摘要: 目前，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般都是基于51單片機(jī)的解決方案。本文采用深圳華禹工控二次開(kāi)發(fā)的MTK6225手機(jī)模塊作為手持式遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的硬件解決方案,將從零搭建的傳統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方式變?yōu)樵谙到y(tǒng)架構(gòu)上增減的編寫(xiě)方式，從而大大提高了產(chǎn)品的可靠性,縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期。
引言
自20世紀(jì)初水、電、氣引入計(jì)量表以來(lái)，人工抄表方式一直是最傳統(tǒng)的方式。這種后付費(fèi)的工作方式的缺點(diǎn)是工作量大,常常因收不到費(fèi)造成燃?xì)饨?jīng)營(yíng)企業(yè)的巨大經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，我國(guó)燃?xì)庑袠I(yè)開(kāi)始推廣使用IC卡預(yù)付費(fèi)燃?xì)獗�，從而有效解決了抄表入戶和收費(fèi)難的問(wèn)題。但是隨著燃?xì)庑袠I(yè)的發(fā)展，管理日益精細(xì)化，單純的IC卡預(yù)收費(fèi)方式無(wú)法有效解決氣量實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)問(wèn)題，不能給運(yùn)行調(diào)度、財(cái)務(wù)核算帶來(lái)更多的幫助。近年來(lái)，無(wú)線遠(yuǎn)程抄表技術(shù)開(kāi)始在國(guó)內(nèi)逐步普及，其成本低、攜帶方便的特點(diǎn)特別適合燃?xì)獗硇袠I(yè)的應(yīng)用。
1 傳統(tǒng)無(wú)線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理
傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)涉及到硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)過(guò)程。一般來(lái)說(shuō)先考慮硬件設(shè)計(jì)方案，確定采用什么樣的控制方式（針對(duì)手持方式的設(shè)備還要考慮設(shè)備因電池供電而面臨的功耗問(wèn)題），然后才考慮采用什么樣的軟件設(shè)計(jì)。因此，不但在硬件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)花費(fèi)了大量的精力和時(shí)間，而且所設(shè)計(jì)出來(lái)的方案是否滿足實(shí)際需要還需經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)際測(cè)試和完善，才能最后定型和投入批量生產(chǎn)，無(wú)法滿足實(shí)際工程應(yīng)用中對(duì)產(chǎn)品周期的限制。充分考慮到穩(wěn)定性和產(chǎn)品供貨周期的特點(diǎn)，本文采用深圳華禹工控二次開(kāi)發(fā)的MTK6225手機(jī)平臺(tái)來(lái)作為手持式無(wú)線遠(yuǎn)程抄表的硬件解決方案。
2 本方案設(shè)計(jì)思想
傳統(tǒng)的手機(jī)應(yīng)用一般多為通話、短信和多媒體應(yīng)用，而在嵌入式行業(yè)幾乎沒(méi)有它的身影。
究其原因還是手機(jī)技術(shù)一直被手機(jī)公司所壟斷，由于手機(jī)系統(tǒng)本身的不開(kāi)放性，使得它的行業(yè)應(yīng)用也很難被了解，比如手機(jī)系統(tǒng)如何將更多的I/O口引出以適應(yīng)DIY的需要。本文以MTK6225手機(jī)平臺(tái)為例說(shuō)明。
MTK6225是臺(tái)灣聯(lián)發(fā)科技有限公司推出的一款具有高集成度的手機(jī)應(yīng)用多媒體芯片（具體結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)本刊網(wǎng)站www.mesnet.com.cn——編者注）。它具有如下功能：
◆ 采用了104 MHz的 ARM7 高速CPU；
◆ 支持1.8～3.2 inch彩色LCD;
◆ 支持手寫(xiě)觸摸、漢字識(shí)別;
◆ 支持多媒體功能，如MP3、MP4、攝像頭、和弦鈴音；
◆ 支持GPRS、GSM、SMS等；
◆ 支持JAVA。
作為一個(gè)完整的多媒體手機(jī)，MTK6225在電池的功耗管理上也異常出色，但以它目前的特點(diǎn)也僅是作為普通手機(jī)應(yīng)用，而作為控制領(lǐng)域的移動(dòng)應(yīng)用似乎是不現(xiàn)實(shí)的事情。
深圳華禹工控在充分消化了MTK6225平臺(tái)的相關(guān)資源后，推出了面向控制領(lǐng)域行業(yè)應(yīng)用的基于MTK6225芯片解決方案的旋風(fēng)001手機(jī)通用開(kāi)發(fā)模塊。除了原來(lái)所具備的通信和多媒體功能外，它的最大特點(diǎn)是：
① 將MTK6225芯片所有可外部使用的128個(gè)I/O引腳外部擴(kuò)展供使用，這其中包括GPIO、串口、并口、USB口、LCM屏接口、電源、開(kāi)關(guān)機(jī)口等；
② 推出了基于J2ME的JAVA硬件控制，通過(guò)JAVA編程實(shí)現(xiàn)對(duì)I/O口的控制，并提供了豐富的應(yīng)用實(shí)例。
采用該MTK6225開(kāi)發(fā)模塊的目的就是要縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，同時(shí)保證硬件解決方案的穩(wěn)定可靠。作為已經(jīng)量產(chǎn)4年多，手機(jī)出貨量以億來(lái)計(jì)算的MTK6225平臺(tái)方案，其硬件可靠性和低功耗性能已經(jīng)不容質(zhì)疑；同時(shí)，它的ARM7內(nèi)核的處理速度已經(jīng)完全滿足遠(yuǎn)程無(wú)線抄表管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要。MTK6225開(kāi)發(fā)平臺(tái)作為移動(dòng)終端解決方案中最關(guān)鍵的硬件設(shè)計(jì)方案，使得我們可以把精力完全投入到軟件的應(yīng)用設(shè)計(jì)中。
3 遠(yuǎn)程抄表管理系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)
手持式抄表管理系統(tǒng)分成兩部分:具有RF功能的IC卡智能燃?xì)獗�，以及同時(shí)帶有RF功能的基于MTK6225的手持式遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。本文主要介紹手持式遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
3.1 硬件設(shè)計(jì)方案
基于MTK6225手機(jī)方案的手持式遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)由前后臺(tái)兩個(gè)部分組成,其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
圖1 手持式遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
3.1.1 RF前臺(tái)數(shù)據(jù)采集模塊
RF前臺(tái)數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)UART串口通信接受后臺(tái)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的控制，完成對(duì)遠(yuǎn)程RF燃?xì)獗頂?shù)據(jù)采集，并回傳給后臺(tái)系統(tǒng)處理。該模塊由兩部分組成：
① RF無(wú)線通信模塊。采用TI公司的超低功耗、1 GHz范圍內(nèi)的RF收發(fā)器CC1100CH，通過(guò)SPI接口與MCU通信。它具有超低功耗和無(wú)線喚醒功能，可滿足移動(dòng)終端對(duì)功耗的要求。
② MCU處理部分。該部分是數(shù)據(jù)采集部分的控制部分，采用了STC89LE516RD+處理器。該處理器最大的特點(diǎn)是，低電壓（3 V），低電流（正常工作模式為4～7 mA），通過(guò)UART串口與MTK6225后臺(tái)處理系統(tǒng)通信，并接收和回傳相關(guān)數(shù)據(jù)。
RF前臺(tái)數(shù)據(jù)采集模塊采用了背板的方式通過(guò)128引腳的插針與MTK6225后臺(tái)處理系統(tǒng)無(wú)縫集成，只要對(duì)后臺(tái)系統(tǒng)的操作界面進(jìn)行操作即可實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)的數(shù)據(jù)采集，無(wú)需人工干預(yù)。
3.1.2 MTK6225手機(jī)后臺(tái)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)
該系統(tǒng)是手持式遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的核心，它采用了深圳華禹工控的旋風(fēng)001手機(jī)通用開(kāi)發(fā)模塊。除了普通手機(jī)的所有基本功能外，它將MTK6225的所有可控I/O引腳（共計(jì)128個(gè)）以插針的方式全部引出，供二次開(kāi)發(fā)使用；同時(shí)，重新以JAVA形式修改了對(duì)I/O口控制的底層驅(qū)動(dòng)，并可為J2ME應(yīng)用程序調(diào)用，實(shí)際上已經(jīng)成為了一個(gè)可二次開(kāi)發(fā)的移動(dòng)控制終端。
3.2 軟件設(shè)計(jì)方案
該系統(tǒng)的軟件主要功能就是采用手持式遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)對(duì)RF智能燃?xì)獗淼挠脷饬康葦?shù)據(jù)進(jìn)行采集，并送到相關(guān)燃?xì)夤芾硐到y(tǒng)，為氣量的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)和合理調(diào)度提供決策依據(jù)。
由于MTK6225手機(jī)模塊可以采用C++或者JAVA語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)管理軟件的編寫(xiě)，但C++編程需要轉(zhuǎn)成BIN文件固化到手機(jī)中，這實(shí)際上修改了手機(jī)的軟件結(jié)構(gòu)。為此，推薦使用JAVA語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)對(duì)管理軟件的編寫(xiě)。由于JAVA語(yǔ)言是跨平臺(tái)的，只要安裝了JAVA虛擬機(jī)即可運(yùn)行。本軟件設(shè)計(jì)在JAVA處理上用了下列幾個(gè)包：
① COM.MTK包。針對(duì)無(wú)法完全采用JAVA編寫(xiě)程序,需采用諸如C或C++編寫(xiě)的情況,華禹工控采用了JNI方式編寫(xiě),例如COM.MTK包中的Gpio.java控制GPIO的方法。通過(guò)對(duì)該類中接口函數(shù)的調(diào)用，可實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件 GPIO 的控制。
② Com.huayu.gpio包。該包中的GpioPort.java 定義了華禹工控手持設(shè)備的 GPIO 控制引腳編號(hào)。
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;
③ com.demo.control包。GUIController.java 是界面控制的類。
④ com.demo.view包。所有界面顯示的類都在該包中。
⑤ com.demo.comm包。該包中的CommonResource.java是公共資源類。
⑥ com.huayu.studyRfid.midlet包。StudyRfidDemoMidelet.java為MIDLet類。
該管理系統(tǒng)的操作界面如圖2所示。
圖2 抄表系統(tǒng)操作界面
本軟件的數(shù)據(jù)采集方案就是根據(jù)設(shè)置RF燃?xì)獗硇蛱?hào)和采集總數(shù)量，從小到大依次自動(dòng)采集。如果被采集的燃?xì)獗頉](méi)有應(yīng)答，則會(huì)在所有的燃?xì)獗矶疾杉槐楹�，自�?dòng)對(duì)沒(méi)有應(yīng)答的燃?xì)獗磉M(jìn)行第二輪采集。一般可以人工設(shè)置采集次數(shù)，若在采集次數(shù)內(nèi)還沒(méi)有應(yīng)答，則報(bào)錯(cuò)誤處理，需要人工處理。軟件程序流程如圖3所示。
圖3 軟件程序流程
結(jié)語(yǔ)
采用MTK6225手機(jī)開(kāi)發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)手持式遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，充分利用了手機(jī)終端的高可靠性、電源管理的智能性，使得產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期大為縮短，可靠性大為增強(qiáng)。這實(shí)際上顛覆了傳統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)方式，只需要在手機(jī)系統(tǒng)的架構(gòu)上做調(diào)整，使得用戶可以專心考慮軟件的設(shè)計(jì)而不必?fù)?dān)心硬件的可行性。隨著無(wú)線應(yīng)用的普及和手機(jī)解決方案的公開(kāi)，將會(huì)有越來(lái)越多的行業(yè)無(wú)線應(yīng)用采用手機(jī)平臺(tái)的硬件解決方案。
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劉洪林 (高級(jí)工程師)，研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)通信、嵌入式應(yīng)用；張保忠（高級(jí)工程師），研究方向?yàn)殡娮泳�路、嵌入式應(yīng)用；劉堂宇（助教），研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)控制。
