)根據(jù)狀態(tài)機的當前狀態(tài)和消息的類型，找到相應規(guī)則； (4)根據(jù)規(guī)則，轉(zhuǎn)入相應的處理程序，同時更新狀態(tài)機的狀態(tài)； (5)從消息隊列中獲取新的消息，重復上述過程。3 應用實例 現(xiàn)以二居室的家居為例(參見圖1)，介紹手持編址器的操作。當用戶離開家居時，要關閉除保安系統(tǒng)外的所有電器，這是個煩瑣且容易遺忘的事情，利用手持編址器的場景功能，實現(xiàn)地址綁定，可以方便地實現(xiàn)上述功能?，F(xiàn)以用戶要關閉圖1中大廳的開關執(zhí)行器1、開關執(zhí)行器2的所有電器，打開臥室1的保安接入為例，介紹如下： (1)首先設定執(zhí)行器地址，不妨設開關執(zhí)行器1、開關執(zhí)行器2、保安接入的地址分別為001、002、003。 (2)其次設定對應傳感器的地址：在手持編址器的設置功能菜單的單獨子菜單下，分別設定大廳中開關1的地址為001(對應開關執(zhí)行器1)、開關2的地址為002(對應開關執(zhí)行器2)、開關3的地址為003(對應保安接入)。 (3)最后在場景菜單下，新建場景1；并分別設定開關傳感器1、2、3的狀態(tài)。 在設置完成后，當用戶要離開家居時，只要啟動場景1，那么家居中開關執(zhí)行器1、2的所有電器將關閉，保安接入將開啟。當用戶回到家居時，關閉場景1，那么系統(tǒng)會回到用戶離開家居前的狀態(tài)。 linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）