基于GP32單片機的家用智能盒設計

隨著經濟的發展和生活水平的提高，人們的居住要求發生了變化，為適應住宅新需要，我國在《2000年小康型城鄉住宅科技產業工程項目實施方案》中，將建設智能化小康示范小區列為國家重點發展方向，并且制定了《小康住宅電氣設計標準導則》。智能化設備和良好的系統集成是實現智能小區的手段和途徑，是住宅小區智能化程度的集中體現，而智能化設備的家用智能盒是系統集成的必要部件〔1〕。

1　智能盒的主要功能

智能盒的主要功能有〔2，3〕：
　　
（1）多表計數與抄收功能：水、電、氣等表輸出的脈沖數字信號接入智能盒，智能盒中的單片機實現實時累計多表數據并將多表數據通過網絡接口傳送至物業管理中心的物業管理系統主機；在智能盒掉電時能及時將多表數據保存在其內部的e2prom中。
　　
（2）多表防拆與故障檢測功能：當多表被有意破壞，或發生故障時，智能盒將故障信息告知物業管理系統主機。
　　
（3）多表切斷功能：當用戶沒有按時交納多表費用時，智能盒接收物業管理系統主機發來的交費通知、金額與期限，過期仍不交納相應費用，則切斷對應的開關閥。
　　
（4）工作狀態設定功能：用戶根據需要設定布防工作狀態和撤防工作狀態。布防工作狀態是住宅內沒有人時的工作狀態，當住宅內最后一個人離開時，按“布防”鍵，并輸入相應的密碼，延時一段時間后，智能盒進入布防工作狀態。撤防工作狀態是住宅內有人的工作狀態，當第一個人進入住宅時，在規定的時間內，按“撤防”鍵并輸入相應密碼就可以撤防。
　　
（5）緊急求助功能：住宅內的人員需要外援時，可按“求助”按鈕，當緊急求助按鈕按下時，智能盒將求助信號發至物業管理系統主機。手動復位可清除緊急求助信號。
　　
（6）報警功能：報警信號有即時報警和延時報警兩種，即時報警是全天候監控防區，一有警情，立即報警，警情消失，報警信號取消，沒有記憶功能，如煙感、煤氣泄漏等傳感器信號設置為即時報警；延時報警是當警情發生時并不立即報警，而是延時一段時間，再根據用戶設定的工作狀態進行相應處理，此類報警具備記憶功能，如門磁、紅外探測器等傳感器信號設置為延時報警。

（7）手動復位功能：手動復位信號有效時，可清除非法入侵報警信號。

2　智能盒的硬件設計〔4，5〕

下面通過智能盒的硬件結構框圖、在線編程電路、部分gp32外圍電路等各方面內容來介紹其硬件設計。

2．1　結構框圖

家用智能盒的硬件結構框圖如圖1所示，它包含了微機系統的前向通道，后向通道，人機通道和相互通道。它的核心部件是68hc908gp32單片機。

gp32是motorola公司hc08系列8位單片機，內部含有32k flash程序存儲器，設計完成的智能盒程序存儲在此flash中，可以在線編寫和修改程序，同時內部設有程序安全碼，安全碼不符合時無法進行程序的讀取與修改，保證了程序的安全性；內部還含有8通道8位a／d轉換器，512字節的ram，一個spi接口，一個sci接口，四路輸入捕捉接口，33位通用i／o口等。

2．2　在線編程電路

編寫單片機的應用程序經常需要幾次反復，而且在試用階段，乙方也常會提出一些新的要求，使設計更加合理，使用更加方便，因此修改應用程序是開發人員經常會碰到的問題，gp32單片機在ff20h至ff52h的地址范圍內提供了307個字節的監控rom，使得gp32能夠進行在線編程，容易實現程序修改。圖2是gp32單片機在線編程的一種線路圖，通過此線路能夠實現pc機利用標準rs－232接口對gp32編程，gp32的一個口線pa0接收信息，波特率是9600波特，sw1用于選擇內部總線時鐘，聯動開關sw2、sw3、sw4用于選擇使用的時鐘源。

2．3 gp32外圍電路設計

2．3．1 網絡接口〔6，7〕

智能盒是一個網絡節點，網絡接口完成了智能盒的網絡節點功能，小區網絡采用lonworks總線結構。網絡接口采用超大規模neuron芯片3150，它的內部含有3個cpu，分別為介質訪問cpu、網絡控制cpu以及應用cpu，512字節的e2prom，2048字節的ram，2個16位定時／計數器，11條可編程i／o引腳，內部不含有rom，但可擴展64k程序存儲器，為修改程序方便，擴展了flash存儲器，其中42k用于存放程序，其它用于存放lontalk通信協議，通信協議由開發工具攜帶。gp32單片機通過spi接口與3150芯片相連。

2．3．2　開關量輸入通道

智能盒中設有8路開關量輸入通道，這些開關量信號用于緊急求助、手動復位、傳感器防拆和消防等，所有開關量輸入信號均經過光電隔離，進入gp32的輸入線。

2．3．3　數字量輸入通道

智能盒中設有4路數字量輸入通道，這些數字脈沖信號來自于水、電、氣表等的脈沖輸出，脈沖輸入信號經光電隔離，進入gp32的tim部件，tim部件在此作輸入捕捉用，設置成邊沿觸發方式，利用中斷方式累計多表用數，每個脈沖當量的設置、脈沖數當量轉換等由程序完成。

2．3．4　模擬量輸入通道

智能盒中設有8路模擬量輸入通道，直接使用單片機內的8路8位a／d轉換器。需要檢測的模擬量信號有入侵報警信號，消防報警信號等。入侵報警的模擬量輸入信號定義為：電壓在2v至3v之間屬正常情況，小于2v或大于3v均屬報警信號；消防報警的模擬量輸入信號定義電壓是：在2v以下屬正常，輸入電壓在3v以上屬報警信號。

2．3．5　開關量輸出通道

智能盒中設有7路開關量輸出通道。gp32的輸出線經tpic6b595芯片驅動，控制＋24v的直流繼電器，4路繼電器輸出用于切斷多表控制，其余的用于報警輸出、接通監聽器以及備用。

2．3．6　數據的顯示與存儲

一般情況下，多表數據以及智能盒的工作狀態隨時送至物業管理系統主機，但為了滿足智能盒在斷電情況下，仍能保存多表數據、智能盒工作方式以及用戶輸入的密碼，gp32擴展了一片x2504e2prom芯片。x2504芯片采用串行接口，同時內帶watchdog電路，程序運行故障時可以產生復位信號。智能盒的顯示方式采用lcd顯示，lcd顯示尺寸選用128×256點陣，采用菜單查詢與翻面相結合，需要顯示的數據和信息均可以在lcd上得到反映。

3　軟件設計

智能盒的軟件設計包括gp32內的程序設計和neuron芯片3150內的程序設計兩部分。

3．1　gp32單片機的軟件設計〔4，5〕

智能盒的各種操作均由gp32單片機內的程序控制，程序采用mc68hc08匯編語言編寫，調試完畢的程序存入單片機內的flash中，程序設計采用模塊化方法，模塊構成如圖3所示。

3．2　neuron芯片的軟件設計〔8〕

neuron芯片3150中的應用程序使用neuron c編程，調試完畢后的程序固化在擴展的flash程序存儲器中，主要負責節點的網絡管理。

4　結束語

本文介紹的家用智能盒具有很好的實際推廣應用價值。目前已研制、調試完成，并完成了各種功能、可靠性、規范等試驗，已投入小區進入實際使用階段。