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        信息無線傳輸控制器設(shè)計

        2012-05-14 11:33:28偉,武
        關(guān)鍵詞:接收端顯示屏拼音

        邵 偉,武 斌

        (天津城市建設(shè)學(xué)院 電子與信息工程系,天津 300384)

        隨著城市的現(xiàn)代化建設(shè),為了信息顯示方便,商店、娛樂場所、公共汽車等地方安裝了電子顯示屏。這些電子顯示屏分布在城市的不同角落,其顯示內(nèi)容需要及時更新。目前顯示屏信息一般需要上位機進行編輯,并通過485總線、以太網(wǎng)、GPRS網(wǎng)絡(luò)等進行傳輸,使得LED屏的安裝、維護不便、運營成本較高。相比而言,采用無線信息傳輸方式可使信息更新更加靈活、快捷。

        1 信息無線收發(fā)系統(tǒng)方案

        1.1 短距離無線通信技術(shù)應(yīng)用

        短距離無線通信技術(shù)在無線抄表、無線遙控系統(tǒng)、無線鼠標(biāo)鍵盤等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。Nordic公司推出的工作于2.4 GHz ISM頻段的nRF2401射頻芯片,采用GFSK調(diào)制模式,內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊,內(nèi)置地址比較和CRC校驗功能,采用Shock BurstTM技術(shù),發(fā)射速率可達 1 Mb/s。與藍牙、WiFi等無線技術(shù)相比,具有低功耗、傳輸速率高、抗干能力強、易于開發(fā)等優(yōu)點。

        1.2 控制器基本功能

        發(fā)送端功能:

        (1)通過鍵盤編輯和保存要發(fā)送的中文和英文信息;

        (2)設(shè)定LED屏顯示方式、字庫類型信息;

        (3)設(shè)定通信地址、將編輯好的信息采用ShockBurstTM方式發(fā)送給接收端。

        接收端功能:

        (1)接收發(fā)送端發(fā)送的信息,校驗并回復(fù);

        (2)將接收信息轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)485數(shù)據(jù)格式或以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包,與通用顯示卡通信;

        (3)直接實現(xiàn)通用LED文字顯示屏顯示控制。

        無線信息編輯器主要由單片機、nRF2401無線收發(fā)模塊、128×64液晶顯示屏、鍵盤、LED屏及其控制器組成,圖1為系統(tǒng)框圖。

        圖1 系統(tǒng)框圖

        1.3 LED顯示屏及其控制器

        選用通用LED顯示屏,控制器采用國內(nèi)通行的某型號 LED屏驅(qū)動控制卡,該控制卡具有簡單獨立的串口通信協(xié)議,由單片機控制可選擇多種顯示方式,可同時存儲多套節(jié)目;具有漢字字庫,可接收漢字內(nèi)碼數(shù)據(jù)。圖2為控制卡串口協(xié)議中實時顯示文字協(xié)議,第二個表格為基本數(shù)據(jù)包格式。

        圖2 控制卡串口實時顯示文字協(xié)議

        1.4 單片機和LCM

        STC89C516RD+是宏晶科技推出的低功耗、強抗干擾單片機,指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機,正常工作時功耗為4mA,掉電模式為2μA;工作電壓為3.6~2.0 V。具有64 KB Flash程序存儲器和 1 280 B RAM,35個 I/O引腳,共3個 16 bit定時器,內(nèi)置看門狗和 MAX810專用復(fù)位電路,4路外部中斷和1個通用異步串行口,LQFP封裝。

        LCM選用128×64點陣的液晶顯示模塊,自帶GB2312漢字字庫和字母、數(shù)字字庫,低功耗,工作電壓范圍在3.6~2.4 V之間。

        2 設(shè)計實現(xiàn)

        2.1 信息收發(fā)協(xié)議

        物理層芯片nRF2401的ShockBurst收發(fā)模式具有獨立的通信協(xié)議,為不同的接收端配置唯一的接收地址以提高通信抗干擾能力,其通信協(xié)議格式為:字頭、地址、信息數(shù)據(jù)包、CRC。ShockBurst發(fā)送和接收模式如圖3和4 所 示[1]。

        2.2 信息編輯

        2.2.1 鍵盤設(shè)計

        信息編輯由鍵盤、單片機和LCM模塊實現(xiàn),按鍵描述如表1。單片機根據(jù)按鍵輸入的數(shù)字字符串查表得到對應(yīng)拼音和漢字碼。選用常用的6 763個漢字的GB2312碼作為漢字信息載體,用ASCII碼作為數(shù)字和英文字母的單片機處理、保存和傳輸值。由于英文單詞數(shù)量很大,數(shù)字和字母鍵的復(fù)用在輸入字母字符串時顯得很不方便,且沒有實用的漢字查表輸入法,因此這里將字母鍵盤在LCM顯示屏上顯示,根據(jù)方向鍵和確認(rèn)鍵選擇需要的字母,返回并保存字母、數(shù)字的ASCII值。

        圖3 發(fā)送流程

        圖4 接收流程

        表1 鍵盤按鍵描述

        2.2.2 輸入法的設(shè)計

        由于數(shù)字鍵和字母鍵復(fù)用,鍵盤輸入的是0~9的數(shù)字串,采用二級數(shù)字索引確定對應(yīng)拼音和漢字碼。如輸入數(shù)字 “7315”對應(yīng)拼音 “shao”,先在首字母索引表Unsigned char(*PY_index_pointer[27])[8]中確定數(shù)字 7 對應(yīng)的第一個拼音數(shù)組PY_index_s的首地址,然后在數(shù)組PY_index_s、PY_index_t、PY_index_u 中找到“7315”對應(yīng)所有可能的拼音,如“shao”、“tian”,保存并返回這兩個拼音首字母對應(yīng)的地址;根據(jù)此地址可得到在GB2312漢字碼中對應(yīng)的第一個拼音為“shao”的漢字碼 C9D2(即漢字“梢”的GB2312碼);在LCM屏上顯示從C9D2開始以“shao”發(fā)音的漢字,如果希望顯示漢字“少”,則輸入偏移量 7,根據(jù) C9D2+7可得到“少”的漢字碼 C9D9;單片機存儲、處理,通信中就用 C9D9表示“少”[2]。

        3 無線通信抗干擾機制

        3.1 跳頻通信

        采用跳頻擴頻技術(shù)增強信號傳輸?shù)目垢蓴_性能,改變nRF2401的工作頻道 (工作頻率計算公式為:Channel=2 400 MHz+RF_CH*1.0 MHz,Channel為工作頻率,頻率間隔為1 MHz[1])可以實現(xiàn)頻率的跳變。為了快速找到?jīng)]有干擾的頻道,選用2.4 GHz頻段的低、中、高三個頻道的頻率跳變,頻道變換序列如表2。

        表2 頻道跳轉(zhuǎn)表

        開始發(fā)送時,發(fā)送端按照預(yù)先指定的頻率給接收端發(fā)送一次連接信號,然后進入等待接收狀態(tài),如果在之后10 ms內(nèi)沒有接收到返回值,重發(fā)2次連接信號,如果返回值正確,則在此頻道上保持通信;如果無返回值或返回值不正確,則跳轉(zhuǎn)到下一個通信頻道發(fā)送連接信號。接收方根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的頻率變換順序檢測各信道上是否有發(fā)送給自己的信息,如有,接收后返回一組信號,發(fā)送端在判斷返回值正確后,則可以在此信道上進行通信。在進入正常通信后,發(fā)送端可根據(jù)每次發(fā)送的信息的返回值判斷是否需要變換頻道重新發(fā)送數(shù)據(jù)[3]。

        發(fā)送端以每10 ms一次按照頻率變換順序向發(fā)送端發(fā)送連接信號;接收端以每30 ms按照頻道變換順序變換頻道,以檢測是否有信號接收。這樣在接收端的30ms周期內(nèi),發(fā)送端已遍歷所有頻道,可保證在某一頻道可連接成功。

        3.2 地址配置

        在實現(xiàn)頻率跳變的基礎(chǔ)上給nRF2401每個接收端配置不同的地址(ADDR1),需要考慮單片機內(nèi)部 ROM的大小和地址寬度ADDR_W配置值的大小。接收端只有接收到正確的地址后才繼續(xù)接收信息數(shù)據(jù)包(Packet)。

        3.3 CRC校驗和特殊字識別

        為了進一步提高無線通信的抗干擾能力,除了nRF2401無線通信協(xié)議自帶的CRC檢驗之外,在nRF2401無線通信協(xié)議中的信息數(shù)據(jù)包(Packet)中添加特殊字(4 B),如圖5所示。

        圖5 特殊字和CRC校驗

        發(fā)送端單片機在編輯好文字信息后,先添加LED控制器串口通信協(xié)議(圖2),然后將其分割為 24 B一個數(shù)據(jù)包添加到nRF2401通信協(xié)議中進行。

        4 軟件流程

        發(fā)送端軟件流程如圖6所示,接收端軟件流程如圖7所示。

        通過硬件、軟件設(shè)計和調(diào)試,該信息編輯器能夠?qū)崿F(xiàn)信息編輯和與LED顯示屏的無線通信功能??衫么司庉嬈鞲翷ED屏顯示內(nèi)容,簡化了LED顯示屏的維護過程,有助于提高維護人員工作效率。此信息編輯器適合在公共汽車、商店等安裝LED顯示屏的場所使用。

        圖6 發(fā)送端軟件流程圖

        圖7 接收端軟件流程圖

        [1]Single chip 2.4G tansceivernRF2401.Nordic VLSIASA.2003.

        [2]劉進軍,高美珍.基于單片機的漢字輸入法的實現(xiàn)[J].國外電子元器件,2006(12).

        [3]杜思深.無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2011.

        [4]陳海宴.51單片機原理及應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2010.

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