無線及藍牙在手持終端的應用

湄洲灣職業技術學院 林 航

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無線及藍牙在手持終端的應用

湄洲灣職業技術學院 林 航

【摘要】隨著無線數據傳輸及藍牙數據傳輸的普及應用，讓多設備共用一個終端成為必要。利用該通用終端，可以實現對多設備的數據采集、命令控制，如果本身再設計一個大容量存儲器，則可以對多設備數據進行設備本身之外的再次備份，以及對一些相同型號設備的不同工作效果進行數據比較分析，為找出問題提供了依據。

【關鍵詞】無線；藍牙；手持；終端

隨著無線傳輸及微處理器技術的不斷發展，以往通過有線連接實現對設備或控制器的參數設定、數據采集及調試變得不便起來，人們都希望能通過短距離無線通信方案來解決這一問題。

本文介紹的就是利用無線及藍牙相結合的方式實現單終端對多種設備的數據通信，實現最大程度的兼容性。它采用高性能、低價位、低開發成本的深圳STC通用單片機12C5A60S2作為主處理器，通過NRF24L01無線通信模塊實現對同樣安裝此通信模塊的設備進行交互，通過HC-06藍牙通信模塊對具有藍牙功能的設備進行交互，最終實現多設備的手持無線終端共用。

1 系統構成

圖1 系統構成框圖

系統構成框圖如圖1所示，它主要由MCU控制單元、觸摸顯示單元（包含存儲）、NFR24L01無線收發單元、HC-06藍牙收發一體單元、DS1302時鐘單元及電源模塊構成。總電路圖見圖2。

1.1 MCU單元

STC12C5A60S2單片機是宏晶科技生產的單時鐘/機器周期(1T)的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8-12倍。內部集成MAX810專用復位電路、2路PWM、8路高速10位A/D轉換(250K/S)，針對電機控制及強干擾場合。片上集成1280字節RAM，可用于少量特定參數存儲（例如地址、波特率及設備名等），工作頻率范圍：0-35MHz，相當于普通8051的 0～420MHz;支持ISP(在系統可編程)。

1.2 觸摸屏單元

人機交互單元采用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能通過執行兩次A/D轉換查出被按的屏幕位置， 除此之外，還可以測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協議讓單片機實現對設備的大數據接收后進行備份及比較。

1.3 無線收發單元

無線收發單元采用NRF24L01模塊，該模塊采用超低功耗高性能2.4GHz GFSK無線收發芯片，專為低功耗無線場合設計，集成嵌入式ARQ基帶協議引擎的無線收發器芯片。工作頻率范圍為2400MHz-2525MHz，共有126個1MHz帶寬的信道。數據傳輸速率與PA輸出功率都可以調節，支持2Mbps、1Mbps、250Kbps三種數據速率。針對低功耗應用場合進行了特別優化，在關斷模式下，所有寄存器值與FIFO值保持不變，關斷電流為0.7uA；在待機模式下，時鐘保持工作，電流為15uA，并且可以在最長130uS時間內開始數據的收發。微控制器（MCU）通過SPI接口對芯片少數幾個寄存器配置即可以實現數據的收發通信。數字I/O兼容2.5V/3.3V/5V等多種標準I/O電壓，可以與各種MCU端口直接連接。

圖2 無線及藍牙手持終端電路原理圖

1.4 藍牙收發一體單元

藍牙收發一體單元采用HC-06模塊，該模塊采用CSR主流藍牙芯片，支持藍牙V2.0協議標準，串口模塊工作電壓3.3V。通訊波特率為1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600，115200，用戶可自由設置。工作電流：40MA；休眠電流：小于1MA。可以與藍牙設備進行無縫連接。

1.5 日歷時間單元

本系統采用的日歷時間單元是DS1302模塊，DS1302 是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V～5.5V。采用三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發方式一次傳送多個字節的時鐘信號或RAM數據。具有主電源/后備電源雙電源引腳，同時提供了對后備電源進行涓細電流充電的能力，實現斷電依然走時的功能。設置時間模塊可以對各設備進行對時，可以記錄與各個設備通訊的時間點，便于將來分析。

1.6 電源管理單元

本系統的電源設計為18650鋰電池供電，通過LT1619升壓電路提供5V電源，電路圖見圖3，再經過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現升壓、SEPIC和反激變換器。同時利用STC12C5A60S2的P1.0口對電池電壓進行監測，實時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 系統運行

系統運行分為調試模式和正式運行模式，兩者可互相切換，在調試模式中建立各個設備組，每個組又包含不同的設備，每個設備都有相應的編號、名稱、通訊方式、通訊地址或握手編碼。整個系統上電之后選擇相應的設備組就可以進行對該組設備的循環檢查，如需對某個設備進行參數設置，則停止循檢模式，開啟一對一的設置模式進行設定。

2.1 開發環境

軟件的開發環境為 keil μVision4，使用keil C5 語言編寫，線路板提供在線編寫接口，利用Stc-Isp編程軟件實現在線編程，可以很好的提高測試效率。由于采用觸摸彩屏，所以可以實現更多的交互界面，例如巡檢界面、調試界面、遠程設定界面、數據備份界面等等。同時觸摸控制也實現了更加靈活直觀的切換。

2.2 MCU編程要點

STC12C5A60S2單片機除了基本的32個I/O口外，在不使用外部存儲器的情況下還可以增加3個I/O口，本系統共需要34個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位數據傳輸編程，改成8位數據傳輸編程。

手持終端是作為發起通訊端，對于安裝NRF24L01的設備，手持終端通過地址切換，跳頻實現對多設備的通信，對于藍牙設備則通過握手協議來區分。每個設備的每次通訊數據設定為64字節的數組，且第一個字節和最后一個字節作為校驗碼，以確認這組數據是否有效。這種數據量能滿足大部分設備參數要求，當需要大數組采集時，由手持終端發起大數組采集命令，讓設備開啟大數組發送，當中的校驗碼也是必須的，通過MCU再將數據存放到SD卡當中。

3 結語

文中介紹的無線及藍牙手持終端 ，硬件結構簡單，成本低廉，技術成熟、功耗低，性價比高，能夠對多種設備進行監控、調試及數據備份，有一定的實用價值，同時可以方便的進行在線升級功能。因此，該方案適當的改進升級便會有良好的推廣價值和廣闊的市場前景。

參考文獻

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林航（1975—），男，福建仙游人，實驗師，主要從事電氣自動化實踐教學及研究。

作者簡介：