无线及蓝牙在手持终端的应用

2016-03-09湄洲湾职业技术学院

电子世界 2016年3期

湄洲湾职业技术学院林航

无线及蓝牙在手持终端的应用

湄洲湾职业技术学院林航

【摘要】随着无线数据传输及蓝牙数据传输的普及应用，让多设备共用一个终端成为必要。利用该通用终端，可以实现对多设备的数据采集、命令控制，如果本身再设计一个大容量存储器，则可以对多设备数据进行设备本身之外的再次备份，以及对一些相同型号设备的不同工作效果进行数据比较分析，为找出问题提供了依据。

【关键词】无线；蓝牙；手持；终端

随着无线传输及微处理器技术的不断发展，以往通过有线连接实现对设备或控制器的参数设定、数据采集及调试变得不便起来，人们都希望能通过短距离无线通信方案来解决这一问题。

本文介绍的就是利用无线及蓝牙相结合的方式实现单终端对多种设备的数据通信，实现最大程度的兼容性。它采用高性能、低价位、低开发成本的深圳STC通用单片机12C5A60S2作为主处理器，通过NRF24L01无线通信模块实现对同样安装此通信模块的设备进行交互，通过HC-06蓝牙通信模块对具有蓝牙功能的设备进行交互，最终实现多设备的手持无线终端共用。

1 系统构成

图1 系统构成框图

系统构成框图如图1所示，它主要由MCU控制单元、触摸显示单元（包含存储）、NFR24L01无线收发单元、HC-06蓝牙收发一体单元、DS1302时钟单元及电源模块构成。总电路图见图2。

1.1 MCU单元

STC12C5A60S2单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路、2路PWM、8路高速10位A/D转换(250K/S)，针对电机控制及强干扰场合。片上集成1280字节RAM，可用于少量特定参数存储（例如地址、波特率及设备名等），工作频率范围：0-35MHz，相当于普通8051的 0～420MHz;支持ISP(在系统可编程)。

1.2 触摸屏单元

人机交互单元采用GYTF024HY25TP-37D彩屏，它是具有320*240分辨率的TFT彩色液晶屏，能够较大程度显示我们所需要的信息，该模块带有相同尺寸的触摸控制屏，能够灵活且大范围提供交互，减少接口地址，触摸控制器使用4线制电阻式触摸屏控制器XPT2046。XPT2046能通过执行两次A/D转换查出被按的屏幕位置，除此之外，还可以测量加在触摸屏上的压力，功耗可小于0.75mW。此显示模块还带有SD卡，使用SPI协议让单片机实现对设备的大数据接收后进行备份及比较。

1.3 无线收发单元

无线收发单元采用NRF24L01模块，该模块采用超低功耗高性能2.4GHz GFSK无线收发芯片，专为低功耗无线场合设计，集成嵌入式ARQ基带协议引擎的无线收发器芯片。工作频率范围为2400MHz-2525MHz，共有126个1MHz带宽的信道。数据传输速率与PA输出功率都可以调节，支持2Mbps、1Mbps、250Kbps三种数据速率。针对低功耗应用场合进行了特别优化，在关断模式下，所有寄存器值与FIFO值保持不变，关断电流为0.7uA；在待机模式下，时钟保持工作，电流为15uA，并且可以在最长130uS时间内开始数据的收发。微控制器（MCU）通过SPI接口对芯片少数几个寄存器配置即可以实现数据的收发通信。数字I/O兼容2.5V/3.3V/5V等多种标准I/O电压，可以与各种MCU端口直接连接。

图2 无线及蓝牙手持终端电路原理图

1.4 蓝牙收发一体单元

蓝牙收发一体单元采用HC-06模块，该模块采用CSR主流蓝牙芯片，支持蓝牙V2.0协议标准，串口模块工作电压3.3V。通讯波特率为1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600，115200，用户可自由设置。工作电流：40MA；休眠电流：小于1MA。可以与蓝牙设备进行无缝连接。

1.5 日历时间单元

本系统采用的日历时间单元是DS1302模块，DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。具有主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力，实现断电依然走时的功能。设置时间模块可以对各设备进行对时，可以记录与各个设备通讯的时间点，便于将来分析。

1.6 电源管理单元

本系统的电源设计为18650锂电池供电，通过LT1619升压电路提供5V电源，电路图见图3，再经过AMS117提供3.3V电源。LT1619是一款固定频率电流模式控制器,用它可以最少的外部元件实现升压、SEPIC和反激变换器。同时利用STC12C5A60S2的P1.0口对电池电压进行监测，实时在彩屏上显示电池容量及缺电提醒。

图3 18650锂电池升压电路原理图

2 系统运行

系统运行分为调试模式和正式运行模式，两者可互相切换，在调试模式中建立各个设备组，每个组又包含不同的设备，每个设备都有相应的编号、名称、通讯方式、通讯地址或握手编码。整个系统上电之后选择相应的设备组就可以进行对该组设备的循环检查，如需对某个设备进行参数设置，则停止循检模式，开启一对一的设置模式进行设定。

2.1 开发环境

软件的开发环境为 keil μVision4，使用keil C5 语言编写，线路板提供在线编写接口，利用Stc-Isp编程软件实现在线编程，可以很好的提高测试效率。由于采用触摸彩屏，所以可以实现更多的交互界面，例如巡检界面、调试界面、远程设定界面、数据备份界面等等。同时触摸控制也实现了更加灵活直观的切换。

2.2 MCU编程要点

STC12C5A60S2单片机除了基本的32个I/O口外，在不使用外部存储器的情况下还可以增加3个I/O口，本系统共需要34个I/O口，MCU利用增加的I/O口可以满足要求。由于端口的限制，GYTF024HY25TP-37D彩屏放弃16位数据传输编程，改成8位数据传输编程。

手持终端是作为发起通讯端，对于安装NRF24L01的设备，手持终端通过地址切换，跳频实现对多设备的通信，对于蓝牙设备则通过握手协议来区分。每个设备的每次通讯数据设定为64字节的数组，且第一个字节和最后一个字节作为校验码，以确认这组数据是否有效。这种数据量能满足大部分设备参数要求，当需要大数组采集时，由手持终端发起大数组采集命令，让设备开启大数组发送，当中的校验码也是必须的，通过MCU再将数据存放到SD卡当中。