部隊(duì)手機(jī)智能管理平臺(tái)研制

周澤湘，區(qū)志江，馮培龍，周世虎，高攀

（1.廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系，廣東韶關(guān)，512126；2.某部隊(duì)）

1 平臺(tái)工作原理

本系統(tǒng)采用AVR單片機(jī)作MCU，通過(guò)激光掃描槍對(duì)貼于官兵手機(jī)背面的二維碼進(jìn)行掃描，自動(dòng)識(shí)別官兵及手機(jī)信息完成身份認(rèn)證，并對(duì)不合法用戶做出報(bào)警。使用矩陣光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)對(duì)所有入庫(kù)手機(jī)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并實(shí)時(shí)保存手機(jī)出入庫(kù)記錄。通過(guò)矩陣鍵盤(pán)完成手機(jī)出入庫(kù)作息時(shí)間、官兵請(qǐng)假/銷假，手機(jī)出入庫(kù)記錄查詢等功能設(shè)定。使用矩陣雙色LED指示手機(jī)出入庫(kù)狀態(tài)（藍(lán)色正常、紅色報(bào)警）。使用數(shù)碼管及液晶屏共同完成官兵信息、記錄查詢、時(shí)鐘顯示、報(bào)警顯示等。

2 平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

平臺(tái)結(jié)構(gòu)方框圖如圖1所示。本系統(tǒng)的硬件包括：AVR單片機(jī)、二維碼掃描電路、矩陣鍵盤(pán)人機(jī)對(duì)話電路、光電傳感器矩陣檢測(cè)電路、RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、手機(jī)出入庫(kù)記錄保存電路、LCD液晶/數(shù)碼管顯示電路、蜂鳴器報(bào)警電路，LED矩陣警示電路等。

2.1.1 主控器的選型

本平臺(tái)選擇ATmega32作為主控器[1]。其特點(diǎn)如下：32K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash（具有同時(shí)讀寫(xiě)的能力，即RWW）,512字節(jié)EEPROM,1K字節(jié)SRAM，32個(gè)通用I/O口線，32個(gè)通用工作寄存器，三個(gè)具有比較模式的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（T/C）,片內(nèi)/外中斷，可編程增益串行USART，具有多鐘省電休眠模式，且可寬電壓運(yùn)行（2.7-5.5V），抗干擾能力強(qiáng)。基于以上優(yōu)點(diǎn)可滿足本平臺(tái)的主控要求。

圖1 平臺(tái)硬件系統(tǒng)方框圖

2.1.2 RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)

本平臺(tái)實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)選擇DS1302[2]是美國(guó)Dallas公司生產(chǎn)的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。該芯片采用3線SPI串行接口方式，可提供年、月、日、星期、時(shí)、分、秒等時(shí)間信息，并可根據(jù)月份和閏年的情況自動(dòng)調(diào)整月份結(jié)束的時(shí)間，用戶可以根據(jù)需要采用24小時(shí)或12小時(shí)格式。DS1302內(nèi)部帶有31字節(jié)RAM，用于臨時(shí)存放數(shù)據(jù)，具有可以編程涓細(xì)電流充電能力，從而使外圍硬件電路設(shè)計(jì)得到大大簡(jiǎn)化。DS1302時(shí)鐘電路圖如圖2所示。通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)手機(jī)出入時(shí)由ATmega32向DS1302時(shí)鐘讀取“時(shí)間”信息，并將其在顯示電路中顯示；在存儲(chǔ)電路中保存時(shí)間信息。

圖2 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路

2.1.3 存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本平臺(tái)存儲(chǔ)容量需求：平臺(tái)保存72工位一星期所有手機(jī)的出入庫(kù)記錄。通過(guò)容量精準(zhǔn)計(jì)算，選擇AT24C256為手機(jī)出入庫(kù)信息記錄芯片。它是ATMEL公司256kbit串行電可擦的可編程只讀存儲(chǔ)器，具有結(jié)構(gòu)緊湊、存儲(chǔ)容量大等特點(diǎn)，可以在2線總線上并接4片該IC，特別適用于具有高容量數(shù)據(jù)儲(chǔ)存要求的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。ATC24C256存儲(chǔ)電路圖如圖3所示。通過(guò)硬件電路與單片機(jī)的對(duì)接，通過(guò)編程，實(shí)現(xiàn)了ATmega32向ATC24C256存儲(chǔ)手機(jī)出入庫(kù)信息與查詢雙向通信功能。

圖3 TC24C256存儲(chǔ)電路圖

2.1.4 顯示電路設(shè)計(jì)

本平臺(tái)設(shè)計(jì)采用了6位數(shù)碼管與中文液晶顯示屏共同顯示平臺(tái)相關(guān)信息，12864LCD[3]液晶顯示屏，其顯示分辨率為128×64, 內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。可以顯示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字。為減少液晶顯示屏對(duì)ATmega32I/O口的消耗，液晶顯示屏數(shù)據(jù)通信采用串行通信方式。液晶顯示電路圖如圖4所示。

圖4 12864LCD液晶顯示電路

2.1.5 二維修碼掃描接口電路設(shè)計(jì)

本平臺(tái)具有二維碼識(shí)別手機(jī)主人身份信息功能。ATmega32單片機(jī)自身帶有串行USART通信I/O端口。這里合理利用，在硬件設(shè)計(jì)上只需加RS-232串口電平轉(zhuǎn)換芯片，既可與商用二維碼掃描槍完成硬件對(duì)接。通過(guò)軟件編程，平臺(tái)通過(guò)二維碼掃描槍對(duì)官兵及手機(jī)的信息進(jìn)行正確的識(shí)別。在軟件的控制下結(jié)合時(shí)鐘電路，存儲(chǔ)電路，顯示電路完成手機(jī)出入庫(kù)信息記錄、查詢、顯示。二維修碼掃描接口電路如圖5所示。

圖5 二維修碼掃描接口電路

2.1.6 光電傳感器矩陣檢測(cè)電路

本平臺(tái)選擇ATmega32作為主控器，它只32個(gè)通用I/O口，無(wú)法滿足本平臺(tái)外接72個(gè)光電傳感器I/O接口之需。本平臺(tái)選用74HC595與CD4051芯片設(shè)計(jì)傳感器硬件接口擴(kuò)展電路，通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)ATmega32對(duì)74HC595與CD4051有效

控制，可靠解決了72個(gè)光電傳感器擴(kuò)接的術(shù)難題。矩陣檢測(cè)硬件接口電路如圖7所示。通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)了該硬件電路與單片機(jī)的對(duì)接，實(shí)現(xiàn)了手機(jī)庫(kù)狀態(tài)檢測(cè)、出入記錄保存功能。

2.1.7 LED矩陣雙色報(bào)警指示電路

本平臺(tái)共需要72個(gè)雙色LED燈用于警示，僅雙色LED燈就需要消耗ATmega32單片機(jī)144個(gè)I/O引腳，且同時(shí)要實(shí)現(xiàn)高阻態(tài)功能（關(guān)閉雙色LED燈），顯然ATmega32單片機(jī)無(wú)法直接滿足本平臺(tái)外接72個(gè)雙色LED燈組成的報(bào)警指示電路接口之需。本系統(tǒng)選用74HC595與74F533芯片設(shè)計(jì)雙色LED燈單片機(jī)接口硬件電路，通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)ATmega32對(duì)74HC595與74F533有效控制，可靠解決了72個(gè)雙色LED燈高阻三態(tài)顯示的術(shù)難題。LED矩陣雙色報(bào)警指示電路硬件電路如圖7所示。通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)了該硬件電路與單片機(jī)的對(duì)接，實(shí)現(xiàn)了三態(tài)雙色報(bào)警功能。

圖6 一組光電傳感器矩陣檢測(cè)電路（可擴(kuò)展8路I/O接口）

3 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)部隊(duì)急需手機(jī)軍事化智能管理平臺(tái)之需。研制了基于AVR部隊(duì)手機(jī)軍事化智能管理平臺(tái)。研制的產(chǎn)品已在某部隊(duì)得到了實(shí)際運(yùn)用。目前平臺(tái)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行可靠。解決的技術(shù)難題有：AVR單片機(jī)I/O端口巨數(shù)量的擴(kuò)展問(wèn)題；市售掃描槍與AVR單片機(jī)接口問(wèn)題；手機(jī)身份信息二維碼識(shí)別技術(shù)應(yīng)用。本文技術(shù)可擴(kuò)展運(yùn)用到物品智能管理與盤(pán)點(diǎn)等其它物品需要智能管理的應(yīng)用領(lǐng)域。

圖7 一組LED矩陣雙色報(bào)警指示電路（可擴(kuò)展8路I/O接口）