一種手持式家居智能溫濕度檢測控制終端的設(shè)計與實現(xiàn)＊

徐 波，葉權(quán)鋒，蔣昌茂

（1.桂林電子科技大學(xué)，廣西 桂林 541004；2.桂林師范高等?？茖W(xué)校，廣西 桂林 541001）

隨著生活水平的提高，人們對住宅的智能化服務(wù)設(shè)施提出了更高的要求，所以目前的智能家居這種新的生活理念正逐步進(jìn)入人們的生活，正引導(dǎo)業(yè)主或用戶體驗一種新的生活享受方式。通過智能家居模式，用戶可以通過手機APP或者手持終端隨時隨地地遠(yuǎn)程控制和管理家用電器的工作情況。本文所涉及到的溫濕度采集及控制的手持式終端是智能家居中的一個應(yīng)用,本方案選用深圳華禹工控二次開發(fā)的MTK6225手機模塊作為終端應(yīng)用平臺，核心采用ARM7做為MCU（微控制單元），具備完整的手機功能，且電池管理方案優(yōu)異，采用已有的手機平臺硬件設(shè)計方案徹底顛覆了傳統(tǒng)設(shè)計上的硬件從零開始搭建的軟硬件設(shè)計開發(fā)模式，可跨過硬件設(shè)計直接硬件重用進(jìn)入在手機系統(tǒng)平臺架構(gòu)上的軟件開發(fā)模式,使得本方案產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)周期大大縮短及其可靠性大為提高。本方案以它的低成本、方便攜帶的特點，比較適合在智能家居行業(yè)便攜式開發(fā)和應(yīng)用，現(xiàn)提出來供大家批評指正。

1 溫濕度采集手持式硬件平臺架構(gòu)設(shè)計原理

一般情況下，每一個控制系統(tǒng)開發(fā)，都必須涉及硬件和軟件設(shè)計開發(fā)。傳統(tǒng)的設(shè)計思想是先確定硬件方案，設(shè)計制造或選用合適的硬件之后，再考慮采用什么樣的軟件驅(qū)動或控制運行方式。本方案中針對手持方式的設(shè)備，除了相關(guān)硬件設(shè)備設(shè)計還需考慮設(shè)備功耗及電池供電問題，然后才考慮搭載什么樣的軟件驅(qū)動硬件工作達(dá)到設(shè)計要求，因而在硬件設(shè)計環(huán)節(jié)就要花費大量的精力和時間，然后再設(shè)計軟件并加載驅(qū)動硬件，而且所設(shè)計實現(xiàn)的產(chǎn)品是否滿足實際需要，仍需經(jīng)過反復(fù)實際測試和改進(jìn)完善，才能確定是否能定型和投入批量生產(chǎn)，這種開發(fā)思路的最大缺陷是很難滿足實際工程應(yīng)用中對產(chǎn)品開發(fā)周期的限制。為了讓新產(chǎn)品開發(fā)“既快又好”，保證穩(wěn)定性和縮短產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計周期，選用一些成熟的軟硬件平臺做為輔助開發(fā)工具是加快產(chǎn)品推出的必要條件，所以我們選用了深圳華禹工控所推出的MTK6225手機開發(fā)模塊，作為我們的手持式溫濕度采集及檢測控制終端的無線硬件設(shè)計解決方案。

本方案最大的特色是就用手機平臺實現(xiàn)智能家居設(shè)備的遠(yuǎn)程控制及應(yīng)用，眾所周知傳統(tǒng)手機一般多為通話、短信和多媒體等方面應(yīng)用，卻在嵌入式行業(yè)幾乎看不到它的身影，其主要原因是因為手機軟硬件技術(shù)一直被手機軟硬件系統(tǒng)開發(fā)公司所壟斷，它的技術(shù)資料很少外流和開源推廣，同時由于手機系統(tǒng)本身的較好的保密性和技術(shù)封鎖，使得它在其他行業(yè)推廣應(yīng)用也很難展開，特別是如何充分引出手機系統(tǒng)更多的I/O口資源，以滿足各種DIY開發(fā)應(yīng)用，MTK6225手機開發(fā)模塊給我們提供了各種嵌入式DIY應(yīng)用的可能和擴(kuò)展。

原本MTK6225是一款具有高集成度的手機應(yīng)用多媒體芯片，由臺灣聯(lián)發(fā)科公司2011年推出，經(jīng)過長期關(guān)注和推廣應(yīng)用，技術(shù)已經(jīng)非常成熟，其具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

它具有如下功能：

采用了104MHz的 ARM7高速CPU；

支持1.8—3.2英寸彩色LCD；

支持手寫觸摸、漢字識別；

支持多媒體功能，如弦鈴音、攝像頭、MP3和MP4等；

支持GPRS、GSM、SMS等；

支持JAVA

MTK6225作為一款完整的多媒體手機芯片，超低功耗，電池管理方面非常出色，結(jié)合其他的特性作為普通手機應(yīng)用是比較合適的，而拓展到移動控制領(lǐng)域的應(yīng)用似乎不太現(xiàn)實。隨著智能手機及移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，深圳華禹工控發(fā)現(xiàn)手機移動控制應(yīng)用的廣闊商機，在充分消化吸收MTK6225平臺的相關(guān)資源后，推出了面向移動控制領(lǐng)域行業(yè)應(yīng)用的基于MTK6225芯片解決方案——旋風(fēng)001手機通用開發(fā)模塊，該模塊除了具備原有的通信、短消息和多媒體功能外，擴(kuò)充增加了以下功能：①將MT6225芯片的所有可供外部使用的128個I/O引腳進(jìn)行外部擴(kuò)展，包括（并口、串口、USB口、LCM屏接口、GPIO、電源開關(guān)機口等）都可以調(diào)用；②實現(xiàn)基于J2ME的JAVA硬件可編程控制，支持JAVA等多種語言編程，實現(xiàn)對I/O口的控制，并提供了豐富的應(yīng)用Demo。本方案選用MTK6225開發(fā)模塊，對我們來說不僅縮短產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)周期，還保證硬件解決方案的穩(wěn)定可靠。MTK6225平臺方案，作為已經(jīng)量產(chǎn)6年多，手機出貨量達(dá)到數(shù)以億來計算的成熟品牌來說，它的硬件可靠性、穩(wěn)定性和超低功耗的性能是我們所看重的，同時搭載的ARM7處理器的速度完全能夠勝任我們手持式終端管理系統(tǒng)的工作性能需求。華禹高科推出的MTK6225手機通用開發(fā)模塊，對本方案來說基本解決了在移動終端解決方案中硬件設(shè)計的最關(guān)鍵部分，我們只需把精力主要投入到應(yīng)用軟件的設(shè)計即可完成產(chǎn)品研發(fā)。

圖1 MTK6225手機芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2 基于MTK6225平臺的控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計

本方案手持式終端管理系統(tǒng)主要分成以下2部分，本文主要介紹第2部分的設(shè)計實現(xiàn)：①具有RF射頻及紅外功能模塊的通信背板，該背板主要完成手持終端系統(tǒng)通過無線方式連接具有RF功能的家用智能插座和紅外功能的各種家電的信號轉(zhuǎn)發(fā)，同時將帶有溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給終端系統(tǒng)。②與以上通信背板相連的基于MTK6225手機模塊的手持式終端控制系統(tǒng)。

2.1 手持式終端控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

本方案基于MTK6225手機模塊的手持式終端控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖2所示，該系統(tǒng)由前臺、后臺系統(tǒng)兩個部分組成，其功能和特點如下。

2.1.1 RF前臺數(shù)據(jù)采集模塊

該模塊是作為一塊通信背板通過128PIN的插針與MTK6225后臺處理系統(tǒng)無縫集成，它的作用主要是通過UART串口通信接受后臺MTK6225系統(tǒng)的控制，完成對遠(yuǎn)程溫濕度數(shù)據(jù)采集，并回傳給后臺系統(tǒng)處理，同時通過RF遠(yuǎn)程控制智能插座的開閉和紅外接收模式設(shè)備的工作狀態(tài)，如空調(diào)、加熱器、溫度傳感器等。

圖2 基于MTK6225手機方案的溫濕度檢測手持終端控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

該模塊由三部分組成：①RF無線通信模塊：采用TI CHIPCON的CC1100CH 1GHz范圍內(nèi)的RF收發(fā)器，通過SPI接口與MCU通信，具備超低功耗和無線喚醒功能，滿足移動終端對功耗的要求；②紅外收發(fā)模塊：采用與空調(diào)遙控相同的紅外收發(fā)模塊,采用MTK6225軟鍵盤通過紅外收發(fā)模塊進(jìn)而控制帶有紅外接收功能的空調(diào)/除濕設(shè)備的工作狀態(tài)和參數(shù)調(diào)節(jié)；③MCU處理部分：數(shù)據(jù)采集控制核心，采用STC89LE516RD+處理器，該微內(nèi)核的特色是低電壓：3V，低電流：4～7 mA，可通過UART串口與MTK6225后臺處理系統(tǒng)通信并收發(fā)相關(guān)數(shù)據(jù)。

2.1.2 MTK6225手機后臺數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

后臺數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是手持式溫濕度終端系統(tǒng)的核心組成部分，我們選用了深圳華禹工控的旋風(fēng)001模塊來實現(xiàn)，該硬件模塊除了具備普通手機的所有基本功能外，還將MTK6225所有可控128個I/O引腳以插針的方式全部引出，以供二次開發(fā)擴(kuò)展使用，同時用JAVA語言編程實現(xiàn)了對I/O口控制的底層驅(qū)動，可為J2ME應(yīng)用程序調(diào)用，這樣它名副其實地成為可二次開發(fā)使用的通用模塊。

2.2 溫濕度手持終端控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

該系統(tǒng)軟件主要功能：采用手持式系統(tǒng)終端收集各采集點的溫濕度參數(shù)，并根據(jù)舒適度的原則可自動和手動控制相關(guān)環(huán)境設(shè)備的工作狀態(tài)和參數(shù)選擇，達(dá)到自動或人工調(diào)節(jié)居住環(huán)境舒適度的目的。

對于可以采用C++或者JAVA編寫管理軟件的MTK6225手機模塊，但由于用C++編程所寫的管理軟件仍需要轉(zhuǎn)成BIN文件固化到手機中才能使用，這不僅多此一舉而且還要調(diào)整修改手機原本的軟件結(jié)構(gòu)，為了保證原手機軟件結(jié)構(gòu)不變，我們使用JAVA編寫本方案的管理軟件，只要加載JAVA虛擬機，用JAVA語言編寫的管理軟件即可跨平臺運行服務(wù)，這樣軟件部分的編程實現(xiàn)簡易、安裝方便，設(shè)置簡單，以下是本設(shè)計所調(diào)用的幾個關(guān)鍵軟件包。

2.2.1 COM.MTK包

對于比較特殊的情況，無法完全采用JAVA編程實現(xiàn)而需調(diào)用C或C++編程時，華禹工控提供了JNI方式編寫，將COM.MTK包中的Gpio.java控制GPIO的方法，即為此類，通過對該類中接口函數(shù)的調(diào)用，可實現(xiàn)對硬件GPIO的控制。

2.2.2 Com.huayu.gpio包

用于對128個I/O引腳的調(diào)用，包中的GpioPort.java定義了華禹工控手持設(shè)備的GPIO控制引腳編號，只要進(jìn)行簡單的設(shè)置聲明即可調(diào)用，比如：

public static final byte GPIO_0=(byte)0；

public static final byte GPIO_1=(byte)1；

public static final byte RFID_POWER_PIN=GPIO_PORT_5；

public static final byte P1201_SWITCH_A0=GPIO_PORT_0；

public static final byte P1201_SWITCH_A1=GPIO_PORT_45；

public static final byte P1201_URXD2=GPIO_PORT_47；

public static final byte P1201_UTXD2=GPIO_PORT_48；

2.2.3 其他包

com.demo.control包：GUIController.java是界面控制的類。

com.demo.view包：所有界面顯示的類都在該包中。

com.demo.comm包：該包中的CommonResource.java是公共資源類。

com.huayu.studyRfid.midlet包：StudyRfidDemoMidelet.java為MIDLet類。

該管理系統(tǒng)的軟件界面如下所示意：

圖3 溫濕度手持終端操作界面

圖3所示的數(shù)據(jù)采集方案就是根據(jù)對家居及戶外不同地點的溫濕度數(shù)據(jù)采集，以確定是否符合最好的人居環(huán)境。在不達(dá)到要求的情況下，遠(yuǎn)程啟動空調(diào)或者加濕設(shè)備，同時進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，程序運行流程如圖4所示。

圖4 手持終端控制系統(tǒng)運行流程圖

3 結(jié)束語

通過采用MTK6225手機模塊開發(fā)平臺設(shè)計手持式溫濕度遠(yuǎn)程檢測控制系統(tǒng)，不僅顛覆了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計模式，還擺脫了過去系統(tǒng)設(shè)計時，硬件設(shè)計的工作量費力而不討好的情況，使得開發(fā)者可以集中精力專心考慮軟件的設(shè)計，而不必?fù)?dān)心硬件的可行性、可靠性、穩(wěn)定性，大大縮短產(chǎn)品設(shè)計周期，還充分利用了手機終端的通用、便攜性特點，這實際上就是在該輔助平臺做二次開發(fā)即可達(dá)到設(shè)計目標(biāo)。目前隨著智能家居的發(fā)展、無線應(yīng)用的普及和手機解決方案的興起，越來越多的行業(yè)無線應(yīng)用將采用該手機平臺的做為軟硬件解決方案。

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