基于綠色節(jié)能的理念，在智能家居模型中加入了蓄電池、太陽(yáng)能電池板、風(fēng)能發(fā)電機(jī)，以GD32 MCU為控制核心，設(shè)計(jì)了紅外檢測(cè)、人體檢測(cè)、光控LED、溫度監(jiān)測(cè)和電子鎖等功能，并可通過(guò)GSM短信進(jìn)行報(bào)警。

GD32F1 系列MCU產(chǎn)品是ARM架構(gòu)的Cortex-M3處理器，其主頻為108MHz。精簡(jiǎn)指令集架構(gòu)配上百兆主頻，提供了出色的運(yùn)算處理性能。為了給用戶更大的選擇空間，產(chǎn)品提供16KB到3072KB的FLASH容量，6KB到96KB的內(nèi)部SRAM，并有QFN36、LQFP48、LQFP64、LQFP100和LQFP144多種封裝選擇。系列產(chǎn)品在軟件和引腳封裝方面全兼容。

GD32F1 MCU供電電壓范圍為2.6V-3.6V，內(nèi)核的供電電壓為1.2V，I/O口可容許5V電平輸入，內(nèi)嵌2個(gè)看門(mén)狗(WDG)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)，在外部電池供電情況下，內(nèi)嵌日歷型高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)運(yùn)行時(shí)的待機(jī)電流僅為4.3uA，具有掉電復(fù)位(PDR)、上電復(fù)位(POR)及電壓監(jiān)測(cè)(LVD)功能。

GD32F1 MCU支持三相PWM互補(bǔ)輸出和死區(qū)管理功能的16位高級(jí)定時(shí)器可用于矢量控制，還擁有多達(dá)10個(gè)16位通用定時(shí)器、2個(gè)16位基本定時(shí)器、1個(gè)32位通用定時(shí)器和7通道DMA控制器，可用作主時(shí)鐘的8MHz內(nèi)置RC振蕩器出廠校準(zhǔn)精度為±1%。全面升級(jí)的模擬外設(shè)包括1個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)間為1us的16通道12位高速ADC、1個(gè)12位DAC、2個(gè)高速軌到軌輸入/輸出模擬電壓比較器和1個(gè)預(yù)校準(zhǔn)的溫度傳感器，可充分滿足多通道高速數(shù)據(jù)采集和控制要求。同時(shí)，產(chǎn)品線提供多種選擇，可配合不同設(shè)計(jì)者的需求選擇。

GD32系列MCU也配備了豐富的外設(shè)接口資源，主要包括1個(gè)全速USB2.0、5個(gè)USART、3個(gè)SPI、2個(gè)快速I2C、1個(gè)I2S，針對(duì)家庭多媒體設(shè)備新增了支持HDMI接口的消費(fèi)電子控制(CEC)總線硬件電路，還針對(duì)按鍵、滑動(dòng)等觸控應(yīng)用集成了觸摸感測(cè)接口(TSI)，最多可同時(shí)連接18個(gè)外部電極。多達(dá)80%的可用GPIO具有多種可選功能，還支持端口重映射，極佳的靈活性和易用性滿足多種應(yīng)用需求。圖一為部分GD32MCU產(chǎn)品對(duì)比，GD32F1 MCU家族擁有GD32F103主流型、GD32F101基本型、GD32F105和GD32F107互聯(lián)型、GD32F130和GD32F150超值型、GD32F170和GD32F150 5V寬電壓超值型等8個(gè)系列，8種封裝，124個(gè)產(chǎn)品型號(hào)。完整產(chǎn)品線可關(guān)注官方網(wǎng)站：http://www.GD32MCU.com。

綠色智能家居的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

智能家居的潮流已不斷地席卷全球，各國(guó)科技巨頭都在這個(gè)領(lǐng)域探索自己的一席之地，本文采用雪糕棒筑造了智能家居的模型，基于綠色節(jié)能的理念，為了更多地利用可再生資源，在智能家居模型中加入了蓄電池、太陽(yáng)能電池板、風(fēng)能發(fā)電機(jī)，希望將來(lái)某一天家庭停電時(shí)，收集的能量、儲(chǔ)備的能源可以解決燃眉之急。

智能家居模型硬件組成

綠色智能家居模型硬件主要包括GD32MCU、GSM模塊、TFT觸控彩屏、4*4按鍵、紅外檢測(cè)裝置、人體檢測(cè)裝置和光控?zé)舻?，硬件組成框圖如圖1所示。

主控芯片 - GD32 MCU

本文采用的GD32 MCU，型號(hào)為GD32F103VKT6，該芯片具有3072KB的FLASH、96KB的SRAM、10個(gè)基本通用定時(shí)器、2個(gè)高級(jí)定時(shí)器、2個(gè)基本定時(shí)器、5個(gè)UART、3個(gè)12位16個(gè)通道ADC、2個(gè)12為DAC、以及看門(mén)狗(WDG)、內(nèi)部時(shí)鐘(RTC)、I2C、SPI、CAN2.0、USB2.0等豐富資源。

GSM模塊

GSM主要用于短信報(bào)警，該型號(hào)為SIM300，利用GD32MCU的UART與該模塊進(jìn)行通信，通過(guò)發(fā)送AT指令可以在主人家里遇到狀況時(shí)以短信形式告知主人。

TFT觸控彩屏

采用320*240分辨率2.8寸TFT電阻屏，利用GD32外部存儲(chǔ)控制器(EXMC)總線直接驅(qū)動(dòng)TFT數(shù)字彩屏。這種方案對(duì)相應(yīng)的寄存器進(jìn)行配置后就可以自動(dòng)向TFT數(shù)字彩屏發(fā)送數(shù)據(jù)，無(wú)需CPU參與，讓CPU有足夠時(shí)間來(lái)處理其他程序。

輸入控制

采用了4*4按鍵和彩屏觸摸輸入控制，可選擇任意一種方式進(jìn)行各項(xiàng)操作，例如，鎖屏、鎖定系統(tǒng)、修改報(bào)警溫度、修改時(shí)間、修改密碼、修改通知手機(jī)號(hào)、關(guān)閉各種報(bào)警開(kāi)關(guān)等。采用GD32MCU進(jìn)行這些復(fù)雜的操作編寫(xiě)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、順暢、進(jìn)行仿真調(diào)試方便。

光控LED

采用GD32 MCU的內(nèi)部ADC采集光敏電阻電壓，從而實(shí)現(xiàn)LED白天自動(dòng)關(guān)、晚上自動(dòng)開(kāi)啟的功能。

紅外檢測(cè)

紅外檢測(cè)裝置由發(fā)射管和接受管構(gòu)成，接受管是個(gè)具有光敏特征的PN結(jié)，通過(guò)LM393比較器后可以得到供MCU識(shí)別的IO電平，需要注意的一點(diǎn)是，比較器輸出結(jié)構(gòu)一般是集電極開(kāi)漏(OC)，需要注意到GD32MCU的IO口可以配置多種模式，例如輸入口有上拉輸入、下拉輸入，輸出口有推挽輸出、開(kāi)漏輸出。

其他模塊

該家居模型還安裝了DS18B20溫度傳感器、人體熱釋電紅外傳感器和采用內(nèi)部PWM驅(qū)動(dòng)的報(bào)警蜂鳴器，由于篇幅有限，故不贅述。

智能家居模型軟件構(gòu)架

軟件架構(gòu)如圖2所示，程序初始化后進(jìn)入主循環(huán)，初始化主要包括了系統(tǒng)時(shí)鐘、溫度傳感器、FLASH存儲(chǔ)器、圖形界面、蜂鳴器、報(bào)警和定時(shí)器的中斷初始化。主循環(huán)的主要任務(wù)是控制顯示屏背光、顯示屏界面元素的刷新、按鍵的處理等。其中按鍵處理子程序有多個(gè)，根據(jù)程序所處的不同狀態(tài)，會(huì)動(dòng)態(tài)掛載不同的子程序。定時(shí)器3負(fù)責(zé)三個(gè)任務(wù)，其中按鍵掃描的頻率比較高，通過(guò)隊(duì)列方式傳遞鍵盤(pán)數(shù)據(jù);門(mén)禁的定時(shí)用于產(chǎn)生自動(dòng)關(guān)門(mén)信號(hào);每隔一段時(shí)間檢測(cè)一次溫度。定時(shí)器6負(fù)責(zé)門(mén)禁檢測(cè)，通過(guò)紅隊(duì)對(duì)管對(duì)進(jìn)出門(mén)進(jìn)行掃描，同時(shí)也提供震蕩頻率驅(qū)動(dòng)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。所有定時(shí)器管理的任務(wù)都只實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，通過(guò)消息的方式傳遞檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，主循環(huán)的任務(wù)根據(jù)共享內(nèi)存中的數(shù)據(jù)完成相應(yīng)任務(wù)。

智能家居模型實(shí)現(xiàn)的功能

在智能家居模型中充分利用了GD32 MCU的內(nèi)部資源和相應(yīng)功能，模擬了智能家居的場(chǎng)景，系統(tǒng)啟動(dòng)后，采用菜單操作，可設(shè)置密碼、修改預(yù)存手機(jī)號(hào)碼、修改異常溫度值，還可通過(guò)短信方式獲取系統(tǒng)密碼，具有太陽(yáng)能發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電功能，通過(guò)紅外方式檢測(cè)進(jìn)出門(mén)，利用熱釋電紅外傳感器檢測(cè)非法入侵，可將火災(zāi)和非法入侵等信息利用短信進(jìn)行報(bào)警，還實(shí)現(xiàn)了溫度檢測(cè)和電子鎖等功能，在后續(xù)工作中將增加手機(jī)APP客戶端控制功能。

應(yīng)用前景

該MCU產(chǎn)品主要面向工業(yè)控制和消費(fèi)類(lèi)嵌入式應(yīng)用，如圖5所示，GD32 MCU適用于工業(yè)自動(dòng)化、人機(jī)界面、電機(jī)控制、安防監(jiān)控、智能家居家電及物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。在《電子產(chǎn)品世界》雜志舉辦的“年度電子產(chǎn)品世界編輯推薦獎(jiǎng)”評(píng)選中，兆易創(chuàng)新 GigaDevice GD32 系列Cortex-M3內(nèi)核微控制器系列產(chǎn)品獲得“最佳本土芯片”大獎(jiǎng)。在工業(yè)4.0和相信GD32 系列MCU將得到更廣泛的應(yīng)用!