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帶USB接口的電子巡更系統(tǒng)的設計
摘要：介紹一種具有數(shù)據(jù)傳輸速度快、支持熱插拔和充電方便等特點的USB接口電子巡更系統(tǒng)；闡述電子巡更系統(tǒng)硬件電路及工作原野，并介紹該系統(tǒng)的軟件組成及流程圖。電子巡更系統(tǒng)是智能樓宇中保安系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)。保安巡更時，需按指定的路線和時間，依次以達各個巡更點進行巡更。在此系統(tǒng)中，各巡更點設有信息鈕扣，保安用巡更機讀取信息鈕及當前時間。巡更完畢后，將巡更機交至安保中心，使之與計算機的USB接口相連，將存儲在巡更機中的巡更數(shù)據(jù)輸入計算機。所以，通過它可以了解保安的巡更情況，有效地管理和督促保安的工作。
1996年，Intel、Microsoft、IBM等七家公司共同推出USB1.0通用串行接口標準，隨后帶USB接口的產(chǎn)品陸續(xù)出現(xiàn)。USB接口具有速度快、支持熱插拔和即插即用、易擴展、可提供總線供電等優(yōu)點。
基于USB接口的諸多優(yōu)點和本設計中巡更機的特點，我們在設計巡更系統(tǒng)時，采用了USB接口。該電子巡更系統(tǒng)具有使用方便、數(shù)據(jù)傳輸速度快、易擴展、充電方便、功耗低、性價比高等優(yōu)點，有效地解決了傳統(tǒng)巡更機的不足。
圖1 巡更機硬件原理框圖
1 電子巡更系統(tǒng)硬件設計
針對電子巡更系統(tǒng)的特點，為了降低開發(fā)成本，提高系統(tǒng)的性價比，本設計采用MCU USB接口芯片的方案。MCU采用Atmel公司的AT89C52單片機，可以設置成低功耗方式。USB接口芯片采用Philips公司的PDIUSBD12。帶USB接口的電子巡更系統(tǒng)硬件原理框圖如圖1所示。其中DS1302為高性能、低功耗、寬電壓、帶有RAM實時時鐘芯片，它適合于工作電池供電設備的系統(tǒng)時鐘。這里MCU通過它讀了當前時間；24LC64為低功耗、寬電壓、64Kb、支持I2C協(xié)議的串行CMOS電可擦除程序存儲器EEPROM，這里用于存儲巡更點信息鈕扣的ID值和讀取信息鈕扣時間數(shù)據(jù)。DS1990A外形上是一種圓形不銹鋼器件，內(nèi)部存有64b的二進制代碼，以此代碼作為巡更點的ID值。DS1302和24LC64電壓工作范圍為2.5～5.5V，以I2C總線和MCU通信。DS1990A以單總線（1-Wire總線）和MCU通信。
本系統(tǒng)中巡更機采用3.6V可充電電池供電，充電電源由USB接口的5V電源線提供，電源電壓監(jiān)測電路如圖2所示。其呂AMS1117是一個DC-DC電壓變換器，其輸入端為USB接口的5個電源線，輸出端為3.3V電壓，以此電壓為3.6V電源充電。MAX9117是一個帶有1.245V基準電壓（Vref）的比較器。當電池電壓下降到3V以下時，LED點亮，指示電量不足。
PDIUSBD12是一種性能優(yōu)化的USB器件。它是一種與微控制器進行通信的高速愛用并行接口，它同時也支持本地DMA傳輸。設計人員可以在各種不同類型的微控制器中選擇出最合適的微控制器，而且不需要專用的開發(fā)設備。這種組件方式增強了
系統(tǒng)開發(fā)的靈活性，減少了開發(fā)時間、風險和費用，是開發(fā)USB外設的一種快捷和經(jīng)濟的途徑。PDIUSBD12符合USB1.1規(guī)范，也符合大多數(shù)在規(guī)范，如成像類、大容量存儲類、通信類、打印類和人工輸入設備等。因此，PDIUSBD12非常適合數(shù)外圍設備，如打印機、掃描儀、外部大容易存儲器（Zip驅(qū)動器）和數(shù)碼相機等的接口芯片。它使得當前使用SCSI的系統(tǒng)可以立即降低成本。
2 電子巡更系統(tǒng)軟件設計
2.1 巡更機固件程序
巡更機固件程序從功能上主要分為兩部分。
①信息鈕扣的讀取操作程序。這一部分實現(xiàn)MCU主外圍器件的初始化、讀取信息鈕以及對DS1302和24LC64的讀寫操作。調(diào)試時要注意I2C總線的時序問題。巡更機固件程序采用C語言編程。信息鈕讀取操作程序流程如圖3所示。
②MCU和USB接口的通信程序。這一部分程序要實現(xiàn)將24LC64中的數(shù)據(jù)經(jīng)USB接口讀入到上位計算機中。USB接口芯片PDIUSBD12的端點適用于不同類型的設備，可通過命令配置為4種不同的模式：模式0（非同步傳輸）、模式1（同步輸出傳輸）、模式2（同步輸入傳輸）和模式3（同步輸入輸出傳輸）。PDIUSBD12帶有三個端點，即端點0、端點1和端點2。這里僅列出模式0（非同步傳輸）時各端點的配置表格，如表1所列。
表1 模式0各端點配置
最大數(shù)據(jù)包容量/B
001控制輸出
控制輸入缺少值輸出
輸入16
1612
3普通輸出
普通輸入普通
普通輸出
輸入16
1624
5普通輸出
普通輸入普通
普通輸出
輸入64×2（雙緩沖區(qū)）
64×2（雙緩沖區(qū)）
本程序設計時，使用PDIUSBD12的端點1和端點2進行上位計算機與巡更機MCU之間的命令和數(shù)據(jù)的傳輸。端點1和端點2設置成模式0，其中端點1進行命令的傳輸和應答，端點2用于數(shù)據(jù)的傳輸。端點1接收上位計算機發(fā)送過來的8字節(jié)的讀指令，指令正確回應后，使用端點2返回讀成功數(shù)據(jù)。通信中所使用的端點情況如圖4所示（括號內(nèi)為使用的端點號）。
PDIUSBD12收到上位計算機的數(shù)據(jù)包時，就以中斷的方式通知巡更機的MCU。固件程序工作過程如下：當PDIUSBD12從USB收到一個數(shù)據(jù)包時，PDIUSBD12就會對MCU產(chǎn)生中斷請求，MCU立即響應中斷。巡更機固件程序?qū)?shù)據(jù)包從PDIUSBD12內(nèi)部緩沖區(qū)移到數(shù)據(jù)緩
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