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無線數據收發芯片之間接口應用的軟件與硬件技術要點。小區智能化建設在國內歷經幾年的發展，已經形成了一系列標準，它們的出現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智能化建設中一個重要環節，也隨著電子技術的發展和人們對住宅智能化要求的提高逐漸發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)，滿足了人們在現代社會中快節奏和開放性的生活。
1 小區整體結構及系統流程
整個小區管理系統由住戶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是小區整體結構及系統流程圖。
在小區內部，系統通過公共安全設施(電視監控和周界控制等)和小區管理設備(出入口門禁和車輛管理等)來監控對小區的非法闖入。一旦某個環節出現異常，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。
在住戶室內，住戶通過HIT終端向室內控制器RC以無線數據傳輸的方式發送控制數據，RC接收到數據后，根據通信協議判斷接收到的數據是室內控制命令(安防或電器控制)還是請求信息服務命令(查詢物管通知或要求家政服務等)。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行操作。一旦對防區進行了設防操作后，RC輪流查詢每一個設防防區的狀態。當防區出現異常時，RC在室內報警的同時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、無線數據通信、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顯示模塊共同實現終端的輸入操作和狀態顯示。無線通信模塊將輸入的功能操作按通信協議的規定組織成命令數據幀，以無線的方式發送至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字節在線可編程EEPROM、支持ISP功能。本終端系統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無線數傳模塊的接口并通過它實現與室內控制器RC的交互。Atmega103內部資源豐富且功能強大，可以簡化系統設計，提高系統可靠性，非常適用于本系統。
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位數據并行發送且驅動能力強，可實現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控制器的數據總線與單片機的數據總線相連，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 無線數據傳輸
終端將選擇的具體功能操作按通信協議的規定組織成數據命令幀通過無線數傳模塊發送至室內控制器RC。系統采用nRF401作為無線數據收發的控制芯片。nRF401是Nordic公司推出的一款工作在433MHz、具有雙通道的、數據傳輸速率最高可達20kbps的無線射頻數據收發芯片。而且nRF401做到了單個芯片實現FSK信號的收發，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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