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隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展，藍牙、Wi-Fi、UWB和ZigBee等無(wú)線(xiàn)技術(shù)層出不窮。但采用藍牙、Wi-Fi和UWB技術(shù)來(lái)組建無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )時(shí)，需要高性能的處理器和額外的存儲器來(lái)處理組網(wǎng)所帶來(lái)的大量協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)，同時(shí)系統功耗也較高。另一方面，ZigBee技術(shù)雖然功耗較低、聯(lián)網(wǎng)方便，且已在家庭控制網(wǎng)絡(luò )中得到成功應用，但由于其傳輸速率最高僅為250kbps，限制了它的進(jìn)一步發(fā)展。 CY6936是賽普拉斯(Cypress)公司最新推出的低成本高集成射頻片上系統，它提供了針對低速、低成本的Wireless USB串口SPI到射頻發(fā)射的調制解調方案。其主要特點(diǎn)有：工作在ISM(工業(yè)、科學(xué)、醫療公共頻段)；10m以上的全方向傳輸范圍；數據傳輸率達到1Mbps；具有數據傳輸速率高達4M的SPI微機接口；靜態(tài)工作電流低于1mA；工作電壓范圍為1.8V至3.6V。CY6936非常適合用于中低速率、低成本、低功耗的無(wú)線(xiàn)數據采集系統之中。 PSoC(Programmable System on Chip)芯片是賽普拉斯公司推出一種可編程片上系統，它將一個(gè)8位微控制器與可編程數字陣列、可編程模擬陣列集成在一個(gè)芯片上，也稱(chēng)為可配置型混合信號陣列。PSoC為消費類(lèi)產(chǎn)品、工業(yè)、辦公自動(dòng)化、電信和汽車(chē)領(lǐng)域應用提供了具有嵌入式控制功能的高性能現場(chǎng)可編程單片系統。 本文基于PSoC芯片和CY6936無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊設計了一個(gè)智能家居短信安防系統，實(shí)現了安防傳感器節點(diǎn)和GPRS網(wǎng)關(guān)之間的無(wú)線(xiàn)通信，系統能夠用短信的方式方便、快捷、廉價(jià)地對居室中的各種緊急情況進(jìn)行報警。在系統設計中始終遵循低成本、低功耗、電路簡(jiǎn)單、使用方便的原則。該系統具有如下特點(diǎn)：安防傳感器節點(diǎn)采用電池供電，實(shí)現了低功耗設計，且可以在家庭中隨意放置；家中的安防報警信息可以通過(guò)短信及時(shí)通知主人或物業(yè)管理人員；設計了一個(gè)緊急報警按鍵，方便家人在緊急情況下的報警；設計了鍵盤(pán)和顯示器等人機接口，用戶(hù)可以修改短信報警電話(huà)號碼、修改密碼等；為了保證家中信息安全，系統設計了密鑰及密鑰發(fā)布和管理。 一、整體設計方案及芯片選擇 系統整體設計方案如圖1a所示。該系統主要分兩部分：無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)和GSM/GPRS網(wǎng)關(guān)。系統中包含三個(gè)節點(diǎn)：門(mén)磁防盜節點(diǎn)、紅外防盜節點(diǎn)和火災報警節點(diǎn)。 圖1：(a) 智能家居無(wú)線(xiàn)短信安防系統整體設計方案；(b) GSM/GPRS網(wǎng)關(guān)設計方案 系統設計中的核心芯片均選用塞普拉斯公司的PSoC芯片，分別是CY8C21534和CY8C29466。其中，CY8C21534專(zhuān)門(mén)用于電容傳感器按鍵信號的處理，CY8C29466是GSM/GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)的核心芯片和各節點(diǎn)的傳感器信號處理芯片。 二、GSM/GPRS網(wǎng)關(guān)設計 1. 整體方案 GSM/GPRS網(wǎng)關(guān)設計方案如圖1b所示。PSoC芯片和CY6936無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊是網(wǎng)關(guān)的核心。CY6936無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊接收來(lái)自各節點(diǎn)的傳感器信息，并將接收的傳感器信息發(fā)送給PSoC芯片。PSoC芯片將各節點(diǎn)的信息顯示在LCD液晶上，并通過(guò)LED和蜂鳴器為家內用戶(hù)提供警示，然后將報警信息通過(guò)串口發(fā)送給GSM/GPRS模塊，最終發(fā)送給遠程用戶(hù)。 此外，還根據需要為網(wǎng)關(guān)設計了44的觸摸式按鍵，用于修改網(wǎng)關(guān)的電子密碼以及報警手機號，并設計了一個(gè)緊急報警按鍵。按鍵的信息經(jīng)CY8C21534處理后發(fā)送給CY8C29466。 2. 軟件設計 軟件設計工具：PSoC Designer是PSoC的傳統軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，它是一款功能全面的基于圖形用戶(hù)接口(GUI)的設計工具套件。該軟件提供豐富的模擬和數字器件模塊(如PGA、ADC、DAC、濾波器、比較器、定時(shí)器、計數器、PWM、SPI和UART等)，用戶(hù)選擇器件模塊后，放置到可編程模擬和數字模塊陣列中，進(jìn)行配置和連線(xiàn)后，即可完成系統設計。在PSoC Designer環(huán)境下，用戶(hù)可以采用單獨C語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言編程，也可以采用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言二者的結合來(lái)編程。PSoC Designer提供單步進(jìn)、事件觸發(fā)器和多斷點(diǎn)對設計進(jìn)行調試。 用戶(hù)模塊設計：采用PSoC Designer 4.3作為開(kāi)發(fā)工具，在設計中采用了CSR、LCD、SPIM、SPIS等用戶(hù)模塊。 三、節點(diǎn)設計方案 系統中的節點(diǎn)設計均采用統一的設計方案(如圖2所示)。采用無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊和PSoC芯片組成無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊負責節點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)之間的通信，PSoC芯片負責處理和分析傳感器的信息。 圖2：節點(diǎn)設計方案 門(mén)磁防盜節點(diǎn)采用MC31門(mén)磁傳感器，該傳感器無(wú)需外部供電，根據磁鐵距離干簧管的遠近輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)量，閥值是16mm。設計中還對PSoC芯片的供電電壓采用升壓泵技術(shù)，只要外界電壓超過(guò)1V，電路就可以正常工作，從而有助電路的長(cháng)時(shí)間穩定工作。 紅外防盜節點(diǎn)采用紅外熱釋電傳感器LHI968，工作電壓為2~15V，輸出信號幅度為1mV左右，頻率為1Hz。該傳感器可以監測外界熱源物體(如人體或人體的某部位)的經(jīng)過(guò)。針對該傳感器信號的微弱性，一般的設計思路是使用專(zhuān)用處理芯片(如BISS0001)處理傳感器信號，這種方案輸出信號穩定、反應靈敏，但是外部電路復雜、耗電量大、成本也較高。本文的設計不使用專(zhuān)用處理芯片來(lái)處理傳感器信號，而是由PSoC芯片直接處理，這種方法大大簡(jiǎn)化了電路設計，減小了功耗并節省了成本。 火災報警節點(diǎn)同時(shí)使用溫度傳感器LM35和紅外接收管進(jìn)行監測。溫度傳感器測量環(huán)境溫度、紅外接收管監測火光和熱源。這種設計方案簡(jiǎn)單、成本低廉，適合在家庭中使用。 四、本文小結 本文介紹了一個(gè)基于賽普拉斯公司CY6836無(wú)線(xiàn)收發(fā)器設計的智能家居安防系統。該系統采用無(wú)線(xiàn)連接方式和短信報警技術(shù)，設計了友好的人機界面，并采用了電容式觸摸感應按鍵。節點(diǎn)設計采用統一的設計方案。設計中使用了多種降低功耗、減少成本、簡(jiǎn)化設計的方法。經(jīng)過(guò)調試和實(shí)際使用驗證，系統工作穩定，很好地實(shí)現了預想的各項功能。 |
