摘  要： 針對MTK芯片高性價比的優(yōu)勢，設計了基于MTK平臺的家用燃氣濃度檢測系統(tǒng)。選用MTK系列的MT6225芯片為本方案的核心，深入研究MTK平臺的短信息模塊和GPIO口的驅動原理，該平臺有豐富的GPIO口，可以用來掛載傳感器和蜂鳴器以及其他外擴設備。一旦燃氣泄漏濃度超過預警值，蜂鳴器響同時將信息發(fā)送到信息接收終端，且給出一種解決方案——控制抽油煙機工作，及時解決安全隱患。本系統(tǒng)具有一定的實用性。
關鍵詞： MTK；GPIO口；短信息；定時器；繼電器

    在我國，隨著人民生活水平的提高，燃氣已普遍應用到城鎮(zhèn)居民的家庭中，人們對其的依賴程度也越來越大，相伴而來的安全問題也成為重中之重。近年來，因燃氣泄漏而引起的火災、爆炸和中毒事故日漸趨多，嚴重地威脅著人們生命財產安全。現有的燃氣報警系統(tǒng)只能在燃氣泄漏時響起警鈴報警，并沒有從根本上排除危險的發(fā)生。本系統(tǒng)基于MTK平臺的優(yōu)勢，設計了一種自動解決方案，能在檢測到燃氣泄漏后啟動蜂鳴器并同時發(fā)送報警信息到用戶手機上，通過MTK平臺控制抽油煙機工作，防范災難的發(fā)生，避免不必要的財產損失和人身傷害。由于手機已經成為人們生活中必不可少的工具，所以更能有效地發(fā)揮報警作用，使得用戶及時解除報警。
1 MTK系統(tǒng)簡介
1.1 MTK硬件系統(tǒng)
    MTK芯片是由聯發(fā)科技股份有限公司設計制造的一款功能多樣化的芯片，其采用Nucleus OS操作系統(tǒng)，開發(fā)語言為C語言，同時也提供了完整的Java開發(fā)環(huán)境。MTK手機系統(tǒng)是目前國內手機生產廠家應用最多的手機產品解決方案，其高性價比和二次開發(fā)的特性備受歡迎。本方案選擇了MT6225為核心芯片，通過MT6225的GPIO口可進行外設擴展。
1.2 MTK軟件系統(tǒng)
    MTK采用Nucleus OS實時操作系統(tǒng)，整個軟件系統(tǒng)包括Nucleus OS操作系統(tǒng)、平臺設備驅動、協(xié)議棧、文件系統(tǒng)、WGUI、MMI、J2ME等。MTK手機平臺上的程序基于J2ME軟件平臺開發(fā)，采用的是Java語言。
    J2ME使用配置和簡表定制Java運行時環(huán)境（JRE）。作為一個完整的JRE，J2ME由配置和簡表組成，配置決定了使用的JVM，而簡表通過添加特定于域的類來定義應用程序。
    配置將基本運行時環(huán)境定義為一組核心類和一個運行在特定類型設備上的特定JVM。簡表定義應用程序，它向J2ME配置添加特定于域的類，定義設備的某種作用[1]。
    J2ME架構由３個軟件層組成，如圖1所示。第一層包括在內的配置層直接與原生操作系統(tǒng)進行交互。配置層還有Profile和JVM之間的交互。第二層是Profile層，由小型計算設備的應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層由用戶網絡連接，永久存儲與用戶界面的Java API組成，還能夠訪問CLDC庫和MIDP庫。

2 系統(tǒng)技術方案
2.1 MTK GPIO口的驅動
    GPIO口即通用輸入輸出口。MT6225提供了53個通用輸入輸出口和4個通用輸出口。GPIO口在系統(tǒng)上電時，有的是默認高電平，有的是默認低電平，這是MCU內部決定的，軟件無法更改。MCU中有多個GPIO模式初始化寄存器，在系統(tǒng)開機過程中，通過這些寄存器對GPIO進行初始化。
    MTK通過對IO口的復用來減少IO端口的個數，每個GPIO口有4種工作模式，即模式0~3，每個GPIO口都可以通過軟件配置為輸出或輸入或特定用途雙向口，其被當作輸入使用時，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GPIO初始化成功并對GPIO端口讀寫數據完成后，通過讀取其端口狀態(tài)來與寫到GPIO口的數據相比較，若超過預警值則報警，否則接收下組數據。選擇GPIO41的模式0，將蜂鳴器的負極接到這個端口，當GPIO30接收到的數據超過預警值，MTK平臺便將其拉低，此時蜂鳴器工作。選擇GPIO42的模式0，連接油煙機控制模塊。
2.2 MTK定時器的使用
    定時器事件是在指定的時間或時間間隔內反復觸發(fā)指定的事件，這個指定的事件是通過一個注冊的功能函數來實現的。在MTK平臺中，操作定時器的具體流程如下：
    (1)在定時器ID的頭文件TimerEvents.h中定義一個自己的TimerID，實驗中定義的ID為MY_TIMER_ID。當然，要在MAX_TIMERS之前定義。
    (2)使用函數StartTimer(U16TimerID，U16delay，funcPtr)啟動一個定時器，其中TimerID為時鐘ID，delay為時間間隔，funcPtr為該定時器事件的回調函數。StartTimer已經執(zhí)行，當達到時間間隔delay時系統(tǒng)會通知執(zhí)行funcPtr。如：StartTimer(MY_TIMER_ID，1 000，my_funcPtr)，其中，1 000為間隔時間，在MT6225中1 000即意味著定時時間為1 s。函數my_funcPtr為定時器到時后所要做事情的函數。
    (3)退出程序時，通過調用StopTimer(U16TimerID)來停止TimerID所對應的定時器事件。實驗中調用情況為StopTimer(MY_TIMER_ID)。
2.3 MTK短信息功能
    短信功能作為MTK平臺的亮點之一，有著廣泛的應用。本設計中在系統(tǒng)得到的數值超出預警值產生報警的同時通過短信通知主人，能夠及時阻止不利情況的進一步發(fā)展。參考MTK 本身具有短信通信功能模塊，修改軟件系統(tǒng)，通過設置固定的號碼，發(fā)生異常情況時，MTK系統(tǒng)便會自動發(fā)送信息給該號碼[2]。
2.4 繼電器的使用
    本系統(tǒng)設計了遇到氣體泄漏時的解決方案，系統(tǒng)自動打開油煙機排出泄漏氣體，以免用戶疏忽造成火災甚至爆炸。選用固態(tài)繼電器控制油煙機的開關，固態(tài)繼電器由于沒有機械觸電以及其他機械部件，因此可靠性相當高，在通與斷的瞬間不會產生電火花，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型號的繼電器。該繼電器為雙向可控硅輸出，零電壓開啟，零電流關閉，輸入輸出回路之間采用光隔離。系統(tǒng)通過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，控制油煙機的啟動與關閉。當GPIO口輸出低電平時，固態(tài)繼電器SSR-10DA內部的發(fā)光二極管通電變亮，觸發(fā)導通右側的光控晶閘管，形成電機啟動的閉合回路，油煙機啟動；當GPIO口輸出為高電平時，發(fā)光二極管不發(fā)光，固態(tài)繼電器SSR-10DA不能觸發(fā)導通，無法形成電機啟動的閉合回路，油煙機關閉[3]。電路如圖2所示。

氣濃度的變化進而轉變成電阻值的變化，通過傳感器處理電路處理后，轉變成系統(tǒng)可識別信號[4]。將傳感器模塊掛載在MTK系統(tǒng)的核心芯片MT6225的GPIO口上，通過定時查詢GPIO口的狀態(tài)檢測傳感器的輸出信號，一旦MTK系統(tǒng)檢測到傳感器輸出信號與預警值相同或者高于預警值，則MTK平臺驅動蜂鳴器發(fā)出刺耳的聲音提醒用戶，并自動通過短信的方式發(fā)送報警信號給用戶。系統(tǒng)會自動屏蔽掉相同內容的信息重復發(fā)送。與此同時，打開油煙機的開關，油煙機開始工作，排出泄漏氣體[5]。當氣體濃度降至預警值以下時，系統(tǒng)通過改變GPIO口的狀態(tài)控制蜂鳴器和油煙機停止工作，再發(fā)出危險解除信息到系統(tǒng)的短信接收裝置。
4 外接設備規(guī)格
4.1 傳感器
    MH-440v/d傳感器具有高靈敏度、兼?zhèn)錁藴瘦敵雠c數字輸出、外型小巧、快速響應、恢復、溫度補償、優(yōu)異的穩(wěn)定性、使用壽命長、抗水汽干擾等特點。主要技術參數為：工作電壓：3.5 V~5.5 V；工作電流：75 mA~85 mA；測量范圍：0~5% vol；輸出信號范圍：0.4 V~2 V；分辨率：1%FSD；預熱時間90 s；響應時間T90<30 s；重復性零點<±100 ppm；SPAN<±500 ppm；長期漂移零點<±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，其特點有：雙向可控硅輸出、零電壓開啟、零電流關閉、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。主要技術參數如下：控制方式為DC-AC(直流控制交流)；負載電流為10 A，負載電壓：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)時間≤10 ms；介質耐壓AC 2 500 V；環(huán)境溫度：-30 ℃～+75 ℃。
5 系統(tǒng)測試與結論

    為了測試系統(tǒng)性能，模擬一個燃氣泄漏的環(huán)境。模擬系統(tǒng)中使用華禹工控的產品旋風001，其核心模塊是本系統(tǒng)使用的MT6225，且?guī)в幸壕粒梢跃帉懡缑娉绦蛑庇^地讀出濃度檢測值。甲烷濃度的燃爆極限為5%～15%，為了避免危險發(fā)生，設定預警值為3%。燃氣濃度變化如圖4所示。當濃度超過預警值時，系統(tǒng)觸發(fā)蜂鳴器發(fā)出聲音，油煙機開始工作，且收到報警短信。在氣體濃度降至預警值之下以后油煙機停止工作，蜂鳴器也停止發(fā)出聲音，這時又收到解除警報的信息[6]。測試過程中沒有發(fā)生異常，完全符合設計初衷。
    本系統(tǒng)采用MT6225手機開發(fā)方案，其高集成度使開發(fā)過程更加容易，且開發(fā)周期短，成本比較低，可靠性高。系統(tǒng)經過測試，能夠穩(wěn)定地運行，且能很好地完成各項功能，又因為其具備了短信息報警功能，使得監(jiān)測無死角，對人們的安全生活加強了保障。此解決方案對從事相關電子產品的研發(fā)具有一定的參考價值。

參考文獻
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[5] 王光才，毛玉榮．基于MTK平臺的智能家居控制網絡系統(tǒng)[J].電子質量，2011(12):38-40.
[6] 程志華，安琦，陶峰．基于嵌入式系統(tǒng)的乙炔氣體監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].儀表技術與傳感器，2009（8）：46-49．