嵌入式多功能信息交互系统的设计

传统的信息交互系统大多基于PC-Internet平台，采用Web方式来完成信息交互的功能。但由于PC机体积较大、成本偏高，因此采用PC机作为信息交互系统的终端并不能很好地满足便携性和性价比的要求。而嵌入式系统与普通的PC机系统相比，具有体积小、成本低、软硬件均可根据不同的应用进行定制等优点。随着嵌入式技术的飞速发展，将嵌入式设备应用于信息交互系统的终端已成为一种趋势。本文提出了一种基于嵌入式信息终端的信息交互系统设计方案，并在此方案基础上实现了1个多功能信息交互系统。

1 系统功能设计

　　本系统采用Client-Server结构，包含两大功能模块：嵌入式信息终端模块和PC服务器模块。信息终端以基于XScale PXA270处理器的Liod平台为基础，移植了Linux操作系统和Qtopia图形界面；PC服务器使用Windows操作系统，两者通过802.11无线局域网连接。系统结构如图1所示。

　　其中，嵌入式信息终端主要作为信息交互系统的信息发布和接收终端使用。用户可以通过嵌入式浏览器浏览以Web形式发布在网络上的信息资源，同时也能通过触摸屏来获取更多需要的信息。此外，本系统还根据不同领域用户的需要设计并扩展了外接无线局域网卡、GSM通信模块、VGA视频显示模块、环境参数采集模块、安防监控报警模块和无线射频识别模块。PC服务器作为信息交互系统的后台管理模块主要负责对信息进行数据处理。PC服务器的数据库存储着供用户交互的信息，同时也管理着信息终端上由用户发布的信息，通过设计服务程序，为信息终端提供信息发布服务和信息管理服务。

2 系统硬件实现

　　嵌入式信息终端硬件主要由基于XScale PXA270的Liod开发板和各硬件扩展模块组成。

2.1 Liod开发板特点

　　Liod开发板以Intel XScale PXA270微处理器为核心，其主频高达520 MHz，支持Intel Wireless MMX 及Speed Step技术，核心板加底板设计，提供了完善的功能接口，包括：IDE接口(传输速率>30 Mb/s)、32 MB Nand Flash、64 MB SDRAM、VGA out接口(但未焊接VGA芯片)、锂电池接口、图形加速器2 700 G支持等。同时提供了160×2 pin核心板扩展接口及110 pin底板扩展接口，便于在Liod平台基础上进行二次开发。

2.2 GSM扩展模块

　　为了实现用户手机与信息终端进行信息交互，系统需要在Liod平台的串口上扩展GSM通信模块来实现手机短信方式的信息交互。目前国内使用较多的GSM模块有Falcom的A2D系列、西门子的TC35系列、爱立信的DM 10/DM 20系列等，其中西门子的TC35系列性价比高、稳定性好，故选用西门子TC35i进行GSM扩展模块设计。

　　TC35i共有40个引脚，通过ZIF连接器分别与电源电路、启动与关机电路、数据通信电路、语音通信电路、SIM卡电路、指示灯电路等连接。在本系统中为减小体积，直接采用主板供电的方式，在1-10脚增设了稳压整流电路，省去了电池和充电电路。启动电路则由自动和手动上电复位电路组成。数据通信电路主要完成短信收发、与平台通信、软件流控制等功能，其数据接口采用串行异步收发，符合RS-232接口电路标准，工作在CMOS电平(2.65 V)下。本模块以MAXIM公司的MAX232CPE芯片为核心，实现了电平转换及串口通信功能，并注意了它的电磁兼容(EMC)设计。其电路原理框图如图2所示。

2.3 综合信息采集模块

　　本系统采用C8051F007单片机进行该模块的设计。C8051F007有8个I/O口，均容许5 V电压，并可通过配置交叉开关得到UART，I2C/SMBus、SPI等总线，每种串行总线都完全用硬件实现，都能向CIP-51产生中断，因此很少需要CPU的干预。该模块可扩展多个烟感探头和双鉴探头，可将传感器输出的开关信号作上拉和保护处理送入I/O。由于该模块要与Liod平台和无线射频识别模块进行通信，因此还使用了UART串口和I2C/SMBus总线。通过对交叉开关进行配置，充分利用了所有的端口。C8051F007有4路12位的ADC，模块扩展的温湿度传感器所输出的模拟信号经信号调理和保护电路后输入其端口。本模块扩展了温湿度传感器、烟感探头、双鉴探头和无线射频识别模块。其电路原理框图如图3所示。

2.4 无线射频识别模块

　　在设计无线射频识别模块时，需要考虑该模块的工作频率、作用距离、安全要求和存储容量。符合ISO14443协议的射频系统是应用比较多的一种。CRX14就是符合ISO14443标准的专用于无线射频技术的低成本、单片射频处理芯片。它发送的数据用ASK方式调制，接收到的数据则是将终端负载变量信号解调所得。CRX14与终端间的数据传输速率为106 kb/s。本模块即采用CRX14实现了1个较为完整的低成本射频读卡器方案。

从CRX14的RFOUT端发出的信号，经过以PZT2222为核心的