基于綠色節能(néng)的理念，在智能(néng)家居模型中加入了蓄電池、太陽能(néng)電池闆、風能(néng)發(fā)電機，以GD32 MCU爲控制核心，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(néng)，并可通過(guò)GSM短信進(jìn)行報警。
關于GD32 MCU：
GD32F1 系列MCU産品是ARM架構的Cortex-M3處理器，其主頻爲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(néng)。爲了給用戶更大的選擇空間，産品提供16KB到3072KB的FLASH容量，6KB到96KB的内部SRAM，并有QFN36、LQFP48、LQFP64、LQFP100和LQFP144多種(zhǒng)封裝選擇。系列産品在軟件和引腳封裝方面(miàn)全兼容。
GD32F1 MCU供電電壓範圍爲2.6V-3.6V，内核的供電電壓爲1.2V，I/O口可容許5V電平輸入，内嵌2個看門狗(WDG)和實時時鍾(RTC)，在外部電池供電情況下，内嵌日曆型高精度實時時鍾(RTC)運行時的待機電流僅爲4.3uA，具有掉電複位(PDR)、上電複位(POR)及電壓監測(LVD)功能(néng)。
GD32F1 MCU支持三相PWM互補輸出和死區管理功能(néng)的16位高級定時器可用于矢量控制，還(hái)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(dào)DMA控制器，可用作主時鍾的8MHz内置RC振蕩器出廠校準精度爲±1%。全面(miàn)升級的模拟外設包括1個轉換時間爲1us的16通道(dào)12位高速ADC、1個12位DAC、2個高速軌到軌輸入/輸出模拟電壓比較器和1個預校準的溫度傳感器，可充分滿足多通道(dào)高速數據采集和控制要求。同時，産品線提供多種(zhǒng)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(duì)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(hái)針對(duì)按鍵、滑動等觸控應用集成(chéng)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(zhǒng)可選功能(néng)，還(hái)支持端口重映射，極佳的靈活性和易用性滿足多種(zhǒng)應用需求。圖一爲部分GD32MCU産品對(duì)比，GD32F1 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、GD32F170和GD32F150 5V寬電壓超值型等8個系列，8種(zhǒng)封裝，124個産品型号。
綠色智能(néng)家居的設計與實現
智能(néng)家居的潮流已不斷地席卷全球，各國(guó)科技巨頭都(dōu)在這(zhè)個領域探索自己的一席之地，本文采用雪糕棒築造了智能(néng)家居的模型，基于綠色節能(néng)的理念，爲了更多地利用可再生資源，在智能(néng)家居模型中加入了蓄電池、太陽能(néng)電池闆、風能(néng)發(fā)電機，希望將(jiāng)來某一天家庭停電時，收集的能(néng)量、儲備的能(néng)源可以解決燃眉之急。
智能(néng)家居模型硬件組成(chéng)：
綠色智能(néng)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(chéng)框圖如圖1所示。
主控芯片 - GD32 MCU：
本文采用的GD32 MCU，型号爲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(dào)ADC、2個12爲DAC、以及看門狗(WDG)、内部時鍾(RTC)、I2C、SPI、CAN2.0、USB2.0等豐富資源。
GSM模塊：
GSM主要用于短信報警，該型号爲SIM300，利用GD32MCU的UART與該模塊進(jìn)行通信，通過(guò)發(fā)送AT指令可以在主人家裡(lǐ)遇到狀況時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外部存儲控制器(EXMC)總線直接驅動TFT數字彩屏。這(zhè)種(zhǒng)方案對(duì)相應的寄存器進(jìn)行配置後(hòu)就可以自動向(xiàng)TFT數字彩屏發(fā)送數據，無需CPU參與，讓CPU有足夠時間來處理其他程序。
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(zhǒng)方式進(jìn)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、修改通知手機号、關閉各種(zhǒng)報警開(kāi)關等。采用GD32MCU進(jìn)行這(zhè)些複雜的操作編寫系統運行穩定、順暢、進(jìn)行仿真調試方便。
光控LED：
采用GD32 MCU的内部ADC采集光敏電阻電壓，從而實現LED白天自動關、晚上自動開(kāi)啓的功能(néng)。
紅外檢測：
紅外檢測裝置由發(fā)射管和接受管構成(chéng)，接受管是個具有光敏特征的PN結，通過(guò)LM393比較器後(hòu)可以得到供MCU識别的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(kāi)漏(OC)，需要注意到GD32MCU的IO口可以配置多種(zhǒng)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(hái)安裝了DS18B20溫度傳感器、人體熱釋電紅外傳感器和采用内部PWM驅動的報警蜂鳴器，由于篇幅有限，故不贅述
智能(néng)家居模型軟件構架：
軟件架構如圖2所示，程序初始化後(hòu)進(jìn)入主循環，初始化主要包括了系統時鍾、溫度傳感器、FLASH存儲器、圖形界面(miàn)、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(miàn)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态，會動态挂載不同的子程序。定時器3負責三個任務，其中按鍵掃描的頻率比較高，通過(guò)隊列方式傳遞鍵盤數據;門禁的定時用于産生自動關門信号;每隔一段時間檢測一次溫度。定時器6負責門禁檢測，通過(guò)紅隊對(duì)管對(duì)進(jìn)出門進(jìn)行掃描，同時也提供震蕩頻率驅動蜂鳴器進(jìn)行報警。所有定時器管理的任務都(dōu)隻實現檢測，通過(guò)消息的方式傳遞檢測到的數據，主循環的任務根據共享内存中的數據完成(chéng)相應任務。
智能(néng)家居模型實現的功能(néng)：
在智能(néng)家居模型中充分利用了GD32 MCU的内部資源和相應功能(néng)，模拟了智能(néng)家居的場景，系統啓動後(hòu)，采用菜單操作，可設置密碼、修改預存手機号碼、修改異常溫度值，還(hái)可通過(guò)短信方式獲取系統密碼，具有太陽能(néng)發(fā)電和風能(néng)發(fā)電功能(néng)，通過(guò)紅外方式檢測進(jìn)出門，利用熱釋電紅外傳感器檢測非法入侵，可將(jiāng)火災和非法入侵等信息利用短信進(jìn)行報警，還(hái)實現了溫度檢測和電子鎖等功能(néng)，在後(hòu)續工作中將(jiāng)增加手機APP客戶端控制功能(néng)。
應用前景：
該MCU産品主要面(miàn)向(xiàng)工業控制和消費類嵌入式應用，如圖5所示，GD32 MCU适用于工業自動化、人機界面(miàn)、電機控制、安防監控、智能(néng)家居家電及物聯網等領域。在《電子産品世界》雜志舉辦的“年度電子産品世界編輯推薦獎”評選中，兆易創新 GigaDevice GD32 系列Cortex-M3内核微控制器系列産品獲得“最佳本土芯片”大獎。在工業4.0和相信GD32 系列MCU將(jiāng)得到更廣泛的應用!
