李君胡勝胡必武

(1.東莞理工學(xué)院 計(jì)算機(jī)學(xué)院,廣東東莞 523808;2.東莞理工學(xué)院 電子工程學(xué)院,廣東東莞 523808)

無(wú)線報(bào)警儀器設(shè)計(jì)

李君1胡勝2胡必武2

(1.東莞理工學(xué)院 計(jì)算機(jī)學(xué)院,廣東東莞 523808;2.東莞理工學(xué)院 電子工程學(xué)院,廣東東莞 523808)

給出了一種無(wú)線報(bào)警儀器的設(shè)計(jì)方法。分析了儀器的工作原理，設(shè)計(jì)了主裝置和從裝置，重點(diǎn)介紹了LCD模塊的設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊的設(shè)計(jì)、發(fā)聲模塊設(shè)計(jì)、ADC模塊設(shè)計(jì)等等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)具有體積小、主從裝置間最大報(bào)警距離遠(yuǎn)、低功耗、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，具有較高的應(yīng)用與推廣價(jià)值。

MT6239；實(shí)時(shí)時(shí)鐘；無(wú)線通信；報(bào)警

當(dāng)今社會(huì)人們經(jīng)常出行,習(xí)慣將貴重物品、文件放到公文包、旅行箱內(nèi),如果丟失,將造成巨大損失。隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快,越來(lái)越多的人離開(kāi)農(nóng)村到城市工作、生活,城市的人流量日益增大,拐賣(mài)兒童的案件呈現(xiàn)出高發(fā)的態(tài)勢(shì)。我國(guó)現(xiàn)有的人口數(shù)量已經(jīng)突破了14億,其中3～16歲的兒童有3億多,約占世界兒童總數(shù)的20%。據(jù)統(tǒng)計(jì),丟失孩子的家庭多來(lái)自農(nóng)村,這與農(nóng)村、城市兩種截然不同的生活環(huán)境息息相關(guān)?，F(xiàn)在,我國(guó)獨(dú)生子女家庭很多,小孩丟失帶來(lái)的打擊是毀滅性的,往往導(dǎo)致被害人家庭家破人亡。為在源頭上遏制盜竊案、拐帶兒童案件的發(fā)生、減少社會(huì)資源的消耗、維持社會(huì)的安定團(tuán)結(jié),而設(shè)計(jì)該無(wú)線報(bào)警儀器。

1 主裝置設(shè)計(jì)

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一個(gè)主裝置和多個(gè)從裝置(最少3個(gè))的聯(lián)網(wǎng)。主裝置功能除了具有正常的移動(dòng)通信功能外,還具有預(yù)警功能。對(duì)從裝置進(jìn)行管理(增加或刪除從裝置、設(shè)置從裝置名稱(chēng)、設(shè)置從裝置的報(bào)警距離和報(bào)警方式等)、定期查詢(xún)從裝置狀態(tài)。主裝置由4部分組成:核心器件是MT6239,負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制與事務(wù)處理;MT6138為電源管理芯片,負(fù)責(zé)電源管理和給各個(gè)模塊提供獨(dú)立的電源[1-2]; MT6129為射頻處理芯片,負(fù)責(zé)移動(dòng)通信模塊的射頻處理與收發(fā)。CC1101為ISM頻段的RF芯片,負(fù)責(zé)預(yù)警功能中與從裝置的通信和輸入裝置、語(yǔ)音電路等用戶(hù)界面模塊。當(dāng)探測(cè)到主從裝置距離超過(guò)限定值時(shí),MT6239讀取SD中的數(shù)據(jù)通過(guò)揚(yáng)聲器播放報(bào)警音樂(lè)。通過(guò)按鍵輸入和LCD顯示,MT6239可以對(duì)從裝置進(jìn)行相應(yīng)管理。主裝置結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 主裝置結(jié)構(gòu)圖

MT6239以雙核處理結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),內(nèi)部集成有ARM9和DSP兩個(gè)核心模塊,ARM9主要負(fù)責(zé)高級(jí)的通信軟件協(xié)議的運(yùn)行和多媒體的應(yīng)用,DSP主要管理相應(yīng)低級(jí)的調(diào)制解調(diào)模塊和音視頻功能的處理。MT6239是整個(gè)系統(tǒng)的處理核心,通過(guò)內(nèi)置的SPI接口直接與RF芯片MT6129通信,傳輸語(yǔ)言和數(shù)據(jù);通過(guò)GPIO口模擬SPI時(shí)序與電源管理芯片MT6138和ISM的RF芯片CC1101進(jìn)行通信。

MT6129是一種射頻處理芯片,支持AMPS,GSM,DCS,PCS四頻?？煞譃橐韵氯齻€(gè)電路模塊:接收器模塊、發(fā)射器模塊、頻率合成器模塊[3-4]。

MT6138為獨(dú)立專(zhuān)用的電源管理芯片。提供整個(gè)系統(tǒng)所需的全部電壓?？偣?路LDO,單獨(dú)對(duì)每個(gè)模塊供電。充電支持Li(鋰電)、NiMH(鎳氫電池)。

另外,CC1101是功耗非常低的收發(fā)器,主要用于ISM頻段和短距離設(shè)備SRD(Short Range Devices),頻率范圍在315 MHz、433 MHz、868 MHz和915 MHz,也可進(jìn)行編程,以支持其它頻率。負(fù)責(zé)預(yù)警功能中與從裝置通信的RF功能。

1.1 實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能,系統(tǒng)采用DS1302芯片。它是一種由晶體控制精度的向主系統(tǒng)提供時(shí)間和日期的器件,它的功耗很低,可以大幅度改善電池持續(xù)供電的時(shí)間。利用它可以實(shí)時(shí)刷新時(shí)間信息,也可以刷新日期信息,可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置報(bào)警、鬧鈴等。它采用CE、I/O、SCLK三線接口與CPU進(jìn)行同步通信,DS1302時(shí)鐘電路如圖2所示。

圖2 DS1302時(shí)鐘電路

1.2 LCD設(shè)計(jì)

LCD顯示采用LM2068液晶模塊。它具有低電壓、低功耗、平板型結(jié)構(gòu)、顯示信息量大、無(wú)輻射、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。液晶模塊采用RA8835控制器,控制器中內(nèi)嵌32K SRAM作為顯示存儲(chǔ)器,具有LCD驅(qū)動(dòng)電源。它能同時(shí)管理多個(gè)顯示區(qū),并分區(qū)管理32 K的顯示存儲(chǔ)器,同時(shí)能管理自定義字符發(fā)生器[4-6]。

系統(tǒng)字符顯示子程序如下,通過(guò)調(diào)用該子程序可以在屏幕顯示字符:

1.3 發(fā)聲模塊設(shè)計(jì)

揚(yáng)聲器是一種發(fā)聲器件,可以發(fā)出多種音頻,可以播放語(yǔ)音,也可播放音樂(lè)。根據(jù)不同的頻率信號(hào)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器產(chǎn)生不同聲音,SD卡用來(lái)存放報(bào)警音樂(lè),發(fā)聲模塊電路圖如圖3所示。

圖3 發(fā)聲模塊電路圖

如果主從裝置之間距離超過(guò)設(shè)定的距離時(shí),則發(fā)生報(bào)警,播放報(bào)警音樂(lè),報(bào)警音樂(lè)播放流程圖如圖4所示。

圖4 報(bào)警音樂(lè)播放流程圖

2 從裝置設(shè)計(jì)

從裝置結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

系統(tǒng)選用Atmel公司的32位ARM-AT91SAM7S64,它成本低、I/O口較少、封裝面積小、內(nèi)帶Flash、速度快。正常工作時(shí),從裝置待機(jī)模式,并且啟動(dòng)無(wú)線電喚醒功能。當(dāng)收到主裝置的呼叫,進(jìn)入MIPS工作模式,正常處理事務(wù)。ADC用于電池電能監(jiān)控,當(dāng)監(jiān)控到電壓低至3.3 V(常規(guī)鋰電池的正常工作的下限電壓),就定時(shí)通知主裝置電量低,并發(fā)聲音警報(bào)。ADC采用MCP3202模塊,模塊前端采用MCP601運(yùn)算放大器來(lái)驅(qū)動(dòng)MCP3202模塊的模擬輸入端,并提供一個(gè)用于消除高頻噪聲的有源低通濾波器,來(lái)濾除干擾信號(hào)[7-8],ADC模塊電路如圖6所示。

圖5 從裝置結(jié)構(gòu)圖

圖6 ADC模塊電路圖

3 報(bào)警儀器程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序流程圖如圖7所示。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的模塊和控制軟件的實(shí)現(xiàn),不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)人物品和小孩的安全監(jiān)控和預(yù)警,還具備正常的移動(dòng)通信功能。采用新的接入?yún)f(xié)議,提高干擾信道上裝置的接入成功率。為了使得系統(tǒng)與其它電子裝置的干擾最小化,將認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)嵌入到該系統(tǒng)中。建立不同場(chǎng)景的模型,確定產(chǎn)品在不同場(chǎng)景下工作的可靠性和穩(wěn)定性。系統(tǒng)以移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ),在有移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方,都能很好地工作,具有廣泛的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。

圖7 報(bào)警儀器程序整體流程圖

[1] 郝永德,卜劍鋒,吳兆春.便攜式吸聲系數(shù)測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)與傳感器,2010 (10):21-24.

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The Design of Wireless Warning Device

LI Jun1HU Sheng2HU Bi-wu2
(1.Computer College,Dongguan University of Technology,Dongguan 523808,China; 2.College of Electronics Engineering,Dongguan University of Technology,Dongguan 523808,China)

By the design of wireless alarm device,the master device and the slave device,and analysis of working principle of device,this paper mainly introduces the design of LCD model,the design of real time clock module,the design of sound module and the design of ADC module and so on.Experiments show that this system has advantages of small volume,far alarm distance between the master device and the slave device,low power consumption and high reliability,as well as high application value and promoting value.

MT6239;real time clock;wireless communication;alarm

TN98;TP274

A

1009-0312(2015)01-0008-05

2014-11-03

東莞市科技計(jì)劃項(xiàng)目(2011108102030)。

李君(1974—),女,湖南湘潭人,工程師,主要從事嵌入式系統(tǒng)、電子測(cè)量與智能儀器研究。