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基子Atmega103微控制器的家庭信息終端的設計
摘要：介紹了以Atmegal03為主控芯片的家庭信息終端在小區(qū)智能化建設中的應用。詳細闡述了Atmegal03微控制器與觸摸屏和nRF401無線數(shù)據(jù)收發(fā)芯片之間接口應用的軟件與硬件技術要點。小區(qū)智能化建設在國內歷經幾年的發(fā)展，已經形成了一系列標準，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。而室內終端作為小區(qū)智能化建設中一個重要環(huán)節(jié)，也隨著電子技術的發(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處理平臺。
傳統(tǒng)室內終端只能在用戶室內進行簡單的安防和電器的控制，已經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上，重點突出了信息服務的功能(例如電子商務和家政服務等)，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)整體結構及系統(tǒng)流程
整個小區(qū)管理系統(tǒng)由住戶室內控制和小區(qū)內部管理兩部分組成。其中，小區(qū)內部管理主要由小區(qū)公共安全和小區(qū)日常管理兩部分組成。而住戶室內終端和室內控制器RC(Room Controller)構成了住戶的室內控制。圖1是小區(qū)整體結構及系統(tǒng)流程圖。
在小區(qū)內部，系統(tǒng)通過公共安全設施(電視監(jiān)控和周界控制等)和小區(qū)管理設備(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，則公共安全設施或小區(qū)管理設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)，以便采取相應的應對措施。
在住戶室內，住戶通過HIT終端向室內控制器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)是室內控制命令(安防或電器控制)還是請求信息服務命令(查詢物管通知或要求家政服務等)。如果接收的數(shù)據(jù)是室內控制命令，那么RC解析命令后直接對室內的防區(qū)或電器進行操作。一旦對防區(qū)進行了設防操作后，RC輪流查詢每一個設防防區(qū)的狀態(tài)。當防區(qū)出現(xiàn)異常時，RC在室內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命令。
2 終端硬件設計
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室內控制器RC之間的通信。圖2是終端硬件結構圖。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限。并且在身份識別模塊的軟件設計上還可以設置不同的終端使用權限。
終端以Atmega103為主控單片機。Atmega103是一種高性能的AV_R系列單片機，實現(xiàn)了每兆赫茲晶振頻率處理能力1MIPS、內部有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)中的單片機任務十分繁重，在完成驅動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)與室內控制器RC的交互。Atmega103內部資源豐富且功能強大，可以簡化系統(tǒng)設計，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
實際應用中，終端采用的觸摸屏控制器是AD7843。AD7843是AD公司生產的一款專用于4線電阻式觸摸屏的模／數(shù)轉換器。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生一個寬度約為4個DCLK的負脈沖向主控單片機申請中斷。主控單片機響應此中斷后，通過DIN引腳將控制字寫入AD7843的控制寄存器，以啟動一次轉換。轉換結束后，BUSY也將產生一個負脈沖向主控單片機申請中斷，響應中斷后主控單片機將轉換結果由DOUT引腳讀出。讀出的結果經過轉換后就是觸摸屏上被點擊點的坐標。
在終端設計中，采用功能圖標表示終端具體功能操作。這樣通過點擊觸摸屏對應位置下LCD上顯示的功能圖標，可以選擇相應的功能操作，從而可以對終端進行相應的操作。
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)送且驅動能力強，可實現(xiàn)圖形和文本混合顯示。
單片機對LCD采用直接訪問方式，將LCD作為存儲器直接與單片機的總線相連接。LCD控制器的數(shù)據(jù)總線與單片機的數(shù)據(jù)總線相連，并且由單片機給出控制器的片選及寄存器選擇信號。此外，LCD的單片機接口時序與SED1335接口電路的時序采用Intel8080時序。
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，可以直接與單片機串行口通信。
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