基于GP32單片機(jī)的家用智能盒設(shè)計(jì)

1　智能盒的主要功能

智能盒的主要功能有〔2，3〕：

(1)多表計(jì)數(shù)與抄收功能：水、電、氣等表輸出的脈沖數(shù)字信號(hào)接入智能盒，智能盒中的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)累計(jì)多表數(shù)據(jù)并將多表數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)接口傳送至物業(yè)管理中心的物業(yè)管理系統(tǒng)主機(jī);在智能盒掉電時(shí)能及時(shí)將多表數(shù)據(jù)保存在其內(nèi)部的E2PROM中。

(2)多表防拆與故障檢測功能：當(dāng)多表被有意破壞，或發(fā)生故障時(shí)，智能盒將故障信息告知物業(yè)管理系統(tǒng)主機(jī)。

(3)多表切斷功能：當(dāng)用戶沒有按時(shí)交納多表費(fèi)用時(shí)，智能盒接收物業(yè)管理系統(tǒng)主機(jī)發(fā)來的交費(fèi)通知、金額與期限，過期仍不交納相應(yīng)費(fèi)用，則切斷對(duì)應(yīng)的開關(guān)閥。

(4)工作狀態(tài)設(shè)定功能：用戶根據(jù)需要設(shè)定布防工作狀態(tài)和撤防工作狀態(tài)。布防工作狀態(tài)是住宅內(nèi)沒有人時(shí)的工作狀態(tài)，當(dāng)住宅內(nèi)最后一個(gè)人離開時(shí)，按“布防”鍵，并輸入相應(yīng)的密碼，延時(shí)一段時(shí)間后，智能盒進(jìn)入布防工作狀態(tài)。撤防工作狀態(tài)是住宅內(nèi)有人的工作狀態(tài)，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)人進(jìn)入住宅時(shí)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，按“撤防”鍵并輸入相應(yīng)密碼就可以撤防。

(5)緊急求助功能：住宅內(nèi)的人員需要外援時(shí)，可按“求助”按鈕，當(dāng)緊急求助按鈕按下時(shí)，智能盒將求助信號(hào)發(fā)至物業(yè)管理系統(tǒng)主機(jī)。手動(dòng)復(fù)位可清除緊急求助信號(hào)。

(6)報(bào)警功能：報(bào)警信號(hào)有即時(shí)報(bào)警和延時(shí)報(bào)警兩種，即時(shí)報(bào)警是全天候監(jiān)控防區(qū)，一有警情，立即報(bào)警，警情消失，報(bào)警信號(hào)取消，沒有記憶功能，如煙感、煤氣泄漏等傳感器信號(hào)設(shè)置為即時(shí)報(bào)警;延時(shí)報(bào)警是當(dāng)警情發(fā)生時(shí)并不立即報(bào)警，而是延時(shí)一段時(shí)間，再根據(jù)用戶設(shè)定的工作狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)處理，此類報(bào)警具備記憶功能，如門磁、紅外探測器等傳感器信號(hào)設(shè)置為延時(shí)報(bào)警。

(7)手動(dòng)復(fù)位功能：手動(dòng)復(fù)位信號(hào)有效時(shí)，可清除非法入侵報(bào)警信號(hào)。

2　智能盒的硬件設(shè)計(jì)〔4，5〕

下面通過智能盒的硬件結(jié)構(gòu)框圖、在線編程電路、部分GP32外圍電路等各方面內(nèi)容來介紹其硬件設(shè)計(jì)。

2.1　結(jié)構(gòu)框圖

家用智能盒的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，它包含了微機(jī)系統(tǒng)的前向通道，后向通道，人機(jī)通道和相互通道。它的核心部件是68HC908GP32單片機(jī)。

GP32是Motorola公司HC08系列8位單片機(jī)，內(nèi)部含有32K Flash程序存儲(chǔ)器，設(shè)計(jì)完成的智能盒程序存儲(chǔ)在此Flash中，可以在線編寫和修改程序，同時(shí)內(nèi)部設(shè)有程序安全碼，安全碼不符合時(shí)無法進(jìn)行程序的讀取與修改，保證了程序的安全性;內(nèi)部還含有8通道8位A/D轉(zhuǎn)換器，512字節(jié)的RAM，一個(gè)SPI接口，一個(gè)SCI接口，四路輸入捕捉接口，33位通用I/O口等。

2.2　在線編程電路

編寫單片機(jī)的應(yīng)用程序經(jīng)常需要幾次反復(fù)，而且在試用階段，乙方也常會(huì)提出一些新的要求，使設(shè)計(jì)更加合理，使用更加方便，因此修改應(yīng)用程序是開發(fā)人員經(jīng)常會(huì)碰到的問題，GP32單片機(jī)在FF20H至FF52H的地址范圍內(nèi)提供了307個(gè)字節(jié)的監(jiān)控ROM，使得GP32能夠進(jìn)行在線編程，容易實(shí)現(xiàn)程序修改。圖2是GP32單片機(jī)在線編程的一種線路圖，通過此線路能夠?qū)崿F(xiàn)PC機(jī)利用標(biāo)準(zhǔn)RS-232接口對(duì)GP32編程，GP32的一個(gè)口線PA0接收信息，波特率是9600波特，SW1用于選擇內(nèi)部總線時(shí)鐘，聯(lián)動(dòng)開關(guān)SW2、SW3、SW4用于選擇使用的時(shí)鐘源。

2.3 GP32外圍電路設(shè)計(jì)

2.3.1 網(wǎng)絡(luò)接口〔6，7〕

智能盒是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)接口完成了智能盒的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功能，小區(qū)網(wǎng)絡(luò)采用LONWORKS總線結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)接口采用超大規(guī)模Neuron芯片3150，它的內(nèi)部含有3個(gè)CPU，分別為介質(zhì)訪問CPU、網(wǎng)絡(luò)控制CPU以及應(yīng)用CPU，512字節(jié)的E2PROM，2048字節(jié)的RAM，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，11條可編程I/O引腳，內(nèi)部不含有ROM，但可擴(kuò)展64K程序存儲(chǔ)器，為修改程序方便，擴(kuò)展了Flash存儲(chǔ)器，其中42K用于存放程序，其它用于存放LonTalk通信協(xié)議，通信協(xié)議由開發(fā)工具攜帶。GP32單片機(jī)通過SPI接口與3150芯片相連。

2.3.2　開關(guān)量輸入通道

智能盒中設(shè)有8路開關(guān)量輸入通道，這些開關(guān)量信號(hào)用于緊急求助、手動(dòng)復(fù)位、傳感器防拆和消防等，所有開關(guān)量輸入信號(hào)均經(jīng)過光電隔離，進(jìn)入GP32的輸入線。

2.3.3　數(shù)字量輸入通道

智能盒中設(shè)有4路數(shù)字量輸入通道，這些數(shù)字脈沖信號(hào)來自于水、電、氣表等的脈沖輸出，脈沖輸入信號(hào)經(jīng)光電隔離，進(jìn)入GP32的TIM部件，TIM部件在此作輸入捕捉用，設(shè)置成邊沿觸發(fā)方式，利用中斷方式累計(jì)多表用數(shù)，每個(gè)脈沖當(dāng)量的設(shè)置、脈沖數(shù)當(dāng)量轉(zhuǎn)換等由程序完成。

2.3.4　模擬量輸入通道

智能盒中設(shè)有8路模擬量輸入通道，直接使用單片機(jī)內(nèi)的8路8位A/D轉(zhuǎn)換器。需要檢測的模擬量信號(hào)有入侵報(bào)警信號(hào)，消防報(bào)警信號(hào)等。入侵報(bào)警的模擬量輸入信號(hào)定義為：電壓在2V至3V之間屬正常情況，小于2V或大于3V均屬報(bào)警信號(hào);消防報(bào)警的模擬量輸入信號(hào)定義電壓是：在2V以下屬正常，輸入電壓在3V以上屬報(bào)警信號(hào)。

2.3.5　開關(guān)量輸出通道

智能盒中設(shè)有7路開關(guān)量輸出通道。GP32的輸出線經(jīng)TPIC6B595芯片驅(qū)動(dòng)，控制+24V的直流繼電器，4路繼電器輸出用于切斷多表控制，其余的用于報(bào)警輸出、接通監(jiān)聽器以及備用。

2.3.6　數(shù)據(jù)的顯示與存儲(chǔ)

一般情況下，多表數(shù)據(jù)以及智能盒的工作狀態(tài)隨時(shí)送至物業(yè)管理系統(tǒng)主機(jī)，但為了滿足智能盒在斷電情況下，仍能保存多表數(shù)據(jù)、智能盒工作方式以及用戶輸入的密碼，GP32擴(kuò)展了一片X2504E2PROM芯片。X2504芯片采用串行接口，同時(shí)內(nèi)帶Watchdog電路，程序運(yùn)行故障時(shí)可以產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。智能盒的顯示方式采用LCD顯示，LCD顯示尺寸選用128×256點(diǎn)陣，采用菜單查詢與翻面相結(jié)合，需要顯示的數(shù)據(jù)和信息均可以在LCD上得到反映。

3　軟件設(shè)計(jì)

智能盒的軟件設(shè)計(jì)包括GP32內(nèi)的程序設(shè)計(jì)和Neuron芯片3150內(nèi)的程序設(shè)計(jì)兩部分。

3.1　GP32單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)〔4，5〕

智能盒的各種操作均由GP32單片機(jī)內(nèi)的程序控制，程序采用MC68HC08匯編語言編寫，調(diào)試完畢的程序存入單片機(jī)內(nèi)的Flash中，程序設(shè)計(jì)采用模塊化方法，模塊構(gòu)成如圖3所示。

3.2　Neuron芯片的軟件設(shè)計(jì)〔8〕

Neuron芯片3150中的應(yīng)用程序使用Neuron C編程，調(diào)試完畢后的程序固化在擴(kuò)展的Flash程序存儲(chǔ)器中，主要負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)管理。

4　結(jié)束語

本文介紹的家用智能盒具有很好的實(shí)際推廣應(yīng)用價(jià)值。目前已研制、調(diào)試完成，并完成了各種功能、可靠性、規(guī)范等試驗(yàn)，已投入小區(qū)進(jìn)入實(shí)際使用階段。