李君胡胜胡必武

(1.东莞理工学院 计算机学院,广东东莞 523808;2.东莞理工学院 电子工程学院,广东东莞 523808)

无线报警仪器设计

李君1胡胜2胡必武2

(1.东莞理工学院 计算机学院,广东东莞 523808;2.东莞理工学院 电子工程学院,广东东莞 523808)

给出了一种无线报警仪器的设计方法。分析了仪器的工作原理，设计了主装置和从装置，重点介绍了LCD模块的设计、实时时钟模块的设计、发声模块设计、ADC模块设计等等。实验结果表明系统具有体积小、主从装置间最大报警距离远、低功耗、稳定性高等优点，具有较高的应用与推广价值。

MT6239；实时时钟；无线通信；报警

当今社会人们经常出行,习惯将贵重物品、文件放到公文包、旅行箱内,如果丢失,将造成巨大损失。随着我国城市化进程的加快,越来越多的人离开农村到城市工作、生活,城市的人流量日益增大,拐卖儿童的案件呈现出高发的态势。我国现有的人口数量已经突破了14亿,其中3～16岁的儿童有3亿多,约占世界儿童总数的20%。据统计,丢失孩子的家庭多来自农村,这与农村、城市两种截然不同的生活环境息息相关。现在,我国独生子女家庭很多,小孩丢失带来的打击是毁灭性的,往往导致被害人家庭家破人亡。为在源头上遏制盗窃案、拐带儿童案件的发生、减少社会资源的消耗、维持社会的安定团结,而设计该无线报警仪器。

1 主装置设计

系统实现一个主装置和多个从装置(最少3个)的联网。主装置功能除了具有正常的移动通信功能外,还具有预警功能。对从装置进行管理(增加或删除从装置、设置从装置名称、设置从装置的报警距离和报警方式等)、定期查询从装置状态。主装置由4部分组成:核心器件是MT6239,负责整个系统的控制与事务处理;MT6138为电源管理芯片,负责电源管理和给各个模块提供独立的电源[1-2]; MT6129为射频处理芯片,负责移动通信模块的射频处理与收发。CC1101为ISM频段的RF芯片,负责预警功能中与从装置的通信和输入装置、语音电路等用户界面模块。当探测到主从装置距离超过限定值时,MT6239读取SD中的数据通过扬声器播放报警音乐。通过按键输入和LCD显示,MT6239可以对从装置进行相应管理。主装置结构图如图1所示。

图1 主装置结构图

MT6239以双核处理结构为基础,内部集成有ARM9和DSP两个核心模块,ARM9主要负责高级的通信软件协议的运行和多媒体的应用,DSP主要管理相应低级的调制解调模块和音视频功能的处理。MT6239是整个系统的处理核心,通过内置的SPI接口直接与RF芯片MT6129通信,传输语言和数据;通过GPIO口模拟SPI时序与电源管理芯片MT6138和ISM的RF芯片CC1101进行通信。

MT6129是一种射频处理芯片,支持AMPS,GSM,DCS,PCS四频。可分为以下三个电路模块:接收器模块、发射器模块、频率合成器模块[3-4]。

MT6138为独立专用的电源管理芯片。提供整个系统所需的全部电压。总共7路LDO,单独对每个模块供电。充电支持Li(锂电)、NiMH(镍氢电池)。

另外,CC1101是功耗非常低的收发器,主要用于ISM频段和短距离设备SRD(Short Range Devices),频率范围在315 MHz、433 MHz、868 MHz和915 MHz,也可进行编程,以支持其它频率。负责预警功能中与从装置通信的RF功能。

1.1 实时时钟设计

为实现实时时钟功能,系统采用DS1302芯片。它是一种由晶体控制精度的向主系统提供时间和日期的器件,它的功耗很低,可以大幅度改善电池持续供电的时间。利用它可以实时刷新时间信息,也可以刷新日期信息,可以根据实际需要设置报警、闹铃等。它采用CE、I/O、SCLK三线接口与CPU进行同步通信,DS1302时钟电路如图2所示。

图2 DS1302时钟电路

1.2 LCD设计

LCD显示采用LM2068液晶模块。它具有低电压、低功耗、平板型结构、显示信息量大、无辐射、使用寿命长等优点。液晶模块采用RA8835控制器,控制器中内嵌32K SRAM作为显示存储器,具有LCD驱动电源。它能同时管理多个显示区,并分区管理32 K的显示存储器,同时能管理自定义字符发生器[4-6]。

系统字符显示子程序如下,通过调用该子程序可以在屏幕显示字符:

1.3 发声模块设计

扬声器是一种发声器件,可以发出多种音频,可以播放语音,也可播放音乐。根据不同的频率信号驱动扬声器产生不同声音,SD卡用来存放报警音乐,发声模块电路图如图3所示。

图3 发声模块电路图

如果主从装置之间距离超过设定的距离时,则发生报警,播放报警音乐,报警音乐播放流程图如图4所示。

图4 报警音乐播放流程图

2 从装置设计

从装置结构图如图5所示。

系统选用Atmel公司的32位ARM-AT91SAM7S64,它成本低、I/O口较少、封装面积小、内带Flash、速度快。正常工作时,从装置待机模式,并且启动无线电唤醒功能。当收到主装置的呼叫,进入MIPS工作模式,正常处理事务。ADC用于电池电能监控,当监控到电压低至3.3 V(常规锂电池的正常工作的下限电压),就定时通知主装置电量低,并发声音警报。ADC采用MCP3202模块,模块前端采用MCP601运算放大器来驱动MCP3202模块的模拟输入端,并提供一个用于消除高频噪声的有源低通滤波器,来滤除干扰信号[7-8],ADC模块电路如图6所示。

图5 从装置结构图

图6 ADC模块电路图

3 报警仪器程序设计

系统程序流程图如图7所示。

4 结语

通过对系统的模块和控制软件的实现,不仅可以实现对个人物品和小孩的安全监控和预警,还具备正常的移动通信功能。采用新的接入协议,提高干扰信道上装置的接入成功率。为了使得系统与其它电子装置的干扰最小化,将认知无线电技术嵌入到该系统中。建立不同场景的模型,确定产品在不同场景下工作的可靠性和稳定性。系统以移动通信运营商的网络为基础,在有移动通信网络覆盖的地方,都能很好地工作,具有广泛的应用前景和发展空间。

图7 报警仪器程序整体流程图

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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

东莞市科技计划项目(2011108102030)。

李君(1974—),女,湖南湘潭人,工程师,主要从事嵌入式系统、电子测量与智能仪器研究。