关于GD32 MCU打造绿色智能家居的介绍和应用

基于绿色节能的理念，在智能家居模型中加入了蓄电池、太阳能电池板、风能发电机，以GD32 MCU为控制核心，设计了红外检测、人体检测、光控LED、温度监测和电子锁等功能，并可通过GSM短信进行报警。

GD32F1 系列MCU产品是ARM架构的Cortex-M3处理器，其主频为108MHz。精简指令集架构配上百兆主频，提供了出色的运算处理性能。为了给用户更大的选择空间，产品提供16KB到3072KB的FLASH容量，6KB到96KB的内部SRAM，并有QFN36、LQFP48、LQFP64、LQFP100和LQFP144多种封装选择。系列产品在软件和引脚封装方面全兼容。

GD32F1 MCU供电电压范围为2.6V-3.6V，内核的供电电压为1.2V，I/O口可容许5V电平输入，内嵌2个看门狗(WDG)和实时时钟(RTC)，在外部电池供电情况下，内嵌日历型高精度实时时钟(RTC)运行时的待机电流仅为4.3uA，具有掉电复位(PDR)、上电复位(POR)及电压监测(LVD)功能。

GD32F1 MCU支持三相PWM互补输出和死区管理功能的16位高级定时器可用于矢量控制，还拥有多达10个16位通用定时器、2个16位基本定时器、1个32位通用定时器和7通道DMA控制器，可用作主时钟的8MHz内置RC振荡器出厂校准精度为±1%。全面升级的模拟外设包括1个转换时间为1us的16通道12位高速ADC、1个12位DAC、2个高速轨到轨输入/输出模拟电压比较器和1个预校准的温度传感器，可充分满足多通道高速数据采集和控制要求。同时，产品线提供多种选择，可配合不同设计者的需求选择。

GD32系列MCU也配备了丰富的外设接口资源，主要包括1个全速USB2.0、5个USART、3个SPI、2个快速I2C、1个I2S，针对家庭多媒体设备新增了支持HDMI接口的消费电子控制(CEC)总线硬件电路，还针对按键、滑动等触控应用集成了触摸感测接口(TSI)，最多可同时连接18个外部电极。多达80%的可用GPIO具有多种可选功能，还支持端口重映射，极佳的灵活性和易用性满足多种应用需求。图一为部分GD32MCU产品对比，GD32F1 MCU家族拥有GD32F103主流型、GD32F101基本型、GD32F105和GD32F107互联型、GD32F130和GD32F150超值型、GD32F170和GD32F150 5V宽电压超值型等8个系列，8种封装，124个产品型号。完整产品线可关注官方网站：http://www.GD32MCU.com。

绿色智能家居的设计与实现

智能家居的潮流已不断地席卷全球，各国科技巨头都在这个领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，基于绿色节能的理念，为了更多地利用可再生资源，在智能家居模型中加入了蓄电池、太阳能电池板、风能发电机，希望将来某一天家庭停电时，收集的能量、储备的能源可以解决燃眉之急。

智能家居模型硬件组成

绿色智能家居模型硬件主要包括GD32MCU、GSM模块、TFT触控彩屏、4*4按键、红外检测装置、人体检测装置和光控灯等，硬件组成框图如图1所示。

主控芯片 - GD32 MCU

本文采用的GD32 MCU，型号为GD32F103VKT6，该芯片具有3072KB的FLASH、96KB的SRAM、10个基本通用定时器、2个高级定时器、2个基本定时器、5个UART、3个12位16个通道ADC、2个12为DAC、以及看门狗(WDG)、内部时钟(RTC)、I2C、SPI、CAN2.0、USB2.0等丰富资源。

GSM模块

GSM主要用于短信报警，该型号为SIM300，利用GD32MCU的UART与该模块进行通信，通过发送AT指令可以在主人家里遇到状况时以短信形式告知主人。

TFT触控彩屏

采用320*240分辨率2.8寸TFT电阻屏，利用GD32外部存储控制器(EXMC)总线直接驱动TFT数字彩屏。这种方案对相应的寄存器进行配置后就可以自动向TFT数字彩屏发送数据，无需CPU参与，让CPU有足够时间来处理其他程序。

输入控制

采用了4*4按键和彩屏触摸输入控制，可选择任意一种方式进行各项操作，例如，锁屏、锁定系统、修改报警温度、修改时间、修改密码、修改通知手机号、关闭各种报警开关等。采用GD32MCU进行这些复杂的操作编写系统运行稳定、顺畅、进行仿真调试方便。

光控LED

采用GD32 MCU的内部ADC采集光敏电阻电压，从而实现LED白天自动关、晚上自动开启的功能。

红外检测

红外检测装置由发射管和接受管构成，接受管是个具有光敏特征的PN结，通过LM393比较器后可以得到供MCU识别的IO电平，需要注意的一点是，比较器输出结构一般是集电极开漏(OC)，需要注意到GD32MCU的IO口可以配置多种模式，例如输入口有上拉输入、下拉输入，输出口有推挽输出、开漏输出。

其他模块

该家居模型还安装了DS18B20温度传感器、人体热释电红外传感器和采用内部PWM驱动的报警蜂鸣器，由于篇幅有限，故不赘述。

智能家居模型软件构架

软件架构如图2所示，程序初始化后进入主循环，初始化主要包括了系统时钟、温度传感器、FLASH存储器、图形界面、蜂鸣器、报警和定时器的中断初始化。主循环的主要任务是控制显示屏背光、显示屏界面元素的刷新、按键的处理等。其中按键处理子程序有多个，根据程序所处的不同状态，会动态挂载不同的子程序。定时器3负责三个任务，其中按键扫描的频率比较高，通过队列方式传递键盘数据;门禁的定时用于产生自动关门信号;每隔一段时间检测一次温度。定时器6负责门禁检测，通过红队对管对进出门进行扫描，同时也提供震荡频率驱动蜂鸣器进行报警。所有定时器管理的任务都只实现检测，通过消息的方式传递检测到的数据，主循环的任务根据共享内存中的数据完成相应任务。

智能家居模型实现的功能

在智能家居模型中充分利用了GD32 MCU的内部资源和相应功能，模拟了智能家居的场景，系统启动后，采用菜单操作，可设置密码、修改预存手机号码、修改异常温度值，还可通过短信方式获取系统密码，具有太阳能发电和风能发电功能，通过红外方式检测进出门，利用热释电红外传感器检测非法入侵，可将火灾和非法入侵等信息利用短信进行报警，还实现了温度检测和电子锁等功能，在后续工作中将增加手机APP客户端控制功能。

应用前景

该MCU产品主要面向工业控制和消费类嵌入式应用，如图5所示，GD32 MCU适用于工业自动化、人机界面、电机控制、安防监控、智能家居家电及物联网等领域。在《电子产品世界》杂志举办的“年度电子产品世界编辑推荐奖”评选中，兆易创新 GigaDevice GD32 系列Cortex-M3内核微控制器系列产品获得“最佳本土芯片”大奖。在工业4.0和相信GD32 系列MCU将得到更广泛的应用!