湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 林 航

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無(wú)線及藍(lán)牙在手持終端的應(yīng)用

湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 林 航

【摘要】隨著無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸及藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠占皯?yīng)用，讓多設(shè)備共用一個(gè)終端成為必要。利用該通用終端，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、命令控制，如果本身再設(shè)計(jì)一個(gè)大容量存儲(chǔ)器，則可以對(duì)多設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)備本身之外的再次備份，以及對(duì)一些相同型號(hào)設(shè)備的不同工作效果進(jìn)行數(shù)據(jù)比較分析，為找出問(wèn)題提供了依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】無(wú)線；藍(lán)牙；手持；終端

隨著無(wú)線傳輸及微處理器技術(shù)的不斷發(fā)展，以往通過(guò)有線連接實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備或控制器的參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)采集及調(diào)試變得不便起來(lái)，人們都希望能通過(guò)短距離無(wú)線通信方案來(lái)解決這一問(wèn)題。

本文介紹的就是利用無(wú)線及藍(lán)牙相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)單終端對(duì)多種設(shè)備的數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)最大程度的兼容性。它采用高性能、低價(jià)位、低開(kāi)發(fā)成本的深圳STC通用單片機(jī)12C5A60S2作為主處理器，通過(guò)NRF24L01無(wú)線通信模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)同樣安裝此通信模塊的設(shè)備進(jìn)行交互，通過(guò)HC-06藍(lán)牙通信模塊對(duì)具有藍(lán)牙功能的設(shè)備進(jìn)行交互，最終實(shí)現(xiàn)多設(shè)備的手持無(wú)線終端共用。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成框圖

系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖1所示，它主要由MCU控制單元、觸摸顯示單元（包含存儲(chǔ)）、NFR24L01無(wú)線收發(fā)單元、HC-06藍(lán)牙收發(fā)一體單元、DS1302時(shí)鐘單元及電源模塊構(gòu)成。總電路圖見(jiàn)圖2。

1.1 MCU單元

STC12C5A60S2單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路、2路PWM、8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S)，針對(duì)電機(jī)控制及強(qiáng)干擾場(chǎng)合。片上集成1280字節(jié)RAM，可用于少量特定參數(shù)存儲(chǔ)（例如地址、波特率及設(shè)備名等），工作頻率范圍：0-35MHz，相當(dāng)于普通8051的 0～420MHz;支持ISP(在系統(tǒng)可編程)。

1.2 觸摸屏單元

人機(jī)交互單元采用GYTF024HY25TP-37D彩屏，它是具有320*240分辨率的TFT彩色液晶屏，能夠較大程度顯示我們所需要的信息，該模塊帶有相同尺寸的觸摸控制屏，能夠靈活且大范圍提供交互，減少接口地址，觸摸控制器使用4線制電阻式觸摸屏控制器XPT2046。XPT2046能通過(guò)執(zhí)行兩次A/D轉(zhuǎn)換查出被按的屏幕位置， 除此之外，還可以測(cè)量加在觸摸屏上的壓力，功耗可小于0.75mW。此顯示模塊還帶有SD卡，使用SPI協(xié)議讓單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的大數(shù)據(jù)接收后進(jìn)行備份及比較。

1.3 無(wú)線收發(fā)單元

無(wú)線收發(fā)單元采用NRF24L01模塊，該模塊采用超低功耗高性能2.4GHz GFSK無(wú)線收發(fā)芯片，專為低功耗無(wú)線場(chǎng)合設(shè)計(jì)，集成嵌入式ARQ基帶協(xié)議引擎的無(wú)線收發(fā)器芯片。工作頻率范圍為2400MHz-2525MHz，共有126個(gè)1MHz帶寬的信道。數(shù)據(jù)傳輸速率與PA輸出功率都可以調(diào)節(jié)，支持2Mbps、1Mbps、250Kbps三種數(shù)據(jù)速率。針對(duì)低功耗應(yīng)用場(chǎng)合進(jìn)行了特別優(yōu)化，在關(guān)斷模式下，所有寄存器值與FIFO值保持不變，關(guān)斷電流為0.7uA；在待機(jī)模式下，時(shí)鐘保持工作，電流為15uA，并且可以在最長(zhǎng)130uS時(shí)間內(nèi)開(kāi)始數(shù)據(jù)的收發(fā)。微控制器（MCU）通過(guò)SPI接口對(duì)芯片少數(shù)幾個(gè)寄存器配置即可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)通信。數(shù)字I/O兼容2.5V/3.3V/5V等多種標(biāo)準(zhǔn)I/O電壓，可以與各種MCU端口直接連接。

圖2 無(wú)線及藍(lán)牙手持終端電路原理圖

1.4 藍(lán)牙收發(fā)一體單元

藍(lán)牙收發(fā)一體單元采用HC-06模塊，該模塊采用CSR主流藍(lán)牙芯片，支持藍(lán)牙V2.0協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，串口模塊工作電壓3.3V。通訊波特率為1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600，115200，用戶可自由設(shè)置。工作電流：40MA；休眠電流：小于1MA?？梢耘c藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行無(wú)縫連接。

1.5 日歷時(shí)間單元

本系統(tǒng)采用的日歷時(shí)間單元是DS1302模塊，DS1302 是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V～5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。具有主電源/后備電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力，實(shí)現(xiàn)斷電依然走時(shí)的功能。設(shè)置時(shí)間模塊可以對(duì)各設(shè)備進(jìn)行對(duì)時(shí)，可以記錄與各個(gè)設(shè)備通訊的時(shí)間點(diǎn)，便于將來(lái)分析。

1.6 電源管理單元

本系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)為18650鋰電池供電，通過(guò)LT1619升壓電路提供5V電源，電路圖見(jiàn)圖3，再經(jīng)過(guò)AMS117提供3.3V電源。LT1619是一款固定頻率電流模式控制器,用它可以最少的外部元件實(shí)現(xiàn)升壓、SEPIC和反激變換器。同時(shí)利用STC12C5A60S2的P1.0口對(duì)電池電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)在彩屏上顯示電池容量及缺電提醒。

圖3 18650鋰電池升壓電路原理圖

2 系統(tǒng)運(yùn)行

系統(tǒng)運(yùn)行分為調(diào)試模式和正式運(yùn)行模式，兩者可互相切換，在調(diào)試模式中建立各個(gè)設(shè)備組，每個(gè)組又包含不同的設(shè)備，每個(gè)設(shè)備都有相應(yīng)的編號(hào)、名稱、通訊方式、通訊地址或握手編碼。整個(gè)系統(tǒng)上電之后選擇相應(yīng)的設(shè)備組就可以進(jìn)行對(duì)該組設(shè)備的循環(huán)檢查，如需對(duì)某個(gè)設(shè)備進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，則停止循檢模式，開(kāi)啟一對(duì)一的設(shè)置模式進(jìn)行設(shè)定。

2.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境

軟件的開(kāi)發(fā)環(huán)境為 keil μVision4，使用keil C5 語(yǔ)言編寫(xiě)，線路板提供在線編寫(xiě)接口，利用Stc-Isp編程軟件實(shí)現(xiàn)在線編程，可以很好的提高測(cè)試效率。由于采用觸摸彩屏，所以可以實(shí)現(xiàn)更多的交互界面，例如巡檢界面、調(diào)試界面、遠(yuǎn)程設(shè)定界面、數(shù)據(jù)備份界面等等。同時(shí)觸摸控制也實(shí)現(xiàn)了更加靈活直觀的切換。

2.2 MCU編程要點(diǎn)

STC12C5A60S2單片機(jī)除了基本的32個(gè)I/O口外，在不使用外部存儲(chǔ)器的情況下還可以增加3個(gè)I/O口，本系統(tǒng)共需要34個(gè)I/O口，MCU利用增加的I/O口可以滿足要求。由于端口的限制，GYTF024HY25TP-37D彩屏放棄16位數(shù)據(jù)傳輸編程，改成8位數(shù)據(jù)傳輸編程。

手持終端是作為發(fā)起通訊端，對(duì)于安裝NRF24L01的設(shè)備，手持終端通過(guò)地址切換，跳頻實(shí)現(xiàn)對(duì)多設(shè)備的通信，對(duì)于藍(lán)牙設(shè)備則通過(guò)握手協(xié)議來(lái)區(qū)分。每個(gè)設(shè)備的每次通訊數(shù)據(jù)設(shè)定為64字節(jié)的數(shù)組，且第一個(gè)字節(jié)和最后一個(gè)字節(jié)作為校驗(yàn)碼，以確認(rèn)這組數(shù)據(jù)是否有效。這種數(shù)據(jù)量能滿足大部分設(shè)備參數(shù)要求，當(dāng)需要大數(shù)組采集時(shí)，由手持終端發(fā)起大數(shù)組采集命令，讓設(shè)備開(kāi)啟大數(shù)組發(fā)送，當(dāng)中的校驗(yàn)碼也是必須的，通過(guò)MCU再將數(shù)據(jù)存放到SD卡當(dāng)中。

3 結(jié)語(yǔ)

文中介紹的無(wú)線及藍(lán)牙手持終端 ，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，技術(shù)成熟、功耗低，性價(jià)比高，能夠?qū)Χ喾N設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控、調(diào)試及數(shù)據(jù)備份，有一定的實(shí)用價(jià)值，同時(shí)可以方便的進(jìn)行在線升級(jí)功能。因此，該方案適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)升級(jí)便會(huì)有良好的推廣價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景。

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林航（1975—），男，福建仙游人，實(shí)驗(yàn)師，主要從事電氣自動(dòng)化實(shí)踐教學(xué)及研究。

作者簡(jiǎn)介：