基于HBS協(xié)議手持編址器的設(shè)計(jì)與開發(fā)

摘要：基于HBS協(xié)議的智能家居系統(tǒng)基礎(chǔ)上，提出了手持編址器的設(shè)計(jì)思想、方法，并給出系統(tǒng)的軟硬件實(shí)現(xiàn)，最后結(jié)合實(shí)例，簡(jiǎn)要介紹手持編址器的操作。關(guān)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(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)與電波技術(shù)協(xié)會(huì)共同制定的。根據(jù)HBS標(biāo)準(zhǔn)，家庭總線由一條同軸電纜和四對(duì)雙絞線構(gòu)成，前者用于傳輸圖像等視頻信號(hào)，后者用于傳輸語音、數(shù)據(jù)和控制信號(hào)[l]。家用電器經(jīng)HBS互聯(lián)，組成一個(gè)完整的家庭網(wǎng)絡(luò)。本項(xiàng)目以HBS的子集為目標(biāo)，用一對(duì)雙絞線實(shí)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(shè)備必備，負(fù)責(zé)總線供電、信號(hào)仲裁和組態(tài)信息的存儲(chǔ)。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(shè)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(dòng)具體的對(duì)象。輔助模塊擴(kuò)展系統(tǒng)的功能(電話模塊實(shí)現(xiàn)異地遙控功能；耦合器將系統(tǒng)的通信距離從600m擴(kuò)到1200m)。 系統(tǒng)的主要功能：一對(duì)一控制(一個(gè)傳感器控制一個(gè)執(zhí)行器)、一對(duì)多控制、多對(duì)一控制、場(chǎng)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(bào)警，通過電話遠(yuǎn)程監(jiān)控)。 系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間通信距離最大600m、通信速度4800bps、網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)數(shù)最多256點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可編程可記錄、具有軟件校驗(yàn)錯(cuò)誤功能、供電電壓24V直流[2]。圖12 手持編址器設(shè)計(jì)方案 手持編址器采用矩陣掃描電路產(chǎn)生鍵位碼，經(jīng)識(shí)別后，進(jìn)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(dòng)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(jìn)行遠(yuǎn)距離操作，所以信號(hào)沒有采用載波的方式進(jìn)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(jiǎn)化系統(tǒng)的軟／硬件設(shè)計(jì)，降低成本[3]。 2．1 硬件設(shè)計(jì) 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(jié)構(gòu)主要由電源調(diào)理模塊、MCU、人機(jī)界面、紅外收發(fā)模塊以及蜂鳴器模塊構(gòu)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(jià)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(dāng)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(gè)8位算術(shù)邏輯單元； (2)32個(gè)可編程I／O口； (3)3個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器； (4)可編程的全雙工串行通信； (5)8個(gè)中斷源，2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)； (6)可選高達(dá)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?yàn)榫幹菲魇鞘殖衷O(shè)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(dāng)SHDN=1時(shí)，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(shí)Q1處于飽和導(dǎo)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(dāng)SHDN=0時(shí)，該DC-DC變換電路停止工作。通過改變電阻R1的值，可以改變?cè)撧D(zhuǎn)換電路的供電電流。電路中電解電容C3、C4起儲(chǔ)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(shè)計(jì) 手持編址器的軟件設(shè)計(jì)采取事務(wù)處理方式。為了便于設(shè)計(jì)和理解，進(jìn)行如下處理： (1)將事務(wù)的處理抽象為一個(gè)有限狀態(tài)機(jī)； (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(wù)的所有活動(dòng)抽象為一系列的狀態(tài)； (4)把事務(wù)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(jī)模型是一個(gè)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(lì)所產(chǎn)生的結(jié)果。對(duì)于HBS家庭網(wǎng)絡(luò)來說，各設(shè)備通信的建立過程就是一個(gè)典型的有限狀態(tài)數(shù)之間的狀態(tài)變遷過程。 這樣每當(dāng)消息促使事務(wù)需要做出某種操作時(shí)，有限狀態(tài)機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)也隨之改變。這種改變是根據(jù)預(yù)先制定好的規(guī)則來實(shí)現(xiàn)的。最終設(shè)計(jì)出的有限狀態(tài)機(jī)如圖3所示。從圖3中可以看出，編址器所描述的事務(wù)有5個(gè)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(fù)責(zé)具體的事務(wù)處理，5～8負(fù)責(zé)出錯(cuò)處理，9～13主要是進(jìn)入消息等待。 這個(gè)模塊運(yùn)行機(jī)制如下： (1)初始化，接收消息并創(chuàng)建消息隊(duì)列； (2)從隊(duì)列中取出需要處理的消息； (3)根據(jù)狀態(tài)機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)和消息的類型，找到相應(yīng)規(guī)則； (4)根據(jù)規(guī)則，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的處理程序，同時(shí)更新狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)； (5)從消息隊(duì)列中獲取新的消息，重復(fù)上述過程。3 應(yīng)用實(shí)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(dāng)用戶離開家居時(shí)，要關(guān)閉除保安系統(tǒng)外的所有電器，這是個(gè)煩瑣且容易遺忘的事情，利用手持編址器的場(chǎng)景功能，實(shí)現(xiàn)地址綁定，可以方便地實(shí)現(xiàn)上述功能。現(xiàn)以用戶要關(guān)閉圖1中大廳的開關(guān)執(zhí)行器1、開關(guān)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(shè)定執(zhí)行器地址，不妨設(shè)開關(guān)執(zhí)行器1、開關(guān)執(zhí)行器2、保安接入的地址分別為001、002、003。 (2)其次設(shè)定對(duì)應(yīng)傳感器的地址：在手持編址器的設(shè)置功能菜單的單獨(dú)子菜單下，分別設(shè)定大廳中開關(guān)1的地址為001(對(duì)應(yīng)開關(guān)執(zhí)行器1)、開關(guān)2的地址為002(對(duì)應(yīng)開關(guān)執(zhí)行器2)、開關(guān)3的地址為003(對(duì)應(yīng)保安接入)。 (3)最后在場(chǎng)景菜單下，新建場(chǎng)景1；并分別設(shè)定開關(guān)傳感器1、2、3的狀態(tài)。 在設(shè)置完成后，當(dāng)用戶要離開家居時(shí)，只要啟動(dòng)場(chǎng)景1，那么家居中開關(guān)執(zhí)行器1、2的所有電器將關(guān)閉，保安接入將開啟。當(dāng)用戶回到家居時(shí)，關(guān)閉場(chǎng)景1，那么系統(tǒng)會(huì)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）