基于GD32 MCU的綠色智能家居

摘要：基于綠色節能的理念，在智能家居模型中加入了蓄電池、太陽能電池板、風能發電機，以CJD32 MCU為控制核心，設計了紅外檢測、人體檢測、光控LED、溫度監測和電子鎖等功能，并可通過GSM短信進行報警。本文網絡版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/273274.htm關鍵詞：綠色節能、智能家居、CJD32 MCUDOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2015.4.015

1GD32MCU簡介

GD32MCU系列產品是ARM架構的Cortex-M3處理器，其主頻為108MHz。精簡指令集架構配上百兆主頻，提供了出色的運算處理性能。為了給用戶更大的選擇空間，產品提供16KB到3072KB的FLASH容量，6KB到96KB的內部SRAM，并有QFN36、TQFP48、LQFP64、LQFP100和LQFP144多種封裝選擇。系列產品在軟件和引腳封裝方面全兼容。

GD32MCU供電電壓范圍為2.6V-3.6V，內核的供電電壓為1.2V，I/O口可容許SV電平輸入，內嵌2個看門狗（WDG）和實時時鐘（RTC），在外部電池供電情況下，內嵌日歷型高精度實時時鐘（RTC）運行時的待機電流僅為

4.3 uA，具有掉電復位（PDR）、上電復位（POR）及電壓監測（LVD）功能。

GD32MCU支持三相PWM互補輸出和死區管理功能的16位高級定時器可用于矢量控制，還擁有多達10個16位通用定時器、2個16位基本定時器、1個32位通用定時器和7通道DMA控制器，可用作主時鐘的8MHz內置RC振蕩器出廠校準精度為±1%。全面升級的模擬外設包括1個轉換時間為lus的16通道12位高速ADC、1個12位DAC、2個高速軌到軌輸入/輸出模擬電壓比較器和1個預校準的溫度傳感器，可充分滿足多通道高速數據采集和控制要求。同時，產品線提供多種選擇，可配合不同設計者的需求選擇。

GD32系列MCU也配備了豐富的外設接口資源，主要包括1個全速USB2.0、5個USART、3個SPI、2個快速I2C、1個I2S，針對家庭多媒體設備新增了支持HDMI接口的消費電子控制（CEC）總線硬件電路，還針對按鍵、滑動等觸控應用集成了觸摸感測接口（TSI），最多可同時連接18個外部電極。多達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用需求。圖一為部分GD32MCU產品對比，GD32 MCU家族擁有GD32F103主流型、GD32F101基本型、GD32F105和GD32F107互聯型、GD32F130和GD32F150超值型等6大系列，8種封裝，124個產品型號。完整產品線請關注官方網站：http：//www.gigadevice.com/product-category/l.html？locale=zh_CN。

2 GD32MCU的使用流程

使用前首先要先獲得官方GD32MCU的官方技術支持資料。

第一，以keil MDK環境為例，解壓GD32FlOxxx KeilIDE Config.rar壓縮文件。

第二，將編程算法文件FLMfile拷貝到MDK的安裝路徑“＼Keil＼ARM＼Flash”文件夾下面。

第三，由于GD提供的MDK補丁中只提供了Flash編程算法，沒有提供器件選型補丁，所以當前還不能在MDK中選擇到GD的對應型號，客戶使用過程中可采用ST的對應型號來過渡一下，GD后續會推出更完善的補丁。IAR環境也會有相應的IDE配置說明，具體可以參看官方提供的資料進行配置。更多使用注意事項也能在技術資料中自行查看。

3 綠色智能家居的設計與實現

智能家居的潮流已不斷地席卷全球，各國科技巨頭都在這個領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、太陽能電池板、風能發電機，希望將來某一天家庭停電時，收集的能量、儲備的能源可以解決燃眉之急。

3.1 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、紅外檢測裝置、人體檢測裝置和光控燈等，硬件組成框圖如圖l所示。

3.1.1 主控芯片-GD32MCU

本文采用的GD32MCU，型號為GD32F103VKT6，該芯片具有3072KB的FLASH、96KB的SRAM、10個基本通用定時器、2個高級定時器、2個基本定時器、5個UART、3個12位16個通道ADC、2個12為DAC、以及看門狗（WDG）、內部時鐘（RTC）、I2C、SPI、CAN2.0、USB2.0等豐富資源。

3.1.2 GSM模塊

GSM主要用于短信報警，該型號為SIM300.利用GD32MCU的UART與該模塊進行通信，通過發送AT指令可以在主人家里遇到狀況時以短信形式告知主人。

3.1.3 TFT觸控彩屏

采用320*240分辨率2.8寸TFT電阻屏，利用GD32外部存儲控制器（EXMC）總線直接驅動TFT數字彩屏。這種方案對相應的寄存器進行配置后就可以自動向TFT數字彩屏發送數據，無需CPU參與，讓CPU有足夠時間來處理其他程序。

3.1.4 輸入控制

采用4*4按鍵和彩屏觸摸輸入控制，可選擇任意一種方式進行各項操作，例如，鎖屏、鎖定系統、修改報警溫度、修改時間、修改密碼、修改通知手機號、關閉各種報警開關等。采用GD32MCU進行這些復雜的操作編寫系統運行穩定、順暢、進行仿真調試方便。

3.1.5 光控LED

采用GD32MCU的內部ADC采集光敏電阻電壓，從而實現LED白天自動關、晚上自動開啟的功能。

3.1.6 紅外檢測

紅外檢測裝置由發射管和接受管構成，接受管是個具有光敏特征的PN結，通過LM393比較器后可以得到供MCU識別的IO電平，需要注意的一點是，比較器輸出結構一般是集電極開漏（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、開漏輸出。

3.1.7 其他模塊

該家屆模型還安裝了DS18820溫度傳感器、人體熱釋電紅外傳感器和采用內部PWM驅動的報警蜂鳴器，由于篇幅有限，故不贅述。

3.2 智能家居模型軟件構架

軟件架構如圖2所示，程序初始化后進入主循環，初始化主要包括了系統時鐘、溫度傳感器、FLASH存儲器、圖形界面、蜂鳴器、報警和定時器的中斷初始化。主循環的主要任務是控制顯示屏背光、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，根據程序所處的不同狀態，會動態掛載不同的子程序。定時器3負責三個任務，其中按鍵掃描的頻率比較高，通過隊列方式傳遞鍵盤數據：門禁的定時用于產生自動關門信號：每隔一段時間檢測一次溫度。定時器6負責門禁檢測，通過紅隊對管對進出門進行掃描，同時也提供震蕩頻率驅動蜂鳴器進行報警。所有定時器管理的任務都只實現檢測，通過消息的方式傳遞檢測到的數據，主循環的任務根據共享內存中的數據完成相應任務。

4 智能家居模型實現的功能

在智能家居模型中充分利用了GD32 MCU的內部資源和相應功能，模擬了智能家居的場景，系統啟動后，采用菜單操作，可設置密碼、修改預存手機號碼、修改異常溫度值，還可通過短信方式獲取系統密碼，具有太陽能發電和風能發電功能，通過紅外方式檢測進出門，利用熱釋電紅外傳感器檢測非法入侵，可將火災和非法入侵等信息利用短信進行報警，還實現了溫度檢測和電子鎖等功能，在后續工作中將增加手機APP客戶端控制功能。

5 GD32 MCU應用前景

該MCU產品主要面向工業和消費類嵌入式應用，如圖5所示，GD32MCU適用于工業自動化、人機界面、電機控制、安防監控、智能家居家電及物聯網等領域。

中國的IC行業在全球中一直處于落后的地位、很多電子產品的核心IC都來源于國外半導體廠商。2014年12月12日，在《電子產品世界》雜志舉辦的“2014年度電子產品世界編輯推薦獎”評選中，兆易創新GigaDeviceGD32系列Cortex-M3內核微控制器系列產品獲得“最佳本土芯片”大獎。相信在不遠的將來，GD32系列MCU將得到更廣泛的應用！