基子Atmega103微控制器的家庭信息終端的設(shè)計

2．3 無線數(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)命令幀通過無線數(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的無線射頻數(shù)據(jù)收發(fā)芯片。而且nRF401做到了單個芯片實現(xiàn)FSK信號的收發(fā)，其引腳電平為CMOS電平，可以直接與單片機(jī)串行口通信。

圖4中，PB4、PBS、PB6分別控制無線數(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，nRF401工作于發(fā)送狀態(tài)；當(dāng)TXEN=0時，nRF401工作于接收狀態(tài)。另外，單片機(jī)的串行口(TXD／RXD)與無線數(shù)傳模塊的數(shù)據(jù)輸入／輸出端(DIN／DOUT)直接通信。

保證無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性是終端開發(fā)的關(guān)鍵之一。在終端設(shè)計的軟、硬件兩方面，增加了抗干擾措施。硬件上，在單片機(jī)的串行口與無線數(shù)傳模塊數(shù)據(jù)端之間加上隔離電路并對無線數(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)對無線數(shù)傳模塊的電磁干擾。軟件上，采用了適當(dāng)?shù)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/信息">信息碼組合方式以及數(shù)據(jù)幀校驗的方法來減小數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率以及錯誤數(shù)據(jù)幀對終端整體數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憽?p style="text-indent: 30px">2．4 身份識別

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)過身份識別后，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卡對使用者進(jìn)行身份識別。

非接觸式IC卡又稱射頻卡，是國內(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，解決了無源和免接觸的問題。非接觸式IC卡系統(tǒng)由讀寫器和非接觸式IC卡兩部分組成。應(yīng)用系統(tǒng)通過讀寫器對卡進(jìn)行操作；讀卡器通過射頻信號同步進(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)讀寫器的指令，并報告處理結(jié)果。

終端開機(jī)后，通過讀入使用者IC卡上存儲的數(shù)據(jù)對用戶進(jìn)行身份識別。只有身份識別通過后，使用者才能對終端進(jìn)行后續(xù)的操作；否則，終端在不響應(yīng)后續(xù)的任何操作的同時還會發(fā)送報警數(shù)據(jù)至室內(nèi)控制器RC以提示有非法用戶。另外，通過終端的軟件設(shè)計還可以設(shè)置三種不同操作權(quán)限的用戶：非法用戶、訪問用戶和標(biāo)準(zhǔn)用戶。

3 終端軟件設(shè)計

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)動和無線數(shù)據(jù)傳輸。整個系統(tǒng)軟件是在Atmel公司的AVR-Studi04．0集成開發(fā)環(huán)境下采用匯編語言完成的。

3．1 觸摸屏控制程序

觸摸屏控制程序是一個觸摸屏申請中斷以及單片機(jī)響應(yīng)中斷的交互過程。

一旦觸摸屏被點擊后，立即向單片機(jī)申請中斷，提請單片機(jī)啟動一次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)在另外一個中斷服務(wù)程序中完成轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀入。控制字的寫入和轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀出都是在單片機(jī)提供的時鐘脈沖同步下，以串行方式完成。當(dāng)AD7843工作于125kHz時鐘脈沖下，其最大工作電流僅為380μA。

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)計也是本終端開發(fā)的關(guān)鍵之一。

初始化完成后，LCD顯示第一級功能操作菜單以等待選擇。后續(xù)菜單的顯示采用分級顯示的方法，直至最終功能的完成。

3.3 無線數(shù)據(jù)傳輸

AV_R系列單片機(jī)提供了三個獨立串行口中斷：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)由無線數(shù)傳模塊發(fā)送至室內(nèi)控制器RC，從而實現(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，在通信協(xié)議規(guī)定的數(shù)據(jù)幀的幀頭和整個數(shù)據(jù)幀進(jìn)行了CRC校驗，從而提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?p style="text-indent: 30px">在家庭信息終端中引人身份識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)計考慮的諸多要素中，保證系統(tǒng)中LCD顯示模塊人性化和無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性是開發(fā)的關(guān)鍵。同時，如何在軟件和硬件上做好系統(tǒng)的低功耗設(shè)計直接影響到系統(tǒng)的性能與應(yīng)用推廣前景。