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

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)應運而生。智能家居系統(tǒng)的核心功能是實現(xiàn)家用設備運行狀況的實時監(jiān)測和傳輸，主要包括：安全防盜報警;火警、水電、煤氣泄漏等實時監(jiān)測和自動報警;室內(nèi)溫度、濕度、燈光自動調(diào)節(jié)和遙控等[1]。因此采集和傳輸各種設備的運行信息是保證智能家居系統(tǒng)正常運行的關鍵。MB90F462是Fujitsu公司生產(chǎn)的一款通用16位單片機，最小指令周期僅為62.5ns，適用于工業(yè)控制和高速實時數(shù)據(jù)處理等場合;同時，該芯片具有多功能定時器和多脈沖發(fā)生器，適用于交流感應電機和直流無刷電機的控制。本文利用MB90F462豐富的片內(nèi)資源設計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)在線設備比較多的特點和方便控制的需求，數(shù)據(jù)采集卡應具有足夠的輸入、輸出接口和遠程通信功能。基于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;實時時鐘;狀態(tài)指示;EEPROM數(shù)據(jù)存儲。

　　2 主要功能模塊的設計

　　2.1 信號輸入模塊

　　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、火等報警信息，按照信號的性質(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。對于溫度、濕度、燈光、水流量等信息，可通過相應的傳感器將設備的實時數(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，軟件設計采用查詢的方式來檢查各路A/D的采樣完成標志，并讀入數(shù)據(jù)至管理中心的計算機中。A/D采樣需要設置的寄存器包括：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(運行時允許重復激活)、單步轉(zhuǎn)換模式2(運行時不允許重復激活)、連續(xù)轉(zhuǎn)換模式(運行時不允許重復激活)、停止轉(zhuǎn)換模式(運行時不允許重復激活)。

　　對于設備的報警信息和一些特殊的開關量，利用MB90F462的8路外部中斷對數(shù)字量輸入信號進行觸發(fā)或脈沖計數(shù)。由于外部中斷和GPIO管腳是復用的，所以使用外部中斷時必須設置相應的管腳為輸入。每兩個外部中斷共用一個中斷控制寄存器，使用外部中斷時需要設置的寄存器有ICRXX、ENIR、ELVR和EIRR。中斷信號的觸發(fā)信號電平可以為高電平、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志位。

　　2.2 短消息通信模塊

　　為了更方便地服務于用戶，智能家居系統(tǒng)采用GSM短消息(SMS)服務來實現(xiàn)遠程報警和遙控功能，用戶通過個人移動電話即可監(jiān)測家用設備的實時狀態(tài)和報警信息，同時還可通過發(fā)送短消息遠程控制某個設備的開關。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接口電路標準，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、無校驗位，可以在300bps～115Kbps的波特率下運行，支持的自動波特率為4.8～115Kbps(14.4Kbps和28.8Kbps除外)[2]。

　　在進行短信通信之前，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，設置短信服務中心號碼和數(shù)據(jù)格式，并進行短信收發(fā)、刪除、查詢等操作。

　　2.3 GPRS通信模塊

　　與傳統(tǒng)的GSM相比，GPRS通信的特點是終端可移動、接入時間短、傳輸速度快、按流量計費、可接入Internet網(wǎng)、時時在線[2]等。GPRS網(wǎng)絡使用TCP/IP協(xié)議棧進行組網(wǎng)，可以實現(xiàn)與Internet網(wǎng)絡的無縫連接，但是在傳輸時數(shù)據(jù)格式應該符合TCP/IP協(xié)議棧的數(shù)據(jù)包格式。GPRS網(wǎng)絡為實現(xiàn)點對點通訊，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，實現(xiàn)基于GPRS的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)時需要對數(shù)據(jù)進行打包，并需要在數(shù)據(jù)鏈路層上實現(xiàn)PPP協(xié)議[3]?；赥CP/IP專用模塊的GPRS遠程數(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手機模塊MC35。在Iconnector內(nèi)部的Flash中存儲有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)絡協(xié)議。通過AT+i指令設置并控制Iconnector,以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的打包。Iconnector有兩個標準的RS-232串行接口，在標有Modem字樣的一端與MC35相連接，在另外標有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。