基于MTK平臺(tái)燃?xì)鉂舛葯z測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

牛 斗，王國(guó)慶

（東北電力大學(xué) 信息工程學(xué)院，吉林 吉林132012）

在我國(guó)，隨著人民生活水平的提高，燃?xì)庖哑毡閼?yīng)用到城鎮(zhèn)居民的家庭中，人們對(duì)其的依賴(lài)程度也越來(lái)越大，相伴而來(lái)的安全問(wèn)題也成為重中之重。近年來(lái)，因燃?xì)庑孤┒鸬幕馂?zāi)、爆炸和中毒事故日漸趨多，嚴(yán)重地威脅著人們生命財(cái)產(chǎn)安全?，F(xiàn)有的燃?xì)鈭?bào)警系統(tǒng)只能在燃?xì)庑孤r(shí)響起警鈴報(bào)警，并沒(méi)有從根本上排除危險(xiǎn)的發(fā)生。本系統(tǒng)基于MTK平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)解決方案，能在檢測(cè)到燃?xì)庑孤┖髥?dòng)蜂鳴器并同時(shí)發(fā)送報(bào)警信息到用戶手機(jī)上，通過(guò)MTK平臺(tái)控制抽油煙機(jī)工作，防范災(zāi)難的發(fā)生，避免不必要的財(cái)產(chǎn)損失和人身傷害。由于手機(jī)已經(jīng)成為人們生活中必不可少的工具，所以更能有效地發(fā)揮報(bào)警作用，使得用戶及時(shí)解除報(bào)警。

1 MTK系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 MTK硬件系統(tǒng)

MTK芯片是由聯(lián)發(fā)科技股份有限公司設(shè)計(jì)制造的一款功能多樣化的芯片，其采用Nucleus OS操作系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言為C語(yǔ)言，同時(shí)也提供了完整的Java開(kāi)發(fā)環(huán)境。MTK手機(jī)系統(tǒng)是目前國(guó)內(nèi)手機(jī)生產(chǎn)廠家應(yīng)用最多的手機(jī)產(chǎn)品解決方案，其高性?xún)r(jià)比和二次開(kāi)發(fā)的特性備受歡迎。本方案選擇了MT6225為核心芯片，通過(guò)MT6225的GPIO口可進(jìn)行外設(shè)擴(kuò)展。

1.2 MTK軟件系統(tǒng)

MTK采用Nucleus OS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，整個(gè)軟件系統(tǒng)包括Nucleus OS操作系統(tǒng)、平臺(tái)設(shè)備驅(qū)動(dòng)、協(xié)議棧、文件系統(tǒng)、WGUI、MMI、J2ME等。MTK手機(jī)平臺(tái)上的程序基于J2ME軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)，采用的是Java語(yǔ)言。

J2ME使用配置和簡(jiǎn)表定制Java運(yùn)行時(shí)環(huán)境（JRE）。作為一個(gè)完整的JRE，J2ME由配置和簡(jiǎn)表組成，配置決定了使用的JVM，而簡(jiǎn)表通過(guò)添加特定于域的類(lèi)來(lái)定義應(yīng)用程序。

配置將基本運(yùn)行時(shí)環(huán)境定義為一組核心類(lèi)和一個(gè)運(yùn)行在特定類(lèi)型設(shè)備上的特定JVM。簡(jiǎn)表定義應(yīng)用程序，它向J2ME配置添加特定于域的類(lèi)，定義設(shè)備的某種作用[1]。

圖1 J2ME架構(gòu)的層次

J2ME架構(gòu)由3個(gè)軟件層組成，如圖1所示。第一層包括在內(nèi)的配置層直接與原生操作系統(tǒng)進(jìn)行交互。配置層還有Profile和JVM之間的交互。第二層是Profile層，由小型計(jì)算設(shè)備的應(yīng)用程序編程接口的最小集合組成。第三層是Mobile Information Device Profile(MIDP)層。MIDP層由用戶網(wǎng)絡(luò)連接，永久存儲(chǔ)與用戶界面的Java API組成，還能夠訪問(wèn)CLDC庫(kù)和MIDP庫(kù)。

2 系統(tǒng)技術(shù)方案

2.1 MTK GPIO口的驅(qū)動(dòng)

GPIO口即通用輸入輸出口。MT6225提供了53個(gè)通用輸入輸出口和4個(gè)通用輸出口。GPIO口在系統(tǒng)上電時(shí)，有的是默認(rèn)高電平，有的是默認(rèn)低電平，這是MCU內(nèi)部決定的，軟件無(wú)法更改。MCU中有多個(gè)GPIO模式初始化寄存器，在系統(tǒng)開(kāi)機(jī)過(guò)程中，通過(guò)這些寄存器對(duì)GPIO進(jìn)行初始化。

MTK通過(guò)對(duì)IO口的復(fù)用來(lái)減少I(mǎi)O端口的個(gè)數(shù)，每個(gè) GPIO口有4種工作模式，即模式 0～3，每個(gè) GPIO口都可以通過(guò)軟件配置為輸出或輸入或特定用途雙向口，其被當(dāng)作輸入使用時(shí)，GPIO口可作為中斷源[1]。本系統(tǒng)選擇通用GPIO口GPIO30的模式0，即配置端口為輸入輸出模式。對(duì)GPIO初始化成功并對(duì)GPIO端口讀寫(xiě)數(shù)據(jù)完成后，通過(guò)讀取其端口狀態(tài)來(lái)與寫(xiě)到GPIO口的數(shù)據(jù)相比較，若超過(guò)預(yù)警值則報(bào)警，否則接收下組數(shù)據(jù)。選擇GPIO41的模式0，將蜂鳴器的負(fù)極接到這個(gè)端口，當(dāng)GPIO30接收到的數(shù)據(jù)超過(guò)預(yù)警值，MTK平臺(tái)便將其拉低，此時(shí)蜂鳴器工作。選擇GPIO42的模式0，連接油煙機(jī)控制模塊。

2.2 MTK定時(shí)器的使用

定時(shí)器事件是在指定的時(shí)間或時(shí)間間隔內(nèi)反復(fù)觸發(fā)指定的事件，這個(gè)指定的事件是通過(guò)一個(gè)注冊(cè)的功能函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在MTK平臺(tái)中，操作定時(shí)器的具體流程如下：

(1)在定時(shí)器ID的頭文件TimerEvents.h中定義一個(gè)自己的TimerID，實(shí)驗(yàn)中定義的ID為MY_TIMER_ID。當(dāng)然，要在MAX_TIMERS之前定義。

(2)使用函數(shù) StartTimer(U16TimerID，U16delay，funcPtr)啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器，其中TimerID為時(shí)鐘ID，delay為時(shí)間間隔，funcPtr為該定時(shí)器事件的回調(diào)函數(shù)。StartTimer已經(jīng)執(zhí)行，當(dāng)達(dá)到時(shí)間間隔delay時(shí)系統(tǒng)會(huì)通知執(zhí)行funcPtr。如：StartTimer(MY_TIMER_ID，1 000，my_funcPtr)，其中，1 000為間隔時(shí)間，在MT6225中1 000即意味著定時(shí)時(shí)間為1 s。函數(shù)my_funcPtr為定時(shí)器到時(shí)后所要做事情的函數(shù)。

(3)退出程序時(shí)，通過(guò)調(diào)用 StopTimer(U16TimerID)來(lái)停止TimerID所對(duì)應(yīng)的定時(shí)器事件。實(shí)驗(yàn)中調(diào)用情況為StopTimer(MY_TIMER_ID)。

2.3 MTK短信息功能

短信功能作為MTK平臺(tái)的亮點(diǎn)之一，有著廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)中在系統(tǒng)得到的數(shù)值超出預(yù)警值產(chǎn)生報(bào)警的同時(shí)通過(guò)短信通知主人，能夠及時(shí)阻止不利情況的進(jìn)一步發(fā)展。參考MTK本身具有短信通信功能模塊，修改軟件系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)置固定的號(hào)碼，發(fā)生異常情況時(shí)，MTK系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)發(fā)送信息給該號(hào)碼[2]。

2.4 繼電器的使用

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了遇到氣體泄漏時(shí)的解決方案，系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)油煙機(jī)排出泄漏氣體，以免用戶疏忽造成火災(zāi)甚至爆炸。選用固態(tài)繼電器控制油煙機(jī)的開(kāi)關(guān)，固態(tài)繼電器由于沒(méi)有機(jī)械觸電以及其他機(jī)械部件，因此可靠性相當(dāng)高，在通與斷的瞬間不會(huì)產(chǎn)生電火花，很適合本系統(tǒng)使用。又因該種繼電器的輸入與輸出間采用光耦合器，因此具有良好的抗干擾性。系統(tǒng)選用SSR-10DA型號(hào)的繼電器。該繼電器為雙向可控硅輸出，零電壓開(kāi)啟，零電流關(guān)閉，輸入輸出回路之間采用光隔離。系統(tǒng)通過(guò)GPIO口外接一反相器控制固態(tài)繼電器發(fā)光二極管的閉合，控制油煙機(jī)的啟動(dòng)與關(guān)閉。當(dāng)GPIO口輸出低電平時(shí)，固態(tài)繼電器SSR-10DA內(nèi)部的發(fā)光二極管通電變亮，觸發(fā)導(dǎo)通右側(cè)的光控晶閘管，形成電機(jī)啟動(dòng)的閉合回路，油煙機(jī)啟動(dòng)；當(dāng)GPIO口輸出為高電平時(shí)，發(fā)光二極管不發(fā)光，固態(tài)繼電器SSR-10DA不能觸發(fā)導(dǎo)通，無(wú)法形成電機(jī)啟動(dòng)的閉合回路，油煙機(jī)關(guān)閉[3]。電路如圖2所示。

3 系統(tǒng)組成及其工作原理

系統(tǒng)由傳感器模塊、MTK平臺(tái)、蜂鳴器模塊、抽油煙機(jī)控制模塊等組成，如圖3所示。傳感器檢測(cè)到室內(nèi)燃?xì)鉂舛鹊淖兓M(jìn)而轉(zhuǎn)變成電阻值的變化，通過(guò)傳感器處理電路處理后，轉(zhuǎn)變成系統(tǒng)可識(shí)別信號(hào)[4]。將傳感器模塊掛載在MTK系統(tǒng)的核心芯片MT6225的GPIO口上，通過(guò)定時(shí)查詢(xún)GPIO口的狀態(tài)檢測(cè)傳感器的輸出信號(hào)，一旦MTK系統(tǒng)檢測(cè)到傳感器輸出信號(hào)與預(yù)警值相同或者高于預(yù)警值，則MTK平臺(tái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出刺耳的聲音提醒用戶，并自動(dòng)通過(guò)短信的方式發(fā)送報(bào)警信號(hào)給用戶。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)屏蔽掉相同內(nèi)容的信息重復(fù)發(fā)送。與此同時(shí)，打開(kāi)油煙機(jī)的開(kāi)關(guān)，油煙機(jī)開(kāi)始工作，排出泄漏氣體[5]。當(dāng)氣體濃度降至預(yù)警值以下時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)改變GPIO口的狀態(tài)控制蜂鳴器和油煙機(jī)停止工作，再發(fā)出危險(xiǎn)解除信息到系統(tǒng)的短信接收裝置。

4 外接設(shè)備規(guī)格

4.1 傳感器

MH-440v/d傳感器具有高靈敏度、兼?zhèn)錁?biāo)準(zhǔn)輸出與數(shù)字輸出、外型小巧、快速響應(yīng)、恢復(fù)、溫度補(bǔ)償、優(yōu)異的穩(wěn)定性、使用壽命長(zhǎng)、抗水汽干擾等特點(diǎn)。主要技術(shù)參數(shù)為： 工作電壓：3.5 V～5.5 V； 工作電流：75 mA～85 mA；測(cè)量范圍：0～5%vol；輸出信號(hào)范圍：0.4 V～2 V；分辨率：1%FSD；預(yù)熱時(shí)間90 s；響應(yīng)時(shí)間 T90<30 s；重復(fù)性零點(diǎn)<±100 ppm；SPAN<±500 ppm；長(zhǎng)期漂移零點(diǎn)<±300 ppm/月；SPAN<±500 ppm/月；溫度范圍：-20 ℃～+50 ℃；濕度范圍：0～95%RH。

4.2 繼電器

繼電器選用SSR-10DA，其特點(diǎn)有：雙向可控硅輸出、零電壓開(kāi)啟、零電流關(guān)閉、輸入回路與輸出回路之間光隔離、輸入端與輸出端之間隔離耐壓2 500 V。主要技術(shù)參數(shù)如下：控制方式為DC-AC(直流控制交流)；負(fù)載電流為 10 A，負(fù)載電壓：AC 24 V～380 V；控制電壓：DC 3 V～32 V；控制電流：3 mA～25 mA；通態(tài)漏電流≤2 mA；通態(tài)降壓AC≤1.5 V；斷態(tài)時(shí)間≤10 ms；介質(zhì)耐壓AC 2 500 V；環(huán)境溫度：-30℃～+75℃。

5 系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)論

為了測(cè)試系統(tǒng)性能，模擬一個(gè)燃?xì)庑孤┑沫h(huán)境。模擬系統(tǒng)中使用華禹工控的產(chǎn)品旋風(fēng)001，其核心模塊是本系統(tǒng)使用的MT6225，且?guī)в幸壕?，可以編?xiě)界面程序直觀地讀出濃度檢測(cè)值。甲烷濃度的燃爆極限為5%～15%，為了避免危險(xiǎn)發(fā)生，設(shè)定預(yù)警值為3%。燃?xì)鉂舛茸兓鐖D4所示。當(dāng)濃度超過(guò)預(yù)警值時(shí)，系統(tǒng)觸發(fā)蜂鳴器發(fā)出聲音，油煙機(jī)開(kāi)始工作，且收到報(bào)警短信。在氣體濃度降至預(yù)警值之下以后油煙機(jī)停止工作，蜂鳴器也停止發(fā)出聲音，這時(shí)又收到解除警報(bào)的信息[6]。測(cè)試過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生異常，完全符合設(shè)計(jì)初衷。

本系統(tǒng)采用MT6225手機(jī)開(kāi)發(fā)方案，其高集成度使開(kāi)發(fā)過(guò)程更加容易，且開(kāi)發(fā)周期短，成本比較低，可靠性高。系統(tǒng)經(jīng)過(guò)測(cè)試，能夠穩(wěn)定地運(yùn)行，且能很好地完成各項(xiàng)功能，又因?yàn)槠渚邆淞硕绦畔?bào)警功能，使得監(jiān)測(cè)無(wú)死角，對(duì)人們的安全生活加強(qiáng)了保障。此解決方案對(duì)從事相關(guān)電子產(chǎn)品的研發(fā)具有一定的參考價(jià)值。

[1]趙志新，王紹偉，霍志強(qiáng)，等.MTK手機(jī)開(kāi)發(fā)入門(mén)[M].北京：人民郵電出版社，2010.

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