基子Atmega103微控制器的家庭信息終端的設(shè)計

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。

小區(qū)智能化建設(shè)在國內(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)中一個重要環(huán)節(jié)，也隨著電子技術(shù)的發(fā)展和人們對住宅智能化要求的提高逐漸發(fā)展成一個集多種功能為一體的綜合性信息服務(wù)處理平臺。

傳統(tǒng)室內(nèi)終端只能在用戶室內(nèi)進(jìn)行簡單的安防和電器的控制，已經(jīng)不能滿足人們對住宅智能化的要求。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)，滿足了人們在現(xiàn)代社會中快節(jié)奏和開放性的生活。

1 小區(qū)整體結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)流程

整個小區(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(出入口門禁和車輛管理等)來監(jiān)控對小區(qū)的非法闖入。一旦某個環(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)，以便采取相應(yīng)的應(yīng)對措施。 2．1 觸摸屏控制器 無線數(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與無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的連接電路。 3．2 LCD顯示驅(qū)動

在住戶室內(nèi)，住戶通過HIT終端向室內(nèi)控制器RC以無線數(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解析命令后直接對室內(nèi)的防區(qū)或電器進(jìn)行操作。一旦對防區(qū)進(jìn)行了設(shè)防操作后，RC輪流查詢每一個設(shè)防防區(qū)的狀態(tài)。當(dāng)防區(qū)出現(xiàn)異常時，RC在室內(nèi)報警的同時還將此異常情況上傳至小區(qū)監(jiān)控中心。如果接收到的是請求信息服務(wù)的命令，那么RC對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)庫來處理此條請求信息服務(wù)命令。

2 終端硬件設(shè)計

終端采用手持PDA的形式，并且以無線數(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、無線數(shù)據(jù)通信、非接觸式IC卡身份識別、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顯示模塊共同實現(xiàn)終端的輸入操作和狀態(tài)顯示。無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，終端引入了身份識別模塊。使用者只有通過終端的身份識別后，才具有終端的某種使用權(quán)限。并且在身份識別模塊的軟件設(shè)計上還可以設(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LCD顯示和觸摸屏的同時，還要完成與nRF401無線數(shù)傳模塊的接口并通過它實現(xiàn)與室內(nèi)控制器RC的交互。Atmega103內(nèi)部資源豐富且功能強大，可以簡化系統(tǒng)設(shè)計，提高系統(tǒng)可靠性，非常適用于本系統(tǒng)。

實際應(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。圖3是AD7843與4線電阻式觸摸屏典型接口圖。

圖3中，PENIRQ引腳在觸摸屏被點擊后立即產(chǎn)生一個寬度約為4個DCLK的負(fù)脈沖向主控單片機(jī)申請中斷。主控單片機(jī)響應(yīng)此中斷后，通過DIN引腳將控制字寫入AD7843的控制寄存器，以啟動一次轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，BUSY也將產(chǎn)生一個負(fù)脈沖向主控單片機(jī)申請中斷，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)過轉(zhuǎn)換后就是觸摸屏上被點擊點的坐標(biāo)。

在終端設(shè)計中，采用功能圖標(biāo)表示終端具體功能操作。這樣通過點擊觸摸屏對應(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)動能力強，可實現(xiàn)圖形和文本混合顯示。

單片機(jī)對LCD采用直接訪問方式，將LCD作為存儲器直接與單片機(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。此外，LCD的單片機(jī)接口時序與SED1335接口電路的時序采用Intel8080時序。