一種基于Atmega103的家庭信息終端設(shè)計(jì)
摘要:介紹了以Atmegal03為主控芯片的家庭信息終端在小區(qū)智能化建設(shè)中的應(yīng)用。詳細(xì)闡述了Atmegal03微控制器與觸摸屏和nRF401無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)芯片之間接口應(yīng)用的軟件與硬件技術(shù)要點(diǎn)。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/247259.htm關(guān)鍵詞:Atmegal03 家庭信息終端 PDA nRF401 小區(qū)智能化建設(shè)在國(guó)內(nèi)歷經(jīng)幾年的發(fā)展,已經(jīng)形成了一系列標(biāo)準(zhǔn),它們的出現(xiàn)了滿足了不同收入階層對(duì)住房智能化的要求。而室內(nèi)終端作為小區(qū)智能化建設(shè)中一個(gè)重要環(huán)節(jié),也隨著電子技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)住宅智能化要求的提高逐漸發(fā)展成一個(gè)集多種功能為一體的綜合性信息服務(wù)處理平臺(tái)。 傳統(tǒng)室內(nèi)終端只能在用戶室內(nèi)進(jìn)行簡(jiǎn)單的安防和電器的控制,已經(jīng)不能滿足人們對(duì)住宅智能化的要求。而家庭信息終端HIT(Home lnformation Termination)在具有安防和電器控制功能的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)突出了信息服務(wù)的功能(例如電子商務(wù)和家政服務(wù)等),滿足了人們?cè)诂F(xiàn)代社會(huì)中快節(jié)奏和開(kāi)放性的生活。
1 小區(qū)整體結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)流程
整個(gè)小區(qū)管理系統(tǒng)由住戶室內(nèi)控制和小區(qū)內(nèi)部管理兩部分組成。其中,小區(qū)內(nèi)部管理主要由小區(qū)公共安全和小區(qū)日常管理兩部分組成。而住戶室內(nèi)終端和室內(nèi)控制器 RC(Room Controller)構(gòu)成了住戶的室內(nèi)控制。圖1是小區(qū)整體結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)流程圖。
在小區(qū)內(nèi)部,系統(tǒng)通過(guò)公共安全設(shè)施(電視監(jiān)控和周界控制等)和小區(qū)管理設(shè)備(出入口門(mén)禁和車(chē)輛管理等)來(lái)監(jiān)控對(duì)小區(qū)的非法闖入。一旦某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常,則公共安全設(shè)施或小區(qū)管理設(shè)備立即將此異常上傳至小區(qū)監(jiān)控中心(中心數(shù)據(jù)庫(kù)),以便采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。 在住戶室內(nèi),住戶通過(guò)HIT終端向室內(nèi)控制器RC以無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送控制數(shù)據(jù),RC接收到數(shù)據(jù)后,根據(jù)通信協(xié)議判斷接收到的數(shù)據(jù)是室內(nèi)控制命令(安防或電器控制)還是請(qǐng)求信息服務(wù)命令(查詢物管通知或要求家政服務(wù)等)。如果接收的數(shù)據(jù)是室內(nèi)控制命令,那么RC解析命令后直接對(duì)室內(nèi)的防區(qū)或電器進(jìn)行操作。一旦對(duì)防區(qū)進(jìn)行了設(shè)防操作后,RC輪流查詢每一個(gè)設(shè)防防區(qū)的狀態(tài)。當(dāng)防區(qū)出現(xiàn)異常時(shí),RC在室內(nèi)報(bào)警的同時(shí)還將此異常情況上傳至小區(qū)監(jiān)控中心。如果接收到的是請(qǐng)求信息服務(wù)的命令,那么RC對(duì)此命令不做任何處理,直接上傳至小區(qū)監(jiān)控中心,由中心數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)處理此條請(qǐng)求信息服務(wù)命令。
2 終端硬件設(shè)計(jì)
終端采用手持PDA的形式,并且以無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞酵瓿膳c室內(nèi)控制器RC之間的通信。圖2是終端硬件結(jié)構(gòu)圖。終端主要由微控制器Atmega103、觸摸屏輸入、無(wú)線數(shù)據(jù)通信、非接觸式IC卡身份識(shí)別、LCD顯示模塊以及電源管理模塊等構(gòu)成。其中,觸摸屏輸入模塊和LCD顯示模塊共同實(shí)現(xiàn)終端的輸入操作和狀態(tài)顯示。無(wú)線通信模塊將輸入的功能操作按通信協(xié)議的規(guī)定組織成命令數(shù)據(jù)幀,以無(wú)線的方式發(fā)送至RC,并且接收RC給出的應(yīng)答信息。為了保證終端使用的安全性,終端引入了身份識(shí)別模塊。使用者只有通過(guò)終端的身份識(shí)別后,才具有終端的某種使用權(quán)限。并且在身份識(shí)別模塊的軟件設(shè)計(jì)上還可以設(shè)置不同的終端使用權(quán)限。 終端以Atmega103為主控單片機(jī)。Atmega103是一種高性能的AV_R系列單片機(jī),實(shí)現(xiàn)了每兆赫茲晶振頻率處理能力1MIPS、內(nèi)部有 128K字節(jié)的Flash Memory、4K字節(jié)的SRAM、還帶有4K字節(jié)在線可編程EEPROM、支持ISP功能。本終端系統(tǒng)中的單片機(jī)任務(wù)十分繁重,在完成驅(qū)動(dòng)LCD顯示和觸摸屏的同時(shí),還要完成與nRF401無(wú)線數(shù)傳模塊的接口并通過(guò)它實(shí)現(xiàn)與室內(nèi)控制器RC的交互。Atmega103內(nèi)部資源豐富且功能強(qiáng)大,可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì),提高系統(tǒng)可靠性,非常適用于本系統(tǒng)。
2.1 觸摸屏控制器
實(shí)際應(yīng)用中,終端采用的觸摸屏控制器是AD7843。AD7843是AD公司生產(chǎn)的一款專用于4線電阻式觸摸屏的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。AD7843有12位或8 位可選的兩種工作模式,具有單一電源供電、完全低功耗模式、轉(zhuǎn)換速度快等特點(diǎn)。圖3是AD7843與4線電阻式觸摸屏典型接口圖。 圖3中,PENIRQ引腳在觸摸屏被點(diǎn)擊后立即產(chǎn)生一個(gè)寬度約為4個(gè)DCLK的負(fù)脈沖向主控單片機(jī)申請(qǐng)中斷。主控單片機(jī)響應(yīng)此中斷后,通過(guò)DIN引腳將控制字寫(xiě)入AD7843的控制寄存器,以啟動(dòng)一次轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)束后,BUSY也將產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖向主控單片機(jī)申請(qǐng)中斷,響應(yīng)中斷后主控單片機(jī)將轉(zhuǎn)換結(jié)果由 DOUT引腳讀出。讀出的結(jié)果經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后就是觸摸屏上被點(diǎn)擊點(diǎn)的坐標(biāo)。 在終端設(shè)計(jì)中,采用功能圖標(biāo)表示終端具體功能操作。這樣通過(guò)點(diǎn)擊觸摸屏對(duì)應(yīng)位置下LCD上顯示的功能圖標(biāo),可以選擇相應(yīng)的功能操作,從而可以對(duì)終端進(jìn)行相應(yīng)的操作。
2.2 LCD接口電路
終端采用160x160(dots)的LCD作為顯示界面。LCD控制器選用SEIKOEPSON公司的SED1335。SED1335具有較強(qiáng)功能的 I/O緩沖器、指令豐富、4位數(shù)據(jù)并行發(fā)送且驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng),可實(shí)現(xiàn)圖形和文本混合顯示。 單片機(jī)對(duì)LCD采用直接訪問(wèn)方式,將LCD作為存儲(chǔ)器直接與單片機(jī)的總線相連接。LCD控制器的數(shù)據(jù)總線與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連,并且由單片機(jī)給出控制器的片選及寄存器選擇信號(hào)。此外,LCD的單片機(jī)接口時(shí)序與SED1335接口電路的時(shí)序采用Intel8080時(shí)序。
2.3 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸
終端將選擇的具體功能操作按通信協(xié)議的規(guī)定組織成數(shù)據(jù)命令幀通過(guò)無(wú)線數(shù)傳模塊發(fā)送至室內(nèi)控制器RC。系統(tǒng)采用nRF401作為無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)的控制芯片。 nRF401是Nordic公司推出的一款工作在433MHz、具有雙通道的、數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)20kbps的無(wú)線射頻數(shù)據(jù)收發(fā)芯片。而且 nRF401做到了單個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)FSK信號(hào)的收發(fā),其引腳電平為CMOS電平,可以直接與單片機(jī)串行口通信。
無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊和單片機(jī)采用5-wire接口的方式。圖4是Atmega103與無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的連接電路。 圖4中,PB4、PBS、PB6分別控制無(wú)線數(shù)傳模塊的電源控制端(PWR_UP)、工作頻率選擇端(CS)以及工作模式選擇端(TXEN)。其中,當(dāng) TXEN=l時(shí),nRF401工作于發(fā)送狀態(tài);當(dāng)TXEN=0時(shí),nRF401工作于接收狀態(tài)。另外,單片機(jī)的串行口(TXD/RXD)與無(wú)線數(shù)傳模塊的數(shù)據(jù)輸入/輸出端(DIN/DOUT)直接通信。 保證無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性是終端開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵之一。在終端設(shè)計(jì)的軟、硬件兩方面,增加了抗干擾措施。硬件上,在單片機(jī)的串行口與無(wú)線數(shù)傳模塊數(shù)據(jù)端之間加上隔離電路并對(duì)無(wú)線數(shù)傳模塊的電源電路設(shè)置去耦濾波電路,以減小單片機(jī)對(duì)無(wú)線數(shù)傳模塊的電磁干擾。軟件上,采用了適當(dāng)?shù)男畔⒋a組合方式以及數(shù)據(jù)幀校驗(yàn)的方法來(lái)減小數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率以及錯(cuò)誤數(shù)據(jù)幀對(duì)終端整體數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憽?/p>
2.4 身份識(shí)別
終端所包含的功能服務(wù)中,有一些功能服務(wù)涉及到住戶商業(yè)利益和家庭安全。例如,電子訂購(gòu)和安防控制等功能操作。這些功能操作只有在終端使用者經(jīng)過(guò)身份識(shí)別后,具有了一定操作權(quán)限的前提下才能進(jìn)行。終端采用非接觸式IC卡對(duì)使用者進(jìn)行身份識(shí)別。 非接觸式IC卡又稱射頻卡,是國(guó)內(nèi)外近幾年日益廣泛使用的新技術(shù),它成功地將射頻技術(shù)與IC卡技術(shù)相結(jié)合,解決了無(wú)源和免接觸的問(wèn)題。非接觸式IC卡系統(tǒng)由讀寫(xiě)器和非接觸式IC卡兩部分組成。應(yīng)用系統(tǒng)通過(guò)讀寫(xiě)器對(duì)卡進(jìn)行操作;讀卡器通過(guò)射頻信號(hào)同步進(jìn)行近距離通信,并為卡上芯片提供工作電源;非接觸式IC 卡響應(yīng)讀寫(xiě)器的指令,并報(bào)告處理結(jié)果。 終端開(kāi)機(jī)后,通過(guò)讀入使用者IC卡上存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)對(duì)用戶進(jìn)行身份識(shí)別。只有身份識(shí)別通過(guò)后,使用者才能對(duì)終端進(jìn)行后續(xù)的操作;否則,終端在不響應(yīng)后續(xù)的任何操作的同時(shí)還會(huì)發(fā)送報(bào)警數(shù)據(jù)至室內(nèi)控制器RC以提示有非法用戶。另外,通過(guò)終端的軟件設(shè)計(jì)還可以設(shè)置三種不同操作權(quán)限的用戶:非法用戶、訪問(wèn)用戶和標(biāo)準(zhǔn)用戶。
3 終端軟件設(shè)計(jì)
終端的系統(tǒng)軟件包括三大部分:觸摸屏控制程序、LCD顯示驅(qū)動(dòng)和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。整個(gè)系統(tǒng)軟件是在Atmel公司的AVR-Studi04.0集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下采用匯編語(yǔ)言完成的。
3.1 觸摸屏控制程序
觸摸屏控制程序是一個(gè)觸摸屏申請(qǐng)中斷以及單片機(jī)響應(yīng)中斷的交互過(guò)程。 一旦觸摸屏被點(diǎn)擊后,立即向單片機(jī)申請(qǐng)中斷,提請(qǐng)單片機(jī)啟動(dòng)一次A/D轉(zhuǎn)換。單片機(jī)在中斷服務(wù)程序中將控制字寫(xiě)入觸摸屏控制器AD7843的內(nèi)部寄存器中??刂谱值闹饕δ苁峭ǖ肋x擇、精度選擇、工作模式選擇以及電源控制。轉(zhuǎn)換結(jié)束后,單片機(jī)在另外一個(gè)中斷服務(wù)程序中完成轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀入??刂谱值膶?xiě)入和轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀出都是在單片機(jī)提供的時(shí)鐘脈沖同步下,以串行方式完成。當(dāng)AD7843工作于125kHz時(shí)鐘脈沖下,其最大工作電流僅為380μA。
3.2 LCD顯示驅(qū)動(dòng)
終端中液晶顯示器是人機(jī)交互的界面。液晶顯示模塊和觸摸屏輸入模塊共同完成終端各級(jí)功能操作的輸入及顯示、文字輸入及顯示和其它提示信息的顯示等。因此做到人性化的人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)也是本終端開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵之一。 初始化完成后,LCD顯示第一級(jí)功能操作菜單以等待選擇。后續(xù)菜單的顯示采用分級(jí)顯示的方法,直至最終功能的完成。
3.3 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸
AV_R系列單片機(jī)提供了三個(gè)獨(dú)立串行口中斷:發(fā)送完成、接收完成和發(fā)送寄存器空。此外,經(jīng)過(guò)內(nèi)部的波特率發(fā)生器,AV_R系列單片機(jī)還可以在晶振低頻率下產(chǎn)生較高的波特率。 終端將組織的命令控制數(shù)據(jù)由無(wú)線數(shù)傳模塊發(fā)送至室內(nèi)控制器RC,從而實(shí)現(xiàn)二者之間的信息交互。為了提高終端系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性,軟件設(shè)計(jì)上采用前導(dǎo)碼+ 同步碼+數(shù)據(jù)幀的信息碼組合方式,以減小系統(tǒng)的零電平干擾。同時(shí),在通信協(xié)議規(guī)定的數(shù)據(jù)幀的幀頭和整個(gè)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行了CRC校驗(yàn),從而提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>
在家庭信息終端中引人身份識(shí)別和觸摸屏輸入技術(shù),是一次成功的嘗試,克服了傳統(tǒng)室內(nèi)安防終端的很多缺陷。系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮的諸多要素中,保證系統(tǒng)中LCD顯示模塊人性化和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性是開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵。同時(shí),如何在軟件和硬件上做好系統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì)直接影響到系統(tǒng)的性能與應(yīng)用推廣前景。
負(fù)離子發(fā)生器相關(guān)文章:負(fù)離子發(fā)生器原理晶振相關(guān)文章:晶振原理
評(píng)論