一种点对多点的无线数传系统设计

科技视界一种点对多点的无线数传系统设计

李俊1吴燕2王文娟猿

(1.江西应用科技学院信息工程学院袁江西南昌330100曰2.南昌师范学院物理系袁江西南昌330032曰猿援江西应用科技学院信息工程学院袁江西南昌330100冤

揖摘要铱针对无线传输效果不稳定袁采用主从式尧消息队列技术及随机延时的思想设计了一种点对多点的无线数传系统遥该模块由STC单片机尧射频芯片ESP和拨码开关等组成袁具有成本低廉袁实现简单等优点遥

揖关键词铱主从式曰点对多点曰无线传输

0引言

在短距离的通信中袁无线技术被普遍看好袁无线数据通信的应用领域越来越多院遥控遥测尧无线抄表尧工业数据采集系统尧身份识别等遥凡是布线繁杂或不允许布线的场合都希望能通过无线方案来解决遥目前主流的几种短距离无线传输有院蓝牙技术袁无线射频收发一体型芯片技术袁ZigBee技术袁射频识别技术袁IrDA技术曰其中射频技术因为功耗低和无方向性等优点而受到青睐遥

无线设备间的互连操作随处可见袁其核心问题是设备间通讯[1]遥本论文采用主从分布式尧消息列队技术及随机延时的思想实现点对多点的无线数传系统设计袁提高无线数据传输的准确性尧实时性和可靠性遥

撞袁采用一主多从模式袁并且模块的接收缓冲具有消息列队功能袁在同时接收两个及以上模块数据时袁可以自动规避冲突袁保证数据传输的准确性与可靠性遥

图2无线数传系统的硬件框图

图1点对多点的无线数传系统的结构框图

图3

2.1

射频收发芯片

1系统的基本结构

点对多点的无线数传系统的结构框图如图1所示袁由一台主无线模块和多个从无线模块构成袁可以实现无线数据的双向传输遥每个从无线模块都有独立的CPU袁与主无线模块的通讯互不影响袁不会因某个无线模块的故障而使整个系统失去控制袁不仅能提高系统的可用性袁更便于维护遥

2系统的硬件设计

在硬件方面袁无线数传系统的硬件框图如图2所示遥系统采用目前比较流行的低功耗尧抗干扰能力强尧误码低的射频收发芯片ESP8266袁52单片机最小系统袁外部串口袁电源模块袁拨码开关等研制无线数传模块遥为避免PC机与多外围设备或外围设备之间的数据碰

射频收发芯片ESP8266

如图3所示袁该芯片为低功耗无线芯片袁工作电压为3.3v袁由1117提供遥其遵循802.11b/g/n无线协议袁并自带完整的TCP/IP协议袁即该芯片模块具有13个信号频段院2412MHz.2417MHz.2422MHz.2427MHz.2432MHz.2437MHz,2442MHz.2447MHz.2452MHz.2457MHz.2462MHz.2467MHz.2472MHz遥可根据环境无线环境自动选择干扰较小的通信信道遥其无线功率可达到+20dBm袁自带50k数据缓存袁发射电流小于80ma袁待机功耗小于1mW袁从待机状态唤醒时间小于2ms遥其通信方式为UART串行接口袁波特率为115200袁与单片机的串口1相连接袁由单片机进行通信配置和数据传输遥

作者简介院李俊渊1979要冤,男袁硕士袁讲师袁江西应用科技学院信息工程学院专职教师袁主要研究方向为电子与通信工程遥吴燕渊1986要冤,女袁研究生袁讲师袁南昌师范学院物理系专职教师袁主要研究方向为智能系统与测控技术遥王文娟渊1986.12要冤袁女袁本科袁讲师袁江西应用科技学院教师袁主要研究方向为计算机科学技术遥

淫基金项目院2015年度江西省教育厅科学技术研究项目渊项目编号院GJJ151318冤遥

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科技视界2.2

单片机最小系统

2.3

外部串口

图4单片机最小系统

如图4所示袁单片机芯片为STC15F2K08S2袁芯片电源为5v单电源供电袁由LM2940提供电源供应袁单片机的静态功耗仅5mW,保证了系统的低功耗设计的可靠性遥

模块在复位电路设计中采用的是施密特触发复位袁单片机上的RESET管脚是触发输入管脚袁在复位电路设计中袁添加了一个干扰滤波电容遥只要按下S1袁无论单片机处于什么状态都会启动片内的唤醒定时器袁直到外部动作撤除时振荡器才重新开始运行遥计数到设定值后袁片内的电路完成了芯片程序的初始化遥在系统刚进入时正常初始化外袁一切不正当操作引发的死锁状态时袁可通过复位键使系统重新启动遥本系统采用了较为精简的阻容复位电路设计袁如图4设计可实现芯片运行过程中的按键复位遥在按下键时袁RSTET直接与VCC相互连接袁这样高电平形成复位操作袁同时C1电容也给电路放电袁松开开按键后VCC只对电容充电袁充电的过程中R6上仍然会有电流的存在袁系统还处于复位中充电结束后袁电容就相当于开路电路袁RSTET变为低电平袁C51单片机芯片正常运作遥其中R6的阻值是决定充电时间的设定袁阻值越大充电时间就越长遥

如图5所示袁外部串口为单片机的第二串口袁RX为P1.0,TX为P1.1,该串口在程序初始化配置中进行复用配置袁该接口可下接RS232转RS485接口袁拓展为RS485外围接口袁兼容RS485设备遥2.4电源模块

在模块设计上袁将会使用到+5V和3.3V的电源来驱动电路遥5V的电源电路我们选择LM2940集成稳压器袁3.3V的电源电路我们选择L1117低压差线性调压器袁LM2940集成稳压器电路如图

4所示袁这是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路遥IC采用集成稳压器2940袁在电路中C4尧C5分别为滤波电容袁R5为电路负载电阻遥D4为电源开关指示灯遥当输出电较大时袁2940应配上散热板遥

如图6所示电路为输出电压+5V的稳压电源及3.3v稳压电源遥5v稳压电源部分由电源输入端J1袁整流二极管D5袁滤波电容C4尧C5袁防止自激电容C6尧C7和一只固定式三端稳压器渊2940冤极为简捷方便地搭成的遥

3.3V稳压电源电路采用的是L1117低压差线性调压器袁LM1117是一个可调电压芯片遥同时它还可以固定输出3.3V电压的袁电路前后各配两个滤波电容袁根据芯片规格书上的要求建议使10uF的电容袁根据电容值的增加可以提高回路的稳定性和瞬间响应遥因此在电路设计上使用22uF的电容遥增加一个小电容是使得电路可以滤掉更加高频的交流信号袁这样通过一大一小的电容配合来扩大滤波的频率范围袁使得到的3.3V电压中掺杂更少的谐波遥

图6电源模块

图5外部串口模块

15F2K08S2采用的是外部晶振袁通过调整外部时钟源来调整整个系统的时钟袁使系统运行速度更快遥如图4所示袁在设计中外部晶振的频率范围是10MHz耀20MHz遥本系统使用外部12MHz晶振袁这样在计算时间方面就会很方便袁因为一个机器周期为1/12时钟周期袁选用12M晶振的话袁一个时钟周期为12us袁那么定时器计一次数就是1us了袁电路如图3-7袁C2尧C3为旁路电容袁电容范围在20-40pF之间袁这里连接的是30pF的电容遥系统中用12MHz晶振除了计算方便外海可以使波特率更精确袁同时能够支持15F2K08S2芯片内部PLL功能及ISP功能遥2

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图7

2.5

拨码开关

拨码开关

如图7所示袁拨码开关为8位拨码开关袁连接在单片机的P2.5袁P2.4袁P2.3袁P2.2袁P2.1袁P2.0袁P3.7袁P3.6接口与GND之间袁在系统中的功能为手动设置客户端ID袁其编码方式为二进制编码方式袁可设置256个客户

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科技视界端2.6ID遥

如存图储8电所路

示袁其A0袁A1袁A2全部接地袁其WP脚也接地遥由于芯片内部无上拉电阻袁故将7,8两数据脚通过R7袁R8两个10K欧姆电阻上拉至5v遥

本模块的储存电路采用的是电可擦可编程只读存储器袁掉电后芯片的数据不丢失袁芯片在系统中可以进RAM行在线重已有信和息程袁序配并ROM置袁重新编的并程功保袁能持本袁修系并改统可的采以结用在果遥它兼有数据存系储统芯设片备24C256上擦除袁其容量大小为256k袁可读尧可写尧可擦除袁拥有两线串行接口总新袁兼容I2C遥本设计中24C256通过I2C总线实SCL现互通遥图8为存储电路硬件电路图袁其VCC引之脚间都介为入上漏拉极电开阻路遥

袁所以必需在这两中个引SDA脚和跟图8存储电路

3系统的软件设计

无线数传模块接收串口数据的处理流程如图9所示袁为保证系统能正常运行袁任一条指令或数据袁在规定时间内未应答袁可以重发3次袁一旦超过了重发次数袁就放弃此条指令或数据袁进入下一条指令或数据的通信遥新数据包ID依次为00-0xFF袁如果数据包发送不成功渊需重发的数据包冤则该序号不增加袁从机通过该序号判定是否是重复数据遥

图9串口数据处理流程

4

实物测试

4.1

在实实物际制制作

作前进一步确定原理图的正确性袁通过

对原理图的进一步排查找出设计中疏漏的地方袁在排查完后将原理图制作成PCB图袁在生成PCB图后根据选PCB用和作袁的品确元美定器观双件布层的局板布局并考虑成本问题后采取双层的电后子采元用器手件动的布位线置袁这袁尽样量根使据电PCB气特图性中的线路设计合理化袁完成PCB的制作后接下来就会进入到实际制作PCB板的过程中袁由于是双层板袁实验室目前没有条件实现袁因此,使用万用洞洞板进行焊接验证袁如图10所示为电路实物照片遥

图10

电路实物照片

4.2

2.数测据试模记块录

的频段基于标2.472GHz一427GHz袁共室13内渊个24信小道冤袁信道可准自2.动4G调节渊袁2.测412GHz试选择-渊数一块据块USB时冤袁主机渊一块无线通信模块袁如无转TTL模块冤电压12V袁电流100mA袁从机图线11通所信示模遥

块冤电压12V袁电流50mA袁测试部分1000m经过测试发现袁在空旷会下降曰袁当最中远间可有达门180m或者遥其在他有障传效碍输距物有离阻效内隔距袁系时离统袁最接远传收可输距达的离正确率能达到99%遥

图11数据记录

5结论

本文所设计的一点对多点的无线数传系统袁具有良好的准确性尧实时性尧可靠性遥通过实验测得院在空旷传输有效距离最远可达1000m曰当中间有门或者其他障碍物阻隔时袁接收距离会下降袁最远可达180m遥在有效距离内袁系统传输的正确率能达到99.9%袁可靠性较好袁完全可以应用于相关测控领域遥

咱员暂输[J].吴现燕在,周电子玉林技术.采,2012,35(21):10-12用主从揖参考方式文实献现铱

点援对多点的渊下无转线第数传21设页计冤

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科技视界面为主流文化不断提供新的元素遥精神文化尧制度文化尧行为文化成熟的社团与社会主义核心价值观教育的要求相符合袁进一步渗透延伸到社团文化的宗旨尧章程尧具体活动等方方面面中去袁给社团及成员形成一种良好的精神氛围袁将会成为凝聚社团的无形力量袁同时也起到更加严谨尧更加规范的作用遥

的核心作用袁在社团达到一定规模时袁有意识地挖掘社团野核心人物冶袁发挥他们的骨干带头作用袁积极打造野团委要要要专业导师要要要社团组织要要要核心人物要要要社团成员冶的网格化模式袁有利于关注到社团的每个成员的个性发展袁提升社团文化及社团成员的综合素养袁使社会主义核心价值观教育在全体学生中实现全覆盖遥

渊猿冤创新社团活动内涵

丰富和创新社团活动内涵袁结合传统节庆日尧各类形式典礼尧重要事件及纪念日寓教于乐地开展特色鲜明尧吸引力强尧影响力大的主题教育活动袁把社会主义核心价值观内容寓教育于文化活动中去袁同时也要根据社团类别开展专业化活动遥例如公益实践类国学社以国学礼仪尧朗读者等活动鼓励和引导学生读国学尧学国学尧讲国学曰青年志愿者协会开展野盲人图书馆志愿服务冶尧野文明我先行系列冶等志愿服务活动遥专业技能类社团如自动化技术社尧E时代尧数学建模协会等袁培养具有较强实践能力尧富有创造力和创新能力的学生等袁有力推动学生社团的健康发展袁真正促进社会主义核心价值观入脑尧入心袁发挥野内驱力冶遥

渊源冤加强社团交流与合作

鼓励倡导社团走出校园尧走向社会袁与兄弟院校保持合作袁共同探讨发展过程中遇到的各种问题袁寻求解决对策遥俗话说野众人拾柴火焰高冶袁与兄弟院校社团文化形成野合力冶袁结合新形势尧新情况袁不断地探索新的发展建设途径袁同时加强社团网站建设袁利用好野两微一端冶新媒体平台传播社团的先进思想和文化袁提升社团的影响力袁让网络环境成为社团活动宣传的新阵地袁展示全新的社团文化特色的新途径遥

猿学生社团在社会主义核心价值观教育中发挥作用之初探

学生社团作为社会主义核心价值观教育的有效载体袁要让学生社团在社会主义价值观教育中发挥实际作用袁就必须了解该校学生社团的特点袁结合实际创新方式方法袁激发管理效能遥笔者现以无锡开放大学学生社团为例袁具体分析如何充分发挥社团在高职院校社会主义核心价值观教育中的作用遥

无锡开放大学现有在校生2695人袁调查统计目前已有53个学生社团袁据近一年社团纳新情况来看袁共招募社团成员1432名渊累计人数冤遥学生社团联合会下属有专业技能类13个尧体育活动类18尧传媒艺术类7个尧创新创业类5个尧公益实践类10个袁其中青年志愿者协会尧国学社以东林书院志愿讲解尧盲人图书馆尧农民工子弟学校支教等公益服务项目为特色袁现有注册志愿者260余人袁各班班长尧团支书等学生干部自动列入志愿者计划遥

渊员冤建立健全社团制度

社团文化的各项规章制度与社会主义核心价值体系的要求相融合袁实现管理制度与文化理念的有效衔接袁让学生社团在社会主义核心价值观教育中充分发挥其功能袁建立健全学生社团各项管理制度是非常必要的遥尝试以校团委直接牵头完善社团管理办法袁如出台叶进一步加强社团管理引领社会主义核心价值观教育曳尧并制定叶社团纳入学分制考核细则曳等袁将社团管理纳入学生思想政治教育日常考核袁做好社团人的跟踪建档及实践活动记载袁协同教务处尧学生工作处尧招生就业处等做好考核工作袁并计入期末总学分袁坚持以制度管事袁以制度管人袁真正把制度落在实处遥

渊圆冤建立专业导师制袁培养野核心人物冶

学生社团有专业技能类尧体育活动类尧公益实践类等各种类别袁过去由辅导员及从事学生工作的老师担任兼任一个或多个指导老师袁往往会存在业务繁忙袁专业不对口袁指导内容局限等困难袁社团引领优势并未凸显遥例如野自动化专业社团冶尧野会计社冶等专业性较强的社团袁因根据社团的类别在全校范围内选聘专业指导老师担任指导工作袁既有利于学生的思想引领尧专业发展尧职业规划等全面发展袁又能发挥学生社团第二课堂育人作用遥此外可以提出野一对一冶的社团导师制有利于社团工作开展袁同时要充分发挥社团人渊上接第3页冤

源结束语

学生社团在高职院校社会主义核心价值观教育中生动地体现了爱国主义教育尧理想信念教育尧诚实守信教育尧爱岗敬业教育等主题袁充分发挥社团在学生中的积极影响力袁潜移默化地影响社团成员的思想和行为袁社团文化的熏陶和丰富的社团活动开展袁能够不断完善和提生学生在实践中加深对社会主义核心价值观的认知袁真正成为一个有理想尧有道德尧有文化尧有纪律的好青年遥

揖参考文献铱

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