基于STM32的电路板通信方式检测系统设计*

2021-10-21刘光硕张路刘海波邓自宁

科学与信息化 2021年26期

刘光硕张路刘海波邓自宁

北方民族大学计算机科学与工程学院宁夏银川 750000

引言

随着嵌入式技术和通信技术的发展，电路板被广泛运用到各个行业。随之而来的电路板检测技术也变得越来越重要，它影响各行各业的发展，其中电路板通信方式的检测显得尤为重要。它承担着传输数据的重要作用，如果出现问题，整个系统将会瘫痪。由于常用的通信方式不是插电即用，无法通过检测电气信号来判断其好坏，所以现有的检测仪器，如万用表、示波器以及ICT在线监测仪器等都无法很好地实现对通信方式的检测。本文介绍了对常用通信方式进行二次开发形成一个固件库，利用固件库中的接口检测通信方式。该固件库中包含了ZIGBEE[2]、WIFI[1]、LORA[3]等常用通信方式的设备初始化、设备参数以及数据传输等方法。用户通过调用上述方法实现检测仪器与通信方式的无线连接，进而检测通信方式是否出现故障。

1 器件选型

1.1 中控芯片

本系统选用ST公司出品的STM32F1系列芯片STM32F103 ZET6作为中控芯片。该芯片拥有体积小，功能强以及开发简单的特点。芯片提供了5路串口，可供系统同时连接5种通信方式。F1系列芯片的开发采用标准硬件库，通过硬件库提供的接口实现系统开发，方便快捷。

1.2 LORA模块

LORA模块选择ATK-LORA-01。模块具有广播与数据监听的功能将模块地址设置为 0xFFF，可以监听相同信道上的所有模块的数据传输，发送的数据，可以被相同信道上任意地址的模块收到，从而起到广播和监听的作用。

模块设计是采用高效的ISM 频段射频 SX1278 扩频芯片，模块的工作频率为410~441Mhz，以1Mhz频率为步进信道，共32个信道，可通过 AT 指令在线修改串口速率，发射功率、空中速率、工作模式等各种参数，并且支持固件升级功能。

ATK-LORA-01 模块具有：体积小、灵敏度高、支持低功耗省电的优点。

1.3 Wi-Fi模块

Wi-Fi模块选择ATK-ESP8266。ATK-ESP8266 是正点原子团队推出的一款高性能的 UART-WiFi（串口-无线）模块，ATK-ESP8266 板载了正点原子团队自主开发的 ATK-ESP-01 模块，该模块通过FCC、CE认证，可直接用于产品出口欧美地区，ATK-ESP8266模块支持3种工作模式，分别是STA模式、AP模式以及STA+AP模式。该模块可以通过AT指令对模块的功能进行修改，响应成功后会返回OK。该模块的频率范围为2.402~2.480Ghz，空中速率是1Mbps，工作电压为2V到3V，通过密码连接配对、数据加密[4]。

除此之外，ATK-ESP8266的开发资料较为全面，使用广泛，有利于学习和使用。

1.4 BLE模块

BLE模块选用ATK-BLE01，支持一对多广播、iBeacon功能、微信摇一摇周边定位，支持无线唤醒和串口唤醒，支持2.0~3.6V直流电压供电范围，模块集邮票孔和排针焊接孔，排针焊接孔方便用户测试，支持模块发射功率设置，范围：－14dBm到+8dBm，支持多种天线形式：板载天线、外置 IPEX 天线座、外置天线，支持AT指令配置参数，支持本地固件升级[5]。

2 系统软件设计

软件设计分为两大部分，第一部分是主流通信方式设备初始化，设备连接以及数据发送等方法的二次开发。第二部分是人际交互与串口的设计。

第一部分：Wi-Fi、BLE和LORA通信方式都有自己的使用程序，包括设备初始化、发送指令、发送数据、获得IP和恢复出厂设置等。在这一部分需要继承3种通信方式的使用程序形成常用通信方式固件库，通过调用固件库中的接口达到快速、方便连接通信模块目的。

第二部分：在上一部分中介绍了相关通信方式的模块，为了增加通用性，本系统通过LVGL设计串口界面，利用串口界面设置串口参数和通信参数，将参数通过串口传送给外接通信方式，可以为简单的通信方式进行初始化[6]。

系统运行时先进行初始化，包括ZIGBEE、BLE、WIFI以及LORA设备的初始化，初始化完成后根据用户选择通信方式进行检测，在选择BLE时，系统进入下一步，根据系统提示，用户选择是否使用串口检测，使用串口检测时，系统要进行串口初始化程序，然后在串口检测界面进行数据输入，用户输入完成后，系统根据用户设置的数据进行设备检测。若是不选择串口检测，系统会进入BLE设置界面，在BLE设置界面设置蓝牙的相关参数，之后开始扫描蓝牙，进行蓝牙配对，蓝牙配对成功后，进行数据传输，检测是否能够进行通信，若是能够进行通讯则说明BLE设备正常[7]。

Wi-Fi、LORA与上述模块操作基本类似，Zig Bee模块与上述不同，现下使用的Zig Bee模块是协调器与终端的组合，终端采集数据，将数据发送给协调器，中控芯片通过协调器得到终端发送的数据，所以在检测Zig Bee模块时，无法使用模块搜索的方式，只能通过串口进行检测，虽然Zig Bee协调器中封装了协议，但是与中控芯片的通信是通过串口透明传输进行的，所以只需要设置串口参数，连接协调器即可，如果能够检测到数据则说明模块正常，检测不到数据则说明设备损坏。

如图1所示，Zig Bee、BLE、Wi-Fi以及LORA模块是同时连接在仪器上面的，所以在开发时要注意串口的使用。以上四种通信方式都是通过串口与单片机相连接，F1系列芯片串口数量存在不足的情况，本系统为拓展串口数量，通过软件模拟的方式，将普通的IO口模拟成为串口，通过模拟的串口实现多种通信方式的连接[8]。

图1 检测流程图

为了更好地进行人机交互，本系统使用LVGL作为GUI来构建人机交互界面。

littleVGL是刚开始流行的一个小型开源嵌入式GUI库，具有界面精美，消耗资源小，可移植度高，响应式布局等特点，全库采用纯C语言开发，而且 littleVGL 库的更新速度非常快，随着 littleVGL 的认知度越来越大，官方资料也逐渐丰富起来。LVGL具有非常丰富的内置控件，像buttons、charts、lists、sliders、images等，支持多个和多种显示设备，例如同步显示在多个彩色屏或单色屏上，为加速GUI设计，提供教程、案例和主题，支持响应式布局，可以缩小到最小内存（64 kB Flash，16 kB RAM），支持PC模拟器，硬件独立于任何微控制器或显示器。

LVGL的使用条件为16、32或64位的单片机（微控制器）或处理器，微处理器的主频最好高于16MHz，Flash/ROM：如果只用little VGL核心组件的话，则至少需要64kB的容量，如果想完整使用的话，最好保证 180kB 以上的容量[9]。