周煒杰 周媛 余佳琦 楊嶺玉

摘? 要：以ATMEGA16A單片機、ESP8266 Wi-Fi模塊為核心，設計并制作基于Wi-Fi的多路二維碼讀取系統(tǒng)，實現(xiàn)無線化的數(shù)據(jù)接收與發(fā)送。通過多個二維碼掃描儀獲得相關數(shù)據(jù)并發(fā)送信息給服務器，服務器接收數(shù)據(jù)并導入數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)讀取與存儲和整合過程為自動化操作。系統(tǒng)配有簡潔易用的客戶端，用戶可通過客戶端操作，實時獲取信息。

關鍵詞：單片機;Wi-Fi;二維碼;物聯(lián)網(wǎng);數(shù)據(jù)庫

中圖分類號：TP274 文獻標志碼：A? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）35-0027-02

Abstract： With ATMEGA16A single-chip computer and ESP8266 Wi-Fi module as the core， a multi-channel two-dimensional code reading system based on Wi-Fi is designed and manufactured to achieve wireless data reception and transmission. The related data is obtained through multiple two-dimensional code scanners and sent information to the server， which receives the data and imports it into the database. Data reading and storage and integration processes are automated. The system is equipped with a simple and easy-to-use client， through which users can obtain information in real time.

Keywords： single-chip computer; Wi-Fi; two-dimensional code; internet of things; database

引言

近幾年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，在多數(shù)領域中有線連接的方式已經不能滿足科技高速發(fā)展的要求，無線通信的方式正進入到我們生活中的各個領域[1]。它與有線連接方式相比，具有全天候在線，不受傳輸線材約束的優(yōu)點。二維碼作為一種新的信息承載者有著數(shù)據(jù)量大、應用方便、糾錯能力強等特點[2]。本文設計了一個以ATmega16A單片機和ESP8266 Wi-Fi模塊為主要功能器件的多路二維碼讀取系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體設計

本系統(tǒng)主要實現(xiàn)兩個功能：接收讀取二維碼數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)到服務器。整個基于Wi-Fi的多路二維碼讀取系統(tǒng)的系統(tǒng)架構如圖1所示。多路二維碼讀取系統(tǒng)的具體工作過程如下：Wi-Fi模塊接收二維碼掃描器的數(shù)據(jù)，并發(fā)送當前狀態(tài)給單片機，單片機監(jiān)測Wi-Fi模塊的狀態(tài)，并發(fā)送相應控制命令，使其進入對應的工作模式。處于Wi-Fi信號范圍內的Wi-Fi模塊再通過無線局域網(wǎng)把數(shù)據(jù)發(fā)送給服務器。服務器接收到數(shù)據(jù)后，會把數(shù)據(jù)導入數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的管理、整合?？蛻舳朔掌鬟€會根據(jù)當前Wi-Fi模塊的連接狀態(tài)，顯示相應信息給用戶，如果連接異常，對應的警示燈就會亮起。

2 系統(tǒng)硬件設計

系統(tǒng)的硬件設計主要可以分為三個部分：單片機及其外圍控制電路，ESP8266 Wi-Fi模塊、二維碼數(shù)據(jù)接收電路。

2.1 單片機及其外圍電路

本設計選用高性能、低功耗的8位單片機——ATmega16A。該芯片為系統(tǒng)提供可靠控制與強大數(shù)據(jù)處理能力。單片機及其外圍電路包括ATmega16A最小系統(tǒng)、繼電器、狀態(tài)指示燈。主要功能實現(xiàn)部分，單片機的兩個串行通信接口和Wi-Fi模塊對應相連，通過發(fā)送AT指令來配置Wi-Fi模塊，實現(xiàn)連接Wi-Fi、進入透傳模式、發(fā)送數(shù)據(jù)等功能。狀態(tài)指示部分兩個高亮LED通過串聯(lián)一個限流電阻后與單片機的PA0、PA1口相連。在Wi-Fi模塊搜索到無線AP后并連接上服務器后，會返回給單片機一個指令，通過校驗返回指令末位的“OK”二字的ASCII碼，來判斷Wi-Fi模塊是否順利連接上服務器。如果連接上服務器，指示燈變綠表示工作正常，主程序的流程圖如圖2所示。

2.2 ESP8266 Wi-Fi模塊

目前，市面上可供選擇的Wi-Fi模塊有很多，在權衡設計成本和可靠性后，選擇ALIENTEK公司出品的一款串口轉無線模塊。通過ATK-ESP8266模塊，傳統(tǒng)的串口設備只需要簡單的串口配置，就可以方便快捷的通過Wi-Fi傳輸數(shù)據(jù)[3]。而且ATK-ESP8266模塊也支持串行接口，電源電壓可以匹配3.3伏特和5伏特單片微型計算機系統(tǒng)，可以很方便的和單片機進行連接。模塊支持串口轉Wi-Fi STA、串口轉AP和Wi-Fi STA+Wi-Fi AP的模式，從而可以高效的構建串口——Wi-Fi數(shù)據(jù)傳輸方案。本設計中利用單片機發(fā)送AT指令配置Wi-Fi模塊。

在實際調試中，發(fā)現(xiàn)單片機的RXD和TXD并聯(lián)Wi-Fi模塊的數(shù)據(jù)通路后可能會無法正常工作，于是加入1路繼電器模塊JQC-3FF來控制單片機的RXD，TXD與Wi-Fi模塊的數(shù)據(jù)線的通斷。JQC-3FF有受控側和控制側，控制側由單片機控制，低電壓低電流;受控側接入高電壓，高電流。控制側的三個端口分別接VCC，GND，單片機的PC0口，PC0作為控制信號的輸入端。受控側COM口并聯(lián)接在Wi-Fi模塊的RXD口，NO口接在單片機的TXD。每當接通電源時，配置PC0口輸出高電平，導通RXD與TXD。當單片機收到Wi-Fi模塊回傳Wi-Fi連接成功指令后，立即配置PC0口輸出低電平，斷開COM與NC之間的連接，即斷開單片機的TXD與Wi-Fi模塊的RXD的連接。

2.3 二維碼數(shù)據(jù)接收電路

二維碼掃碼器通過九針串口與Wi-Fi模塊和單片機連接。由于掃碼器和單片機提供的信號電平與RS232的標準不同，因此電平轉換應通過MAX232的芯片進行。掃碼器掃描到的二維碼數(shù)據(jù)通過電平轉換芯片MAX232轉換后，送入Wi-Fi模塊，并經內部微處理器處理后，發(fā)送給服務器。

在實際測試中，發(fā)現(xiàn)MAX32對電源十分敏感，一旦電源電壓不穩(wěn)定，大概率導致MAX232芯片發(fā)熱嚴重，從而無法和Wi-Fi模塊和單片機通信，因此需要先經穩(wěn)壓后再給MAX232和本系統(tǒng)供電。

3 客戶端軟件設計

本設計的服務器客戶端是用Visual Studio2019開發(fā)的。Client/Server是一種數(shù)據(jù)庫的結構，本設計的系統(tǒng)是使用這種數(shù)據(jù)庫結構將多個數(shù)據(jù)轉發(fā)模塊作為客戶端連接到PC端的服務器[4]?；顒訑?shù)據(jù)對象（ADO）可以對數(shù)據(jù)庫進行訪問，是一種自動化接口技術，ADO技術創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫的使用程序速度非?？欤彩亲罟?jié)省網(wǎng)絡流量的一種數(shù)據(jù)庫訪問技術，并且能為數(shù)據(jù)庫提供質量高的接口[5]。Wi-Fi模塊與計算機通信是依賴于TCP/IP協(xié)議，端口配置文件通過改寫文本文檔“port”來實現(xiàn)，每次軟件運行前會讀取文檔中的端口號，因此可以同時配置連接不同端口號的設備。設備上線后，顯示綠燈，離線顯示紅燈。軟件主面板會顯示設備的具體信息，包括端口號、IP地址。數(shù)據(jù)被接收后，會自動導入到數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)分組顯示?？蛻舳私缑嫒鐖D3所示。

4 結論

本系統(tǒng)在設計前期進行了充分的理論研究;驗證了其可行性后，設計并實現(xiàn)了基于Wi-Fi的多路二維碼讀取系統(tǒng)。整機在運行過程中，能正常處理數(shù)據(jù)并實時同步到服務器，可靠性高。本設計利用低功耗的單片機和Wi-Fi模塊，提供了一種新型物聯(lián)網(wǎng)設計方案，非常適合移動應用場景下的多路二維碼讀取。同時，因其硬件成本的低廉而具有很高的性價比。若能夠在本系統(tǒng)的基礎上，稍加擴展，便可組成覆蓋面積廣、超多路并行傳輸?shù)亩S碼讀取網(wǎng)絡。

參考文獻：

[1]王燕.基于Wi-Fi模塊的多路燈光控制系統(tǒng)開發(fā)[J].電子世界，2015，479（17）：186-188.

[2]陳守喆.基于二維碼的信息管理系統(tǒng)[D].華南理工大學，2016.

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[4]羅亞非.基于TCP的Socket多線程通信[J].電腦知識與技術，2009，5（3）：563-565.

[5]徐楓，馬國之，劉良旭.基于ADO技術的數(shù)據(jù)庫訪問研究與實現(xiàn)[J].計算機工程與設計，2004（01）：107-110.