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(wú)線(xiàn)數據收發(fā)芯片之間接口應用的軟件與硬件技術(shù)要點(diǎn)。

小區智能化建設在國內歷經(jīng)幾年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一系列標準，它們的出現了滿(mǎn)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智能化建設中一個(gè)重要環(huán)節，也隨著(zhù)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(gè)集多種功能為一體的綜合性信息服務(wù)處理平臺。

傳統室內終端只能在用戶(hù)室內進(jìn)行簡(jiǎn)單的安防和電器的控制，已經(jīng)不能滿(mǎn)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(diǎn)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(mǎn)足了人們在現代社會(huì )中快節奏和開(kāi)放性的生活。

1 小區整體結構及系統流程

整個(gè)小區管理系統由住戶(hù)室內控制和小區內部管理兩部分組成。其中，小區內部管理主要由小區公共安全和小區日常管理兩部分組成。而住戶(hù)室內終端和室內控制器RC(Room Controller)構成了住戶(hù)的室內控制。圖1是小區整體結構及系統流程圖。

在小區內部，系統通過(guò)公共安全設施(電視監控和周界控制等)和小區管理設備(出入口門(mén)禁和車(chē)輛管理等)來(lái)監控對小區的非法闖入。一旦某個(gè)環(huán)節出現異常，則公共安全設施或小區管理設備立即將此異常上傳至小區監控中心(中心數據庫)，以便采取相應的應對措施。 2．1 觸摸屏控制器 無(wú)線(xiàn)數據傳輸模塊和單片機采用5-wire接口的方式。圖4是Atmega103與無(wú)線(xiàn)數據傳輸模塊的連接電路。 3．2 LCD顯示驅動(dòng)

在住戶(hù)室內，住戶(hù)通過(guò)HIT終端向室內控制器RC以無(wú)線(xiàn)數據傳輸的方式發(fā)送控制數據，RC接收到數據后，根據通信協(xié)議判斷接收到的數據是室內控制命令(安防或電器控制)還是請求信息服務(wù)命令(查詢(xún)物管通知或要求家政服務(wù)等)。如果接收的數據是室內控制命令，那么RC解析命令后直接對室內的防區或電器進(jìn)行操作。一旦對防區進(jìn)行了設防操作后，RC輪流查詢(xún)每一個(gè)設防防區的狀態(tài)。當防區出現異常時(shí)，RC在室內報警的同時(shí)還將此異常情況上傳至小區監控中心。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，直接上傳至小區監控中心，由中心數據庫來(lái)處理此條請求信息服務(wù)命令。

2 終端硬件設計

終端采用手持PDA的形式，并且以無(wú)線(xiàn)數據傳輸的方式完成與室內控制器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(wú)線(xiàn)數據通信、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(shí)現終端的輸入操作和狀態(tài)顯示。無(wú)線(xiàn)通信模塊將輸入的功能操作按通信協(xié)議的規定組織成命令數據幀，以無(wú)線(xiàn)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(guò)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(shí)現了每兆赫茲晶振頻率處理能力1MIPS、內部有128K字節的Flash Memory、4K字節的SRAM、還帶有4K字節在線(xiàn)可編程EEPROM、支持ISP功能。本終端系統中的單片機任務(wù)十分繁重，在完成驅動(dòng)LCD顯示和觸摸屏的同時(shí)，還要完成與nRF401無(wú)線(xiàn)數傳模塊的接口并通過(guò)它實(shí)現與室內控制器RC的交互。Atmega103內部資源豐富且功能強大，可以簡(jiǎn)化系統設計，提高系統可靠性，非常適用于本系統。

實(shí)際應用中，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(zhuān)用于4線(xiàn)電阻式觸摸屏的模／數轉換器。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(diǎn)。圖3是AD7843與4線(xiàn)電阻式觸摸屏典型接口圖。

圖3中，PENIRQ引腳在觸摸屏被點(diǎn)擊后立即產(chǎn)生一個(gè)寬度約為4個(gè)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(guò)DIN引腳將控制字寫(xiě)入AD7843的控制寄存器，以啟動(dòng)一次轉換。轉換結束后，BUSY也將產(chǎn)生一個(gè)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(jīng)過(guò)轉換后就是觸摸屏上被點(diǎn)擊點(diǎn)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(guò)點(diǎn)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(jìn)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位數據并行發(fā)送且驅動(dòng)能力強，可實(shí)現圖形和文本混合顯示。

單片機對LCD采用直接訪(fǎng)問(wèn)方式，將LCD作為存儲器直接與單片機的總線(xiàn)相連接。LCD控制器的數據總線(xiàn)與單片機的數據總線(xiàn)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(shí)序與SED1335接口電路的時(shí)序采用Intel8080時(shí)序。