1 嵌 入 式 系 統(tǒng) 原 理 與 設 計 家 庭 安 防 遠 程 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 設 計 2 本 節(jié) 提 要功能需求分析及總體設計系統(tǒng)硬件設計 軟件設計 3 8.1 功能需求分析及總體設計 l家庭安防監(jiān)控系統(tǒng)主要是通過遠程安防監(jiān)控器實現對家庭智能化系統(tǒng)中各種與信息相關的通訊設備、家用電器和家庭保安裝置進行集中的或異地的控制和家庭事務性管理，實現對家庭中重要設備進行遠程信息查詢、安防報警、遠程監(jiān)控等功能。 圖8-1家庭安防系統(tǒng)總體結構圖 4 l整個安防監(jiān)控器的電路框圖如圖8-2所示，由電源電路、人機交互模塊、主控模塊、移動通信模塊、設備控制模塊、數據采集模塊、PSTN模塊、語音錄放模塊等電路組成。 主控模塊PSTN模塊語音錄放模塊移動通信模塊數據采集模塊人機交互模塊設備控制模塊電源模塊 5 本 節(jié) 提 要功能需求分析及總體設計系統(tǒng)硬件設計 軟件設計 6 8.2系統(tǒng)硬件設計l系統(tǒng)功能較多，考慮系統(tǒng)對實時性、功耗、成本、擴展性等要求，安防監(jiān)控器采用S3C44B0X作為處理器，采用雙音多頻解碼集成電路芯片MT8888和ISD4004語音芯片實現報警器的主要功能，PSTN模塊主要由主控芯片電路、語音模塊電路、振鈴檢測電路、摘掛機電路、雙音頻信號收發(fā)器電路、輸出放大電路和輸入放大電路等部分組成。 7 表8-1 S3C44B0X主要端口分配表端口號連接端口功能描述端口號連接端口功能描述GPF0 K1繼電器K1控制，接通電話通道nOE MT8888 /RD MT8888讀控制引腳GPF1 K2繼電器K2控制，選擇播放錄音通道nWE MT8888 /WR MT8888寫控制引腳GPF2 K3繼電器K3控制，選擇錄音通道ExINT0 D4A 74LS123 /Q電話振鈴輸入檢測GPF3 ISD4004 RAR ISD4004行地址時鐘引腳ExINT1 D4B 74LS123 /Q MT8888按鍵輸入信號檢測GPF4 ISD4004 /SS ISD4004片選ExINT2 ISD4004 /INT ISD4004中斷引腳 D0-D3 MT8888 D0-D3 MT8888數據引腳SIOCK ISD4004 SCLK ISD4004時鐘引腳A1 MT8888 RS0 MT8888地址選擇引腳SIOTxD ISD4004 MOSI ISD4004數據輸入引腳nGCS3 MT8888 /CS MT8888片選引腳SIORxD ISD4004 MISO ISD4004數據輸出引腳 8 監(jiān)控器所涉及的關鍵技術主要在以下幾個方面：1.DTMF(Dual Tone Multi Frequency)收發(fā)芯片MT8888CE的電路設計；2.基于語音芯片ISD4004的錄放音電路設計；3.電話控制模塊家電控制語音提示信息的存放和尋址。 本章主要對這幾個模塊的電路設計進行介紹，其它電路如電源、串口、鍵盤、LCD等電路設計參考第五章。 9 8.2.1振鈴檢測電路設計 PHONE XS4 1 2 XP4 V10 TPA200 D8 BRIDGE1 VCC DGND R32 3.3k V16 8050 V11 1N4148 + C41 4.7u R33 10k R34 1k DGND C9 0.1u C4 103 VCC + C8 10u R13 22k A1 B2 CLR3 Q 4 Q 13 Cext14 RCext15 GND 8 VCC 16 D4A 74LS123 R5 10k R4 150k R14 10k ExINT0 NET0 10 8.2.2 摘掛機電路設計 R7 100/0.5w R6 2.2k V5 8V 1/2w V4 LED K1 RELAY-SPST V1 1N4148 C1 0.1u V6 1N4148 + C5 100u/50v R8 2.2k V12 8550 VCC R9 10k R10 10k GPF0 NET0 NET1 11 8.2.3電話DTMF收發(fā)器電路設計 R17 100k R18 47k C14 0.1u R19 374k GAIN1 IN-2 IN+3 GND4 GAIN 8 BYPASS 7 VS 6 VOUT 5 D6 LM386M1(8) C17 0.1uIN+ 1 IN-2 OSC16 WR9 CS10 RD12 RS011 OSC2 7 TONE 8 IRQ/CP 13 EST 18 ST/GT 19 GS 3 V REF4 D0 14 D1 15 D2 16D317 D2 MT8888CE(20) Z2 3.5795M C11 2.2u R20 3.3k + C37 4.7u C15 0.1u R21 18k V8 1N4148 R15 10k VCC R22 1.2k + C6 4.7u R9 10k R10 10k V7 1N4148 + C23 47u C22 0.1u VCC GAIN1 IN-2 IN+3 GND4 GAIN 8 BYPASS 7 VS 6 VOUT 5 D7 LM386M1(8) VCC C13 0.1u C240.047uR23 10 A9 B10 CLR11 Q 12 Q 5 Cext6 RCext7 D4B 74LS123 + C39 10u DGND VCC + C7 4.7u R11 22k R12 10k + C16 47u C38 2200p VCC K2 RELAY-SPDT VCC R2 10k C2 0.1u V2 1N4148 V13 8550 Speaker GPF1 NET2 D1 D2 D3 D0 nGCS3 A1 ExINT1 nOE nWE NET1 12 8.2.4語音模塊設計 V3 1N4148 + C21 4.7u + C29 1u SS1 SCLK 28 MOSI2 VCCD 27 MISO3 XCLK 26 VSSD4 INT 25 NC5 RAC 24 NC6 VSSA 23 NC7 NC 22 NC8 NC 21 NC9 NC 20 NC10 NC 19 VSSA11 VCCA 18 VSSA12 ANA IN+ 17 AUD OUT13 ANA IN- 16 AM CAP14 NC 15 D3 ISD4004 V15 9014 VCC C28 0.1u R29 1k + C33 47u R27 10k R26 2.2k R25 300k R28 10kC32 0.1u C31 0.1u +3V + C12 100uV91N4148 C3 0.1u VCC K3 RELAY-SPDT + C26 22u R16 10k VCC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 RS 10k V14 8550 R3 10k R31 2.2k R30 22k C25 0.1u C27 0.1u L2 INDUCTOR DGND C18 0.1u DGND 2 1 MIC XP3 NET1 GPF2 GPF3 ExINT2 SIOCK GPF4 SIOTXD SIORXD NET2 13 8.2.5 GSM通信模塊主控制器串口DC電源GSM模塊SIM 14 本 節(jié) 提 要功能需求分析及總體設計系統(tǒng)硬件設計 軟件設計 15 8.3軟件設計要實現家電（空調、電視、等）的遠程開、關控制，家電狀態(tài)的遠程查詢，必須對設備進行編號，設計規(guī)范的查詢控制的命令格式，才能進行正確地監(jiān)控家電設備。在一般家庭中電器類型有以下幾種： 1：空調 2：電視 3：熱水器 4：燈開關 5：煤氣監(jiān)測器 6：火焰監(jiān)測器設備的監(jiān)控命令設計為如下格式： 監(jiān)控命令格式：命令類型+命令分類+設備序號+設備狀態(tài)。命令類型主要分為查詢命令和控制命令兩種；命令分類是指查詢命令中的查詢分類，控制命令中的分類，如0表示關、1表示開；設備序號是指家電設備的編號；設備狀態(tài)是在查詢和控制動作的返回結果，具體見表8-2。 16 表8-2 監(jiān)控命令格式命令類型命令分類設備序號設備狀態(tài)30查詢命令1控制命令1開空調（控制1）1 空調1開0關空調（控制、查詢2）0關1開電視（控制）2電視1開0關電視（控制、查詢）0關1開熱水器（控制）3熱水器1開0關熱水器（控制、查詢）0關1開燈（控制）4燈開關1開0關燈（控制、查詢）0關1開煤氣開關（控制）5煤氣監(jiān)測器1濃度高 0關開煤氣開關（控制、查詢）0無煤氣1開噴水開關（控制）6火焰監(jiān)測器1有火焰0關噴水開關（控制、查詢）0無火焰 17 根據系統(tǒng)功能將任務劃分為GSM短信查詢控制任務、報警任務、電話查詢控制任務、鍵盤設置等任務，本章主要針對前3個任務進行設計分析，編程內容包括：1.主函數設計2.報警任務3. GSM短信查詢控制任務4. PSTN電話查詢控制任務5.串口中斷服務程序6.外部中斷0服務程序 18 任務狀態(tài)切換圖 19 8.3.1 主程序設計開始系統(tǒng)初始化創(chuàng)建任務GSM查詢控制任務報警任務電話查詢控制任務 啟動任務 20 /*任務優(yōu)先級定義*/#define Phone_Prio 7#define GSM_Prio 6#define Alarm_Prio 5/*任務堆棧定義*/#define STACKSIZE 50OS_STK Phone_StackSTACKSIZE=0, ; /Phone_Task堆棧OS_STK GSM_StackSTACKSIZE=0, ; /GSM_Task堆棧OS_STK Alarm_StackSTACKSIZE=0, ; /Alarm_Task堆棧/*任務定義*/ 21 /*任務定義*/void Phone_Task(void *Id); /GSM_Taskvoid GSM_Task(void *Id); /GSM_Taskvoid Alarm _Task(void *Id); /GSM_Task/*事件定義*/OS_EVENT *E_GSM_Mbox; /申明短信消息事件typedef struct gsm_cmd /定義命令參數消息結構INT8U phone_no14; /手機號碼INT8U dev_no; /設備編號INT8U cmd_type; / instruction命令類型INT8U cmd_class; /命令種類INT8U dev_status; /設備狀態(tài)*GSM-_CMD; 22 struct GSM_CMD GSM_Command； /定義命令短信消息 / OSMboxPend(E_GSM_Mbox,0,/ OSMboxPost(E_GSM_Mbox，GSM_Command);OS_EVENT *E_PConnect_Sem; /申明電話連接消息事件/ OSSemPend (E_PConnect_Sem,0,/ OSSemPost (E_PConnect_Sem); OS_EVENT *E_PRead_MBox; /申明電話按鍵讀取消息事件INT8U *PRead_Message; /定義電話按鍵讀取消息/ OSMboxPend(E_PRead_MBox,0,/ OSMboxPost(E_PRead_MBox，PRead_Message);typedef struct gsm_msg /定義短信消息結構INT8U phone_no14; /短信手機號碼INT8U msg_time20; /短消息發(fā)送時間INT8 *msg_data; /短消息內容*GSM_MSG; 23 void main() ARMTargetInit(); /開發(fā)板初始化OSInit(); /操作系統(tǒng)初始化 /其他初始化操作OSTaskCreate(Phone_Task,(void*)0,(OS_STK*)/ 創(chuàng)建電話監(jiān)控任務OSTaskCreate(GSM_Task,(void*)0,(OS_STK*)/ 創(chuàng)建短信監(jiān)控任務OSTaskCreate(Alarm_Task,(void*)0,(OS_STK*)/ 創(chuàng)建報警任務 /創(chuàng)建其他任務InitRtc();/初始化系統(tǒng)時鐘 E_GSM_Mbox =OSMboxCreate(GSM_Command);E_PConnect_Sem = OSSemCreate(1);E_PRead_Mbox= OSMboxCreate(PRead_Message);OSStart();/操作系統(tǒng)任務調度開始return 0; 24 8.3.2報警任務 l系統(tǒng)報警任務功能是指系統(tǒng)定時查詢各個設備的狀態(tài)，并與設定的報警值進行比較，如果超出設定值則通過通信模塊進行報警。 開始讀取各個設備狀態(tài)判斷是否超出設定范圍讀取手機電話號碼 任務掛起發(fā)送報警短信 判斷是否超出設定范圍是否接收到短信回復是否是否手機電話是否讀完否撥打有線電話號碼是是否接起 播放報警錄音否掛機電話是否讀完否是是 25 void Alarm_Task(void *Id) INT8U i,j,k=0;INT8U DeviceStatus=0;INT8U *msg;for(;) for(i=0;idev_no=i; if(DeviceStatus Devicei.UpStatus) /如果狀態(tài)超出設定范圍，則報警。 for(j=0;jmobile_no=MobilePhonej; GSM_Command -dev_status = DeviceStatus; SendMessage(GSM_Command);msg=OSMboxPend(E_GSM_Mbox, 2000, /設定短信回復等待時間if(msg)break; /如果在規(guī)定時間內有短信回復，跳出循環(huán) 26 if(msg=NULL) /當短信沒有回復，則認為短信報警信息失敗，電話報警while(k2) for(j=0;jOSEventPtr-cmd_type) /提取短信命令類型 case 0: /查詢命令 GSM_Command -dev_status=DeviceCheck(E_GSM_Mbox-OSEventPtr-dev_no);/查詢指定設備狀態(tài) SendMessage(GSM_Command); /發(fā)送查詢結果 break; case 1: /控制命令 GSM_Message -dev_status=DeviceControl(E_GSM_Mbox-OSEventPtr-dev_no, E_GSM_Mbox-OSEventPtr-cmd_class); SendMessage(GSM_Message);/控制設備動作，返回狀態(tài)SendMessage(GSM_Command); /發(fā)送控制結果 break; 29 2.短信接收中斷服務程序設計 短信的接收是放在串口中斷服務程序中執(zhí)行的，需要編寫串口接收中斷服務程序。 開始發(fā)出“AT+CMGR=0”命令讀SIM卡中的短信 結束發(fā)出“AT+CMGD=0”命令刪除SIM卡中的短信解析短信內容通過消息郵箱發(fā)送消息 30 void UART0RD_GSM_ISR() unsigned char data4; struct GSM_MSG msg; unsigned char i;ReadMessage(msg); /讀取短信data=MessageAnalyze(msg-msg_data); /解析短信內容，獲取有效控制或查詢命令參數GSM_Command -phone_no= msg-phone_no;GSM_Command -dev_no=data0; /保存短信參數GSM_Command -dev_type=data1; GSM_Command -dev_class=data2;OSMboxPost(E_GSM_Mbox，GSM_Command); /發(fā)送短信消息郵箱，激活GSM任務 31 8.3.4 電話查詢控制任務l該任務負責有線電話線路的監(jiān)聽，將獲取的數據放入消息數組中。電話查詢控制是通過遠程電話根據監(jiān)控器提示音進行按鍵輸入控制或查詢命令來實現的。電話振鈴檢測與外部中斷0相關聯(lián)，如果出現打入電話，可采用在中斷服務程序中加入信號量事件來傳遞接入電話信號。 32 開始讀取外部中斷0發(fā)送的消息查詢控制語音提示查詢命令控制命令查詢設備狀態(tài) 發(fā)送設備狀態(tài)控制設備動作發(fā)送設備狀態(tài)輸入密碼驗證任務掛起無效有效掛機查詢設備選擇設備1設備2設備n控制設備選擇設備1設備2設備n判斷按鍵內容 33 l void Phone_Task(void *Id)l l char * password;l INT8U i;l INT8U j=1;l INT8U data3;l INT8U CmdType=0;l INT8U CmdClass =0;l INT8U DeviceNo=0; l INT8U DeviceStatus =0;l for(;)l l OSSemPend (E_PConnect_Sem , 0 , /等待外部中斷0發(fā)送電話接通信號量l ConnectPhone(); /摘機l for(;)l l PlayRecord(0,PasswordInstruction); /播放提示輸入密碼錄音l passwordi=OSMboxPend(E_PRead_MBox,0, /等待外部中斷1發(fā)送消息 l if(passwordi=#) l l strncpy(password,password,i) /密碼取i個符號有效l if(strcmp(password, PASSWORD)l i=0;l break; l else if(j2)l PlayRecord(0,PasswordReinput); /播放密碼重新輸入提示錄音l j+; l elsel PlayRecord(0,PasswordError); /播放提示輸入密碼錯誤l 34 l i+;l l if(!strcmp(password, PASSWORD)l l for(i=0;i3;i+)l PlayRecord(0,InputInstructioni); /播放提示錄音l /等待外部中斷1發(fā)送消息l l PlayRecord(0,WaitRecord); /播放等待錄音 l CmdType= data0; /從PSTN電路中讀取輸入按鍵值l CmdClass= data1;l DeviceNo= data2;l switch(CmdType)l l case 0: /查詢命令l DeviceStatus =DeviceCheck(DeviceNo);l break;l case 1: /控制命令 l DeviceStatus=DeviceControl(DeviceNo, CmdClass);l break;l l PlayRecord(DeviceNo, DeviceStatus);l l StopPhone(); /掛機l l 35 外部中斷0中斷服務程序負責監(jiān)聽電話和接通電話，通過信號量來通知任務電話接通信息。中斷服務程序如下:void ConnectPhone_ISR()rGPF=|0 x1;/設置端口GPF0，使繼電器K1導通，接通電話OSSemPost(E_PConnect_Sem); /發(fā)送信號量，激活電話任務void ReadPhone_ISR()unsigned char data;StopPlay(); /中斷錄音播放 data=DTMF_Read(); /讀取按鍵值 OSMboxPost(E_PRead_MBox， /發(fā)送按鍵消息，激活電話任務 36 8.3.5 其他函數說明1. 設備相關函數設備狀態(tài)查詢函數：unsigned char DeviceCheck(unsigned char deviceno)設備狀態(tài)控制函數：unsigned char DeviceControl(unsigned char deviceno, unsigned char cmdclass); 2. 短信相關函數短消息發(fā)送函數：void SendMessage(unsigned char *message)短消息讀取函數：void ReadMessage(void * msg)短消息解析函數unsigned char * MessageAnalyze(char *message) 37 3. 電話相關函數電話撥號函數：unsigned char CallPhone(unsigned char *PhoneNo)電話摘機函數：void ConnectPhone()電話掛機函數：void StopPhone()遠端按鍵讀函數：unsigned char DTMF_Read();4. 錄音相關函數播放錄音函數：void PlayRecord(unsigned char device_no, unsigned char record_no)停止放音函數：void StopPlay(void); 38 謝 謝 ！