MTK6225手機平臺的無線遠傳燃氣抄表系統(tǒng)[圖]

摘要: 目前，控制系統(tǒng)設計一般都是基于51單片機的解決方案。本文采用深圳華禹工控二次開發(fā)的MTK6225手機模塊作為手持式遠程抄表系統(tǒng)的硬件解決方案,將從零搭建的傳統(tǒng)軟件設計方式變?yōu)樵谙到y(tǒng)架構上增減的編寫方式，從而大大提高了產(chǎn)品的可靠性,縮短了產(chǎn)品的設計周期。

引言

自20世紀初水、電、氣引入計量表以來，人工抄表方式一直是最傳統(tǒng)的方式。這種后付費的工作方式的缺點是工作量大,常常因收不到費造成燃氣經(jīng)營企業(yè)的巨大經(jīng)濟負擔。從20世紀90年代開始，我國燃氣行業(yè)開始推廣使用IC卡預付費燃氣表，從而有效解決了抄表入戶和收費難的問題。但是隨著燃氣行業(yè)的發(fā)展，管理日益精細化，單純的IC卡預收費方式無法有效解決氣量實時統(tǒng)計問題，不能給運行調度、財務核算帶來更多的幫助。近年來，無線遠程抄表技術開始在國內逐步普及，其成本低、攜帶方便的特點特別適合燃氣表行業(yè)的應用。

1　傳統(tǒng)無線遠傳抄表系統(tǒng)的設計原理

傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設計涉及到硬件和軟件設計兩個過程。一般來說先考慮硬件設計方案，確定采用什么樣的控制方式（針對手持方式的設備還要考慮設備因電池供電而面臨的功耗問題），然后才考慮采用什么樣的軟件設計。因此，不但在硬件設計環(huán)節(jié)花費了大量的精力和時間，而且所設計出來的方案是否滿足實際需要還需經(jīng)過反復實際測試和完善，才能最后定型和投入批量生產(chǎn)，無法滿足實際工程應用中對產(chǎn)品周期的限制。充分考慮到穩(wěn)定性和產(chǎn)品供貨周期的特點，本文采用深圳華禹工控二次開發(fā)的MTK6225手機平臺來作為手持式無線遠程抄表的硬件解決方案。

2　本方案設計思想

傳統(tǒng)的手機應用一般多為通話、短信和多媒體應用，而在嵌入式行業(yè)幾乎沒有它的身影。

究其原因還是手機技術一直被手機公司所壟斷，由于手機系統(tǒng)本身的不開放性，使得它的行業(yè)應用也很難被了解，比如手機系統(tǒng)如何將更多的I/O口引出以適應DIY的需要。本文以MTK6225手機平臺為例說明。

MTK6225是臺灣聯(lián)發(fā)科技有限公司推出的一款具有高集成度的手機應用多媒體芯片（具體結構圖見本刊網(wǎng)站www.mesnet.com.cn——編者注）。它具有如下功能：

◆ 采用了104 MHz的 ARM7 高速CPU；

◆ 支持1.8～3.2 inch彩色LCD;

◆ 支持手寫觸摸、漢字識別;

◆ 支持多媒體功能，如MP3、MP4、攝像頭、和弦鈴音；

◆ 支持GPRS、GSM、SMS等；

◆ 支持JAVA。

作為一個完整的多媒體手機，MTK6225在電池的功耗管理上也異常出色，但以它目前的特點也僅是作為普通手機應用，而作為控制領域的移動應用似乎是不現(xiàn)實的事情。

深圳華禹工控在充分消化了MTK6225平臺的相關資源后，推出了面向控制領域行業(yè)應用的基于MTK6225芯片解決方案的旋風001手機通用開發(fā)模塊。除了原來所具備的通信和多媒體功能外，它的最大特點是：

① 將MTK6225芯片所有可外部使用的128個I/O引腳外部擴展供使用，這其中包括GPIO、串口、并口、USB口、LCM屏接口、電源、開關機口等；

② 推出了基于J2ME的JAVA硬件控制，通過JAVA編程實現(xiàn)對I/O口的控制，并提供了豐富的應用實例。

采用該MTK6225開發(fā)模塊的目的就是要縮短產(chǎn)品的設計周期，同時保證硬件解決方案的穩(wěn)定可靠。作為已經(jīng)量產(chǎn)4年多，手機出貨量以億來計算的MTK6225平臺方案，其硬件可靠性和低功耗性能已經(jīng)不容質疑；同時，它的ARM7內核的處理速度已經(jīng)完全滿足遠程無線抄表管理系統(tǒng)的設計需要。MTK6225開發(fā)平臺作為移動終端解決方案中最關鍵的硬件設計方案，使得我們可以把精力完全投入到軟件的應用設計中。

3　遠程抄表管理系統(tǒng)的軟硬件設計

手持式抄表管理系統(tǒng)分成兩部分:具有RF功能的IC卡智能燃氣表，以及同時帶有RF功能的基于MTK6225的手持式遠程抄表系統(tǒng)。本文主要介紹手持式遠程抄表系統(tǒng)的設計。

3.1　硬件設計方案

基于MTK6225手機方案的手持式遠程抄表系統(tǒng)由前后臺兩個部分組成,其結構框圖如圖1所示。

圖1　手持式遠程抄表系統(tǒng)結構框圖

3.1.1　RF前臺數(shù)據(jù)采集模塊

RF前臺數(shù)據(jù)采集模塊通過UART串口通信接受后臺數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的控制，完成對遠程RF燃氣表數(shù)據(jù)采集，并回傳給后臺系統(tǒng)處理。該模塊由兩部分組成：

① RF無線通信模塊。采用TI公司的超低功耗、1 GHz范圍內的RF收發(fā)器CC1100CH，通過SPI接口與MCU通信。它具有超低功耗和無線喚醒功能，可滿足移動終端對功耗的要求。

② MCU處理部分。該部分是數(shù)據(jù)采集部分的控制部分，采用了STC89LE516RD+處理器。該處理器最大的特點是，低電壓（3 V），低電流（正常工作模式為4～7 mA），通過UART串口與MTK6225后臺處理系統(tǒng)通信，并接收和回傳相關數(shù)據(jù)。

RF前臺數(shù)據(jù)采集模塊采用了背板的方式通過128引腳的插針與MTK6225后臺處理系統(tǒng)無縫集成，只要對后臺系統(tǒng)的操作界面進行操作即可實現(xiàn)對下位機的數(shù)據(jù)采集，無需人工干預。

3.1.2　MTK6225手機后臺數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

該系統(tǒng)是手持式遠程抄表系統(tǒng)的核心，它采用了深圳華禹工控的旋風001手機通用開發(fā)模塊。除了普通手機的所有基本功能外，它將MTK6225的所有可控I/O引腳（共計128個）以插針的方式全部引出，供二次開發(fā)使用；同時，重新以JAVA形式修改了對I/O口控制的底層驅動，并可為J2ME應用程序調用，實際上已經(jīng)成為了一個可二次開發(fā)的移動控制終端。

3.2　軟件設計方案

該系統(tǒng)的軟件主要功能就是采用手持式遠程抄表系統(tǒng)對RF智能燃氣表的用氣量等數(shù)據(jù)進行采集，并送到相關燃氣管理系統(tǒng)，為氣量的實時統(tǒng)計和合理調度提供決策依據(jù)。

由于MTK6225手機模塊可以采用C++或者JAVA語言實現(xiàn)管理軟件的編寫，但C++編程需要轉成BIN文件固化到手機中，這實際上修改了手機的軟件結構。為此，推薦使用JAVA語言實現(xiàn)對管理軟件的編寫。由于JAVA語言是跨平臺的，只要安裝了JAVA虛擬機即可運行。本軟件設計在JAVA處理上用了下列幾個包：

① COM.MTK包。針對無法完全采用JAVA編寫程序,需采用諸如C或C++編寫的情況,華禹工控采用了JNI方式編寫,例如COM.MTK包中的Gpio.java控制GPIO的方法。通過對該類中接口函數(shù)的調用，可實現(xiàn)對硬件 GPIO 的控制。

② Com.huayu.gpio包。該包中的GpioPort.java 定義了華禹工控手持設備的 GPIO 控制引腳編號。

public static final byte GPIO_0=(byte) 0;

public static final byte GPIO_1=(byte) 1;

public static final byte RFID_POWER_PIN=GPIO_PORT_5;

public static final byte P1201_SWITCH_A0=GPIO_PORT_0;

public static final byte P1201_SWITCH_A1=GPIO_PORT_45;

public static final byte P1201_URXD2=GPIO_PORT_47;

public static final byte P1201_UTXD2=GPIO_PORT_48;

③ com.demo.control包。GUIController.java 是界面控制的類。

④ com.demo.view包。所有界面顯示的類都在該包中。

⑤ com.demo.comm包。該包中的CommonResource.java是公共資源類。

⑥ com.huayu.studyRfid.midlet包。StudyRfidDemoMidelet.java為MIDLet類。

該管理系統(tǒng)的操作界面如圖2所示。

圖2　抄表系統(tǒng)操作界面

本軟件的數(shù)據(jù)采集方案就是根據(jù)設置RF燃氣表序號和采集總數(shù)量，從小到大依次自動采集。如果被采集的燃氣表沒有應答，則會在所有的燃氣表都采集一遍后，自動對沒有應答的燃氣表進行第二輪采集。一般可以人工設置采集次數(shù)，若在采集次數(shù)內還沒有應答，則報錯誤處理，需要人工處理。軟件程序流程如圖3所示。

圖3　軟件程序流程

結語

采用MTK6225手機開發(fā)平臺設計手持式遠程抄表系統(tǒng)，充分利用了手機終端的高可靠性、電源管理的智能性，使得產(chǎn)品的設計周期大為縮短，可靠性大為增強。這實際上顛覆了傳統(tǒng)的軟硬件設計方式，只需要在手機系統(tǒng)的架構上做調整，使得用戶可以專心考慮軟件的設計而不必擔心硬件的可行性。隨著無線應用的普及和手機解決方案的公開，將會有越來越多的行業(yè)無線應用采用手機平臺的硬件解決方案。

參考文獻

[1] 宋茂強.通信軟件設計基礎[M].北京大學出版社，2007:124127.

[2] 蔣昌茂,等.無線寬帶IP通信原理及應用[M].北京:電子工業(yè)出版社, 2010.

[3] 符意得.嵌入式系統(tǒng)設計原理及應用[M].北京:清華大學出版社,2004.

[4] 朱相磊.智能預付費燃氣表的低功耗設計[J].電工技術，2004(9)：2021.

[5] 何為民.低功耗單片微機系統(tǒng)設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，1994.

[6] 王愛英.智能卡技術[M].北京：清華大學出版社，1996.

[7] 趙志新,等.MTK手機開發(fā)入門[M].北京:人民郵電出版社,2010.

劉洪林 (高級工程師)，研究方向為網(wǎng)絡通信、嵌入式應用；張保忠（高級工程師），研究方向為電子線路、嵌入式應用；劉堂宇（助教），研究方向為計算機控制。