ISM頻段短信互聯(lián)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、ISM頻段短信互聯(lián)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 指 導(dǎo) 教 師： 所 在 單 位： 答 辯 日 期： 摘 要隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊笕找嬖黾?無(wú)線傳輸在機(jī)動(dòng)性要求較強(qiáng)的設(shè)備中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。系統(tǒng)一般使用射頻收發(fā)芯片,加上微控制器和少量外圍器件構(gòu)成專用無(wú)線通信模塊,利用無(wú)線通信組網(wǎng)技術(shù),實(shí)現(xiàn)指定模塊間的信息收發(fā)。系統(tǒng)工作于ISM頻段,通信模塊包含簡(jiǎn)單透明的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,用戶不必對(duì)無(wú)線通信原理和工作機(jī)制有較深的了解,只要依據(jù)命令字進(jìn)行操作即可實(shí)現(xiàn)基本的數(shù)據(jù)和文字的無(wú)線傳輸功能,因其功率小、開發(fā)簡(jiǎn)單快速,而在工業(yè)、民用等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。單片機(jī)由于程序存儲(chǔ)器空

2、間大、價(jià)格低、速度快、處理能力強(qiáng)，在過(guò)程控制、數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域得到廣泛使用。本文介紹了利用ATmega32單片機(jī)和無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)芯片SRW1012構(gòu)成的短信互聯(lián)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,模塊內(nèi)嵌T9中文輸入法，用PS/2標(biāo)準(zhǔn)鍵盤輸入任意漢字、英文，顯示在LCM12864液晶模塊上。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了模塊可自動(dòng)搜索1000米半徑范圍內(nèi)同類模塊，根據(jù)用戶要求，可實(shí)現(xiàn)指定模塊之間的通信。在接收其他模塊短信后，在液晶模塊上顯示收到的短信內(nèi)容。本文綜述了一種實(shí)用有效的短信互聯(lián)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，介紹了其工作原理、硬件電路及C語(yǔ)言程序，提供了較為有效的無(wú)線短信互聯(lián)方式。關(guān)鍵詞 ISM頻段；無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)；T9輸入法Abstract

3、With the increasing demands of modern industrial production and scientific research on data transmission, wireless transmission to strong equipment has been more widely used in the mobility requirements.Systems typically use RF transceiver chip, coupled with a microcontroller and a small number of p

4、eripheral devices to a private wireless communication module, using a wireless network technology, and messaging between the specified module.System worked in the ISM band communication module contains a simple and transparent data transfer protocol, the user does not have a deeper understanding of

5、wireless communications principles and working mechanisms, as long as the operation according to the command word to the basic datawireless transmission function, and text and its power is small, the development of simple, rapid and widely used in industrial, civil and other fields. Single-chip cont

6、ains program memory space, low price, speed, processing capability, and is widely used in process control, data acquisition.This article describes the ATmega32 microcontroller and wireless data transceiver chip SRW1012 SMS interconnected system consisting of the design module embedded T9 Chinese inp

7、ut method, the PS / 2 standard keyboard to enter any Chinese character, English, displayed on the LCD module in LCM12864.The system module can automatically search for similar modules within a radius of 1000 meters, according to user requirements, the communication between the specified module. Othe

8、r modules SMS is received, the LCD module to display the content of the message received. In this paper, a practical and effective SMS interconnect system design, its working principle, the hardware circuit and C language programming, providing a more effective way of wireless messaging Internet.Key

9、words: ISM band; network technology; T9 input目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒 論11.1 課題背景及研究的意義11.1.1 課題背景11.1.2 課題研究意義11.2 無(wú)線互聯(lián)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀11.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容2第2章 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)功能32.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)32.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能42.2.1 模塊各部分實(shí)現(xiàn)功能42.2.2 系統(tǒng)預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能42.2.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的意義4第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)53.1 ISM頻段的發(fā)展及相關(guān)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)53.1.1 ISM頻段的發(fā)展?fàn)顩r53.1.2 ISM頻段的無(wú)線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)53.1.3 采用I

10、SM頻段的優(yōu)點(diǎn)63.2 無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)63.2.1 無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r63.2.2 無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的系統(tǒng)應(yīng)用73.2.3 無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)73.3 控制芯片的硬件電路及特點(diǎn)83.3.1 單片機(jī)的性能比較83.3.2 ATmega32單片機(jī)的封裝及外部引腳93.3.3 ATmega32單片機(jī)的通用I/O口設(shè)計(jì)103.3.4 ATmega32單片機(jī)的中斷系統(tǒng)103.4 無(wú)線通信模塊的應(yīng)用113.4.1 無(wú)線通信模塊113.4.2 SRW1012無(wú)線通信模塊的引腳說(shuō)明123.4.3 標(biāo)準(zhǔn)SPI接口133.4.4 無(wú)線通信模塊工作模式133.5 LCM12864液晶顯示模塊特性133.5.1 引腳說(shuō)

11、明143.5.2 并行接口數(shù)據(jù)傳輸143.5.3 液晶接口電路及說(shuō)明153.5.4 液晶模塊的使用說(shuō)明153.6 PS/2接口電路原理153.6.1 PS/2鍵盤接口的物理特性163.6.2 PS/2鍵盤的接口協(xié)議原理163.6.3 數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)173.6.4 鍵盤輸入接口設(shè)計(jì)173.6.5 鍵盤輸入接口程序設(shè)計(jì)183.7 硬件原理圖的繪制193.7.1 Altium Designer 系統(tǒng)介紹193.7.2 原理圖設(shè)計(jì)過(guò)程193.7.3 PCB設(shè)計(jì)的基本原則203.7.4 PCB設(shè)計(jì)流程21第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)224.1 系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)224.1.1 系統(tǒng)的程序語(yǔ)言224.1.2 系統(tǒng)的程序

12、運(yùn)行環(huán)境CVAVR234.1.3 程序的仿真環(huán)境234.1.4 系統(tǒng)的程序流程圖244.2 T9輸入法原理264.2.1 T9輸入法的日常應(yīng)用264.2.2 T9輸入法原理264.2.3 T9輸入法流程圖27結(jié) 論28參 考 文 獻(xiàn)29致 謝30附 錄31第1章 緒 論1.1 課題背景及研究的意義 課題背景隨著Internet的飛速發(fā)展,從WAN到MAN,再到LAN,PAN,這些技術(shù)已逐漸成熟。目前,各類網(wǎng)絡(luò)中最具增長(zhǎng)潛力的是無(wú)線網(wǎng)絡(luò),許多機(jī)構(gòu)會(huì)選擇采用無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)來(lái)拓展他們的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò),獲得在區(qū)域內(nèi)部移動(dòng)接入網(wǎng)絡(luò)的能力1。ISM頻段，由聯(lián)盟無(wú)線電通信局定義。此頻段主要開放給工業(yè)、科學(xué)

13、、醫(yī)學(xué)三個(gè)主要機(jī)構(gòu)使用，無(wú)需授權(quán)許可，只要遵守一定的發(fā)射功率,并且不對(duì)其他頻道造成干擾即可。在這一非特許頻帶上，低功耗集成電路、模塊和系統(tǒng)可滿足無(wú)繩電話，家庭和辦公無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，以及其他各種應(yīng)用場(chǎng)合的潛在增長(zhǎng)需求,在各種數(shù)字設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)靈活、安全、低成本、小功耗的數(shù)據(jù)和語(yǔ)音通信,實(shí)現(xiàn)全方位的數(shù)據(jù)傳輸。無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)通常是指一種動(dòng)態(tài)自組織、自我配置的無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(包括網(wǎng)狀路由器和網(wǎng)狀客戶節(jié)點(diǎn))能夠自動(dòng)組建成移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)且維持網(wǎng)狀(Mesh)連接性。該技術(shù)當(dāng)前主要有Sensor Network和Ad hoc Network兩種。它們的共同特點(diǎn)是:網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有專職路由器,每個(gè)節(jié)點(diǎn)(或部分節(jié)點(diǎn))需要兼具

14、路由功能。無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)也使用類似于TCP/ IP的分層通信協(xié)議，與有線組網(wǎng)技術(shù)相比,最大優(yōu)點(diǎn)在于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔归_迅速、造價(jià)低廉2。 課題研究意義現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)囊笕找嬖黾?在信號(hào)測(cè)量和圖像處理等領(lǐng)域中,需要進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸。本文針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)需準(zhǔn)確實(shí)時(shí)通信的要求，設(shè)計(jì)并制作了ISM頻段短信互聯(lián)系統(tǒng),系統(tǒng)內(nèi)嵌T9輸入法，可實(shí)現(xiàn)中英文信息的輸入，使工作人員間得到即時(shí)靈活的信息交互。三個(gè)模塊之間采用無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)，在1000m的范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)中指定模塊的信息收發(fā)與互聯(lián)。系統(tǒng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具備路由或中繼轉(zhuǎn)發(fā)的功能,可利用更低的發(fā)射功率實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相同的信號(hào)覆蓋。該系統(tǒng)具有體積小、結(jié)

15、構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠和組網(wǎng)靈活等特點(diǎn)。1.2 無(wú)線互聯(lián)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀數(shù)據(jù)傳輸可以采用有線數(shù)據(jù)傳輸方式,數(shù)據(jù)的傳輸載體是雙絞線、同軸電纜或光纖。還可以采用無(wú)線傳輸方式,無(wú)線傳輸在機(jī)動(dòng)性要求較強(qiáng)的設(shè)備中或人們不方便隨時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的條件下得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)的有線數(shù)據(jù)傳輸方式,無(wú)線傳輸方式可以不考慮傳輸線纜的安裝問(wèn)題,從而節(jié)省大量線纜,降低施工難度和系統(tǒng)成本,因而是一個(gè)很有發(fā)展?jié)摿Φ难芯空n題。生活中最常見的無(wú)線通信技術(shù)就是家庭中用到的電視機(jī)、空調(diào)遙控開關(guān),它采用了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的紅外技術(shù),最大的不足在于它是一種視距離傳輸,2個(gè)互相通信的設(shè)備之間必須對(duì)準(zhǔn),中間不能讓其他物體阻隔,因而該技術(shù)只能用于2臺(tái)設(shè)

16、備之間的連接,不能滿足多臺(tái)設(shè)備互聯(lián)、組網(wǎng)的要求3。無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)在軍事通信網(wǎng)、公安移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)以及智能交通網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域?qū)ο到y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)具有重要價(jià)值。隨著IEEE802.11和Bluetooth產(chǎn)品的市場(chǎng)化,無(wú)線組網(wǎng)在民用方面同樣顯示出了巨大的潛力。Wireless World Research Forum()公布的調(diào)查報(bào)告說(shuō),通過(guò)無(wú)線設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)的用戶平均每?jī)赡暝鲩L(zhǎng)20%50%2。無(wú)線互聯(lián)系統(tǒng)一般使用單片射頻收發(fā)芯片,加上微控制器和少量外圍器件構(gòu)成專用或通用無(wú)線通信模塊,工作于ISM頻段,通信模塊包含簡(jiǎn)單透明的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議或使用簡(jiǎn)單的加密協(xié)議,系統(tǒng)內(nèi)部采用無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)

17、，因其功率小、開發(fā)簡(jiǎn)單快速,而在工業(yè)、民用等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。單片機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)無(wú)線收發(fā)芯片進(jìn)行編程控制，并設(shè)定其工作模式及工作參數(shù)，監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)，執(zhí)行相關(guān)操作。1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容由于無(wú)線傳輸方式可以不考慮傳輸線纜的安裝問(wèn)題,從而節(jié)省大量線纜,降低施工難度和系統(tǒng)成本,針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)需準(zhǔn)確實(shí)時(shí)通信的要求，設(shè)計(jì)制作兩塊基于AVR單片機(jī)的無(wú)線通信模塊，可相互發(fā)送中英文短信,模塊可自動(dòng)搜索1000米半徑范圍內(nèi)同類模塊，并可直接或橋接通信。該模塊具有體積小、設(shè)備成本低、性能可靠和組網(wǎng)靈活等特點(diǎn)，方便即時(shí)精確通信，以實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)的雙向傳輸,具有廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。本文所要完成的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：1. IS

18、M頻段的工作頻率、適用范圍及相關(guān)通信協(xié)議。2. 無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的介紹及應(yīng)用。3. ATmega32單片機(jī)的性能及接口電路。4. SRW1012無(wú)線通信模塊的性能、接口電路及工作方式。5. LCM12864液晶顯示模塊的接口電路、顯示方式。6. PS/2標(biāo)準(zhǔn)鍵盤接口的原理。7. T9輸入法的原理及應(yīng)用。8. 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的軟件運(yùn)行及程序流程圖。第2章 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)功能隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及通信技術(shù)的飛速發(fā)展，短距離無(wú)線通信以其特有的抗干擾能力，高可靠性，安全性好，受地理?xiàng)l件限制少。安裝簡(jiǎn)便靈活的優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。甚至在一些特殊的應(yīng)用領(lǐng)域，單片機(jī)通信不能采用有線數(shù)據(jù)傳輸方式，只能采用短

19、距離的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式。本章從整體的角度介紹了短信通信互聯(lián)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能及意義，提出了一種較為實(shí)用的無(wú)線互聯(lián)設(shè)計(jì)思路。2.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)本文實(shí)現(xiàn)一種基于無(wú)線傳輸芯片的短距離無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。整個(gè)系統(tǒng)由多個(gè)無(wú)線模塊組成，每個(gè)模塊可以看做一個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)間以無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)互聯(lián)為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。利用無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)，單片機(jī)可將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳輸模塊傳送到指定的通信模塊。系統(tǒng)整體如圖2-1所示。圖2-1 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)1節(jié)點(diǎn)3節(jié)點(diǎn)2無(wú)線傳輸模塊由數(shù)據(jù)傳輸控制模塊和無(wú)線傳輸模塊兩大部分組成?？刂撇糠植捎靡訟VR單片機(jī)為主控芯片，控制各從機(jī)與其進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。鍵盤輸入需要傳輸?shù)闹杏⑽男畔?，顯示在液晶模

20、塊上。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的關(guān)鍵器件是無(wú)線通信芯片。選擇無(wú)線通信芯片的首要原則是根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要，及數(shù)據(jù)傳輸?shù)木幋a方式，芯片所需外圍元件的數(shù)量等。系統(tǒng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成如圖2-2所示。鍵盤輸入液晶顯示單片機(jī)無(wú)線傳輸模塊圖2-2 模塊構(gòu)成無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)ISM頻段SPI接口PS/2接口2.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能 模塊各部分實(shí)現(xiàn)功能鍵盤輸入想要發(fā)送的信息，通過(guò)PS/2口與單片機(jī)連接。內(nèi)嵌T9輸入法，可以輸入所需中英文信息，是模塊的輸入單元?？刂菩酒捎酶咝阅?、低功耗的AVR單片機(jī),完成數(shù)據(jù)的處理和控制。單片機(jī)一方面實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，另一方面通過(guò)無(wú)線模塊和其他指定模塊交換數(shù)據(jù)，是模塊的處理信息的關(guān)鍵部分。液晶顯示模

21、塊，將收發(fā)的信息即時(shí)顯示出來(lái)，形成人機(jī)交互界面。利用其內(nèi)部所帶的中文字庫(kù)，方便編程，降低對(duì)單片機(jī)內(nèi)存的要求。無(wú)線通信模塊采用微功耗射頻收發(fā)芯片,應(yīng)具備低成本、大范圍、高靈敏度的特點(diǎn)。工作在ISM頻段，是模塊間組網(wǎng)的核心部分。 系統(tǒng)預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能將所需的內(nèi)容正確輸入，并顯示到液晶顯示屏上。系統(tǒng)的輸入設(shè)備為PS/2接口的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤，根據(jù)內(nèi)容，利用拼音輸入法輸入所需的中文、英文及標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。液晶顯示屏的上半部分為正文內(nèi)容，下半部分為文字選擇區(qū)域。當(dāng)信息發(fā)送后，屏幕顯示信息已發(fā)送字樣。文字信息可以通過(guò)無(wú)線通信模塊傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的模塊上。當(dāng)信息輸入完畢后，按下回車按鍵，模塊自動(dòng)搜索頻率范圍內(nèi)的接收系統(tǒng)，將內(nèi)容發(fā)送

22、到該系統(tǒng)。自動(dòng)與上位機(jī)通過(guò)ISM頻段建立相對(duì)可靠的連接,上傳已經(jīng)存儲(chǔ)在模塊FLASH中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確傳輸。接收模塊可以讀取并正確顯示接收到的內(nèi)容。模塊可以從輸入信息狀態(tài)轉(zhuǎn)換到接收信息并顯示的狀態(tài)。在顯示完信息后，模塊可以返回到原狀態(tài)。指定模塊間可實(shí)現(xiàn)直接通信，模塊間通過(guò)DIP開關(guān)相互區(qū)別，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)中指定節(jié)點(diǎn)的互聯(lián)通信。 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的意義針對(duì)日漸增長(zhǎng)的信息傳遞需求，利用無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)制作兩塊基于ISM頻段的短信互聯(lián)系統(tǒng)。該模塊具有性能穩(wěn)定，使用方便，價(jià)格經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)?？蓸O大的方便工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信息傳遞的需要，便于工作人員實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地信息傳遞。在1000m的范圍內(nèi)，系統(tǒng)中每個(gè)節(jié)

23、點(diǎn)都具備路由或中繼轉(zhuǎn)發(fā)的功能,可利用更低的發(fā)射功率實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相同的信號(hào)覆蓋。該系統(tǒng)具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠和組網(wǎng)靈活等特點(diǎn)。另外，此模塊也具備較好的可移植性，可以進(jìn)一步開發(fā)成為智能數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)的數(shù)據(jù)的采集、信息處理、實(shí)時(shí)發(fā)送及正確顯示，極大地減少了使用者的工作量。第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)本章從系統(tǒng)的硬件的設(shè)計(jì)入手，介紹了系統(tǒng)的工作頻段及無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)，并通過(guò)硬件芯片的性能比較得出系統(tǒng)適用的芯片型號(hào)。之后給出了芯片間的接口電路圖，便于進(jìn)一步地了解系統(tǒng)的組成及性能。3.1 ISM頻段的發(fā)展及相關(guān)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn) ISM頻段的發(fā)展?fàn)顩r隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及通信技術(shù)的飛速發(fā)展，短距離無(wú)線通信

24、以其特有的抗干擾能力，高可靠性，安全性好，受地理?xiàng)l件限制少。安裝簡(jiǎn)便靈活的優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。使人們真正享受到簡(jiǎn)單、方便、快捷的網(wǎng)絡(luò)連接4。ISM是Industry Scientific Medical Band的縮寫，是由聯(lián)盟無(wú)線電通信局定義的。此頻段主要開放給工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)三個(gè)主要機(jī)構(gòu)使用，無(wú)需授權(quán)許可，只要遵守一定的發(fā)射功率,并且不對(duì)其他頻道造成干擾即可，2.4GHz頻段為各國(guó)共同的ISM頻段。歐美日等國(guó)家的無(wú)線電管理機(jī)構(gòu)分別設(shè)置了各自的ISM頻帶，例如美國(guó)的ISM頻段由三個(gè)頻段組成。如果發(fā)射功率及帶外輻射滿足美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)的要求，則無(wú)需向FCC提出專門申

25、請(qǐng)即可使用這些ISM頻段5。隨著ISM頻段單芯片的無(wú)線數(shù)據(jù)通信IC的性能日益提高，短距離無(wú)線應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷的擴(kuò)大，其中包括家用電器，消費(fèi)電子產(chǎn)品，工業(yè)控制，安防，自動(dòng)抄表，汽車遙控控制等諸多領(lǐng)域。 ISM頻段的無(wú)線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)目前常用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)最流行的3個(gè)是藍(lán)牙(Bluetooth)、WiFi和ZigBee。藍(lán)牙技術(shù)，是一個(gè)開放性的、短距離無(wú)線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),其傳輸速度高達(dá)1Mb/s。它采用跳頻擴(kuò)頻技術(shù),可以用于近距離通過(guò)無(wú)線連接的方式實(shí)現(xiàn)固定設(shè)備以及移動(dòng)設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)互連,在各種數(shù)字設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)靈活、安全、低成本、小功耗的數(shù)據(jù)和語(yǔ)音通信,實(shí)現(xiàn)全方位的數(shù)據(jù)傳輸1。Wi-Fi(Wireless

26、Fidelity,無(wú)線高保真)也是一種無(wú)線通信協(xié)議,正式名稱是IEEE802.11b，它與無(wú)繩電話、藍(lán)牙等許多不需頻率使用許可證的無(wú)線設(shè)備共享同一頻段。Wi-Fi速率最高可達(dá)11Mb/s，在電波的覆蓋范圍方面可達(dá)100m左右,大樓中也可使用。最初的IEEE802.11規(guī)范是在1997年提出的,稱為802.11b,主要目的是提供WLAN接入,是目前WLAN的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。Zigbee是協(xié)議的代名詞，使用頻段為2.4GHz,868MHz及915MHz,均為免執(zhí)照頻段,采用跳頻技術(shù)。它的基本速率是250kb/s,采用了碰撞避免機(jī)制,同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙;節(jié)點(diǎn)模塊之間具有自動(dòng)動(dòng)態(tài)

27、組網(wǎng)的功能,信息在整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)自動(dòng)路由的方式進(jìn)行傳輸,從而保證了信息傳輸?shù)目煽啃?。ZigBee技術(shù)低成本、低功耗、小體積、安全性強(qiáng)的特點(diǎn)，非常有利于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的搭建，是目前無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)中重點(diǎn)采用的通信協(xié)議之一6。 采用ISM頻段的優(yōu)點(diǎn)1. 輸出功率為lmW且?guī)廨椛漭^小,系統(tǒng)功耗較低。2. 無(wú)需申請(qǐng)頻率許可證，只要遵守一定的發(fā)射功率,并且不對(duì)其他頻道造成干擾即可。從而大大方便了開發(fā)者和用戶7。3. 波長(zhǎng)較短,天線的尺寸較小,可以縮小系統(tǒng)的體積,甚至可以將天線設(shè)計(jì)在PCB板上實(shí)現(xiàn)天線內(nèi)置,這樣可以同時(shí)降低系統(tǒng)的成本8。4. 系統(tǒng)中兩個(gè)模塊具備靈活性,可移動(dòng)性和極強(qiáng)的可擴(kuò)充性等優(yōu)點(diǎn)。3

28、.2 無(wú)線組網(wǎng)技術(shù) 無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)當(dāng)前主要有Sensor Network和Ad hoc Network兩種。它們的共同特點(diǎn)是:網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有專職路由器,每個(gè)節(jié)點(diǎn)(或部分節(jié)點(diǎn))需要兼具路由功能2。Sensor Network的節(jié)點(diǎn)一般會(huì)被布置成蜂窩狀或網(wǎng)格狀,這樣每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的地理位置都是清楚的。Adhoc Network中的部分或全部節(jié)點(diǎn)是可以移動(dòng)的,使用Ad hoc通信方式,因?yàn)闆](méi)有集中控制節(jié)點(diǎn),任何單個(gè)節(jié)點(diǎn)或不超過(guò)一定比例的多個(gè)節(jié)點(diǎn)受到損壞,整個(gè)網(wǎng)絡(luò)仍能正常運(yùn)行。多傳感器無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是由各傳感器節(jié)點(diǎn)以自組織方式構(gòu)成的高度靈活的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，與傳統(tǒng)的傳感網(wǎng)絡(luò)相比，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)具有節(jié)點(diǎn)分布密

29、集、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔归_迅速、造價(jià)低廉、拓?fù)渥兓l繁、自愈性能強(qiáng)等特點(diǎn)。Zigbee作為較新的無(wú)線通信技術(shù)，具有的低功耗、低成本、自組織性強(qiáng)等特點(diǎn)，使其完全適用于多傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸9。協(xié)議對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)劃分了3種設(shè)備類型：協(xié)調(diào)器、路由器、終端。ZigBee協(xié)議棧是一個(gè)完整的協(xié)議規(guī)范，對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的組織建立、節(jié)點(diǎn)的加入退出、路由算法、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒏鲗臃?wù)等都有詳細(xì)的定義，這樣便省去了大量組網(wǎng)工作量，方便了實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)的快速搭建。表3-1 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功能ZigBee協(xié)議設(shè)備典型功能協(xié)調(diào)器每個(gè)網(wǎng)絡(luò)只有一個(gè)。用于構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，分配網(wǎng)絡(luò)地址，建立保存綁定表。路由器可選擇的；用來(lái)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的物理范圍，允許多個(gè)節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)，可用

30、來(lái)監(jiān)測(cè)、控制。終端完成監(jiān)測(cè)或控制功能。 無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的系統(tǒng)應(yīng)用無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)中的關(guān)鍵問(wèn)題有兩個(gè),即“網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹焙汀奥酚蛇x擇”。Sensor Network的節(jié)點(diǎn)一般會(huì)被布置成蜂窩狀或網(wǎng)格狀,這樣每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的地理位置都是清楚的，Ad hoc Network中的部分或全部節(jié)點(diǎn)是可以移動(dòng)的，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是隨節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)而不斷變化的。有線網(wǎng)絡(luò)中廣泛存在著專職路由服務(wù)器,但在無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)中一般沒(méi)有這樣的裝置。Sensor Network和Ad hoc Network節(jié)點(diǎn)一般使用電池供電,受功率、波長(zhǎng)和地理環(huán)境等因素的影響,無(wú)線信號(hào)不能傳播到很遠(yuǎn)。為了保證網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)彼此間能互相通信,網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)或部分節(jié)點(diǎn)就

31、被要求具有路由功能10。多傳感器網(wǎng)絡(luò)信息集成仿真系統(tǒng)的集成中心建立在ZigBee協(xié)調(diào)器的基礎(chǔ)之上，是ZigBee協(xié)調(diào)器的一個(gè)應(yīng)用。ZigBee協(xié)調(diào)器與扮演路由器甚至是終端設(shè)備的全功能設(shè)備（FFD）沒(méi)有區(qū)別，只是根據(jù)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的需要，協(xié)調(diào)器承擔(dān)了控制中心的任務(wù)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，其它全功能設(shè)備（FFD）也能承擔(dān)起ZigBee協(xié)調(diào)器的任務(wù)，使網(wǎng)絡(luò)的自組織、自修復(fù)功能得以實(shí)現(xiàn)。因此，本系統(tǒng)的集成中心與一般網(wǎng)絡(luò)的中心并不相同，具有可轉(zhuǎn)移性和不確定性。 無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)無(wú)線組網(wǎng)的通信協(xié)議包括兩個(gè)過(guò)程：路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)。(1)路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程：路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程由反向路由的建立和前向路由的建立兩部分組成。反向

32、路由是指從目的節(jié)點(diǎn)到源節(jié)點(diǎn)的路由，用于將路由相應(yīng)報(bào)文回送至源節(jié)點(diǎn)，反向路由是源節(jié)點(diǎn)在廣播路由請(qǐng)求報(bào)文的過(guò)程中建立起來(lái)的。前向路由指從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)方向的路由，用于數(shù)據(jù)報(bào)文的傳送，前向路由是在節(jié)點(diǎn)回送路由響應(yīng)報(bào)文的過(guò)程中建立起來(lái)的。(2)路由維護(hù)過(guò)程：在一條已經(jīng)建立起來(lái)的路由會(huì)一直被維護(hù)，直到源節(jié)點(diǎn)不再需要它為止。Adhoc網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)僅僅影響含有該節(jié)點(diǎn)的路由，這樣的路徑被稱為活動(dòng)路徑。不在活動(dòng)路徑上的節(jié)點(diǎn)移動(dòng)不會(huì)使協(xié)議產(chǎn)生任何動(dòng)作，因?yàn)樗粫?huì)對(duì)路由產(chǎn)生任何影響。如果是源節(jié)點(diǎn)移動(dòng)了，就可以重新啟動(dòng)路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程，來(lái)建立到目的節(jié)點(diǎn)的新路由。當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)或某些中間節(jié)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，受影響的源節(jié)點(diǎn)就會(huì)收到

33、一個(gè)連接失敗RERR消息。該RERR是由已經(jīng)移走節(jié)點(diǎn)的上游節(jié)點(diǎn)發(fā)起的，該上游節(jié)點(diǎn)會(huì)將此連接失敗的信息繼續(xù)向它的上游活動(dòng)鄰節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，然后，收到信息的那些上游節(jié)點(diǎn)以同樣的方式向它們的上游活動(dòng)鄰節(jié)點(diǎn)再轉(zhuǎn)發(fā)，這樣層層向上轉(zhuǎn)發(fā)。最終，源節(jié)點(diǎn)會(huì)收到該信息，于是，源節(jié)點(diǎn)在收到斷鏈的通知后，如果還要與目的節(jié)點(diǎn)聯(lián)系，會(huì)重新發(fā)起路由建立過(guò)程。這時(shí)，它將會(huì)廣播一個(gè)RREQ分組，這個(gè)RREQ分組中的目的序列號(hào)需要在源節(jié)點(diǎn)己知的最新目的序列號(hào)之上加1，以確保那些還不知道目的節(jié)點(diǎn)最新位置的中間節(jié)點(diǎn)對(duì)這個(gè)RREQ分組做出響應(yīng)，從而能保證建立一條新的、有效的路由。眾所周知，一般無(wú)線數(shù)字接收機(jī)在接收有效數(shù)據(jù)之前，必須要識(shí)別數(shù)據(jù)

34、開始的標(biāo)志信息及前導(dǎo)碼PREAMBLE和同步頭SYNCWORD。前導(dǎo)碼是由若干01010數(shù)據(jù)組成主要是用于恢復(fù)與同步無(wú)線接收機(jī)的時(shí)鐘，同步頭可以是若干特定的數(shù)據(jù)，它標(biāo)志著數(shù)據(jù)的開始，ID FIELD是個(gè)可選項(xiàng)，用于識(shí)別接收機(jī)的地址。數(shù)據(jù)域DATA FIELD是真正的數(shù)據(jù)區(qū)，數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度通常是可變的，CRC是對(duì)ID FIELD和DATA FIELD的效驗(yàn)，可以選擇CRC16或CRC32。在本次設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)采用無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)指定節(jié)點(diǎn)之間的互聯(lián)通信。區(qū)別系統(tǒng)中不同節(jié)點(diǎn)可通過(guò)DIP開關(guān)控制。DIP開關(guān)的原理是模塊將不同編號(hào)的開關(guān)打開，當(dāng)模塊上電之后，通過(guò)引腳讀入DIP開關(guān)的信息，得到自身的節(jié)點(diǎn)號(hào)。若開

35、關(guān)包含四位，則可區(qū)分16（24）個(gè)不同模塊。然后模塊通過(guò)廣播的方式向頻段內(nèi)其他模塊發(fā)送指令，將有信息反饋的模塊及其對(duì)應(yīng)編號(hào)存儲(chǔ)起來(lái)，這一步驟相當(dāng)于入網(wǎng)許可。當(dāng)有信息需要發(fā)送時(shí)，該模塊即可根據(jù)指令向網(wǎng)內(nèi)的模塊發(fā)送指令,指令結(jié)構(gòu)如下。模塊自身編號(hào)目標(biāo)模塊編號(hào)可收到信息模塊編號(hào)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度數(shù)據(jù)信息3.3 控制芯片的硬件電路及特點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸控制模塊主要實(shí)現(xiàn)接收、存儲(chǔ)接收數(shù)據(jù)、位置檢測(cè)等功能。而控制模塊的核心就是單片機(jī)，采用哪一類型的芯片，需要根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的性能要求，芯片的選擇應(yīng)適合于應(yīng)用系統(tǒng)的要求。不僅要考慮單片機(jī)芯片本身的性能是否能夠滿足系統(tǒng)的需要，如：執(zhí)行速度、中斷功能、I/O驅(qū)動(dòng)能力與數(shù)量、系統(tǒng)功耗以

36、及抗干擾性能等，同時(shí)還要考慮開發(fā)和使用是否方便、市場(chǎng)供應(yīng)情況與價(jià)格、封裝形式等其它因素。 單片機(jī)的性能比較表3-2 芯片參數(shù)比較(表格中為芯片支持的最大值)名稱執(zhí)行速度中斷功能IO驅(qū)動(dòng)力RAMROM功耗MCS-511MIPS5個(gè)、兩級(jí)5mA128B4KB630mWATmega3216MIPS19個(gè)、三級(jí)20mA1KB32KB12.5uWMCS-51單片機(jī)有一個(gè)8位的CPU,包括運(yùn)算器和控制器兩部分，4個(gè)8位的并行I/O口，即P0-P3，1個(gè)全雙工的串行口，2個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，1套完善的中斷系統(tǒng)11。芯片處理速度較慢，芯片內(nèi)部存儲(chǔ)空間較小，不適用于較大程序的存儲(chǔ)。在作為通用I/O口時(shí)，由于

37、輸出驅(qū)動(dòng)電路是開漏方式，需外接上拉電阻，驅(qū)動(dòng)能力較差。內(nèi)部有一個(gè)異步通信串行口，具有四種工作方式，傳輸速度較慢。AVR單片機(jī)采用低功率、非揮發(fā)的CMOS工藝制造,除具有低功耗、高密度的特點(diǎn)外,還支持低電壓的聯(lián)機(jī)Flash,EEPROM寫入功能。ATmega32具有32KB在線可編程（ISP）Flash程序存儲(chǔ)器；1KB片內(nèi)在線可編程EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 2個(gè)帶有分別獨(dú)立、可設(shè)置預(yù)分頻器的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；1個(gè)帶有可設(shè)置預(yù)分頻器、具有比較、捕捉功能的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；1個(gè)可編程的增強(qiáng)型全雙工的，支持同步/異步通信的串行接口USART；1個(gè)可工作于主機(jī)/從機(jī)模式的SPI串行接口（支持IS

38、P程序下載）；指令處理采用流水線操作，處理器速度較快，ATmega32共有32個(gè)可編程的I/O口，具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。本次設(shè)計(jì)中采用T9拼音輸入法，程序所需空間較大，對(duì)處理器的速度要求較高，故采用ATmega32單片機(jī)12。3.3.2 ATmega32單片機(jī)的封裝及外部引腳ATMEL公司的AVR單片機(jī)是一種基于增強(qiáng)RISC結(jié)構(gòu)的、低功耗、CMOS技術(shù)、8位微控制器，本次設(shè)計(jì)中采用的是ATmega32。AVR單片機(jī)吸收了DSP雙總線的特點(diǎn),采用Harvard總線結(jié)構(gòu),因此單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是分離的,并且可對(duì)具有相同地址的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行獨(dú)立的尋址。在AVR單片機(jī)中,寄存器由

39、32個(gè)通用工作寄存器組成,提高了系統(tǒng)的性能。AVR單片機(jī)還支持Basic、C等高級(jí)語(yǔ)言編程。采用高級(jí)語(yǔ)言對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)是單片機(jī)應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)單片機(jī)用高級(jí)語(yǔ)言編程可很容易地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)移植,并加快軟件的開發(fā)過(guò)程。ATmega32單片機(jī)有三種形式的封裝：40腳雙列直插PDIP、44腳方形的TQFP和MLF形式（貼片形式）。本次設(shè)計(jì)中采用40個(gè)引腳的雙列直插形式,其外部引腳封裝如圖3-1所示。圖3-1 外部引腳圖各個(gè)引腳的功能如下:Vcc:芯片供電（片內(nèi)數(shù)字電路電源）輸入引腳，使用時(shí)連接到電源正極。 AVcc：為端口A和片內(nèi)ADC模擬電路電源輸入引腳。不使用ADC時(shí)，直接連接到電源正極。ARE

40、F：使用ADC時(shí)，可作為外部ADC參考源的輸入引腳。 GND:芯片接地引腳，使用時(shí)接地。 XTAL2：片內(nèi)反相振蕩放大器的輸出端。 XTAL1：片內(nèi)反相振蕩放大器和內(nèi)部時(shí)鐘操作電路的輸入端。RESET：芯片復(fù)位輸入引腳。在該引腳上施加（拉低）一個(gè)最小脈沖寬度為1.5uS低電平，將引起芯片的硬件復(fù)位（外部復(fù)位）。I/O引腳：分成PA、PB、PC和PD四個(gè)8位端口，他們?nèi)渴强删幊炭刂频碾p（多）功能復(fù)用的I/O引腳（口）。3.3.3 ATmega32單片機(jī)的通用I/O口設(shè)計(jì)ATmega32芯片有PORTA、PORTB、PORTC、PORTD（簡(jiǎn)稱PA、PB、PC、PD）4組8位，共32路通用I/O

41、接口，分別對(duì)應(yīng)于芯片上32根I/O引腳。所有這些I/O口都是雙功能復(fù)用的。其中第一功能均作為數(shù)字通用I/O接口使用，而復(fù)用功能則分別用于中斷、時(shí)鐘/計(jì)數(shù)器、USART、SPI串行通信、模擬等應(yīng)用。每組I/O口配備三個(gè)8位寄存器，它們分別是方向控制寄存器DDRx，數(shù)據(jù)寄存器PORTx，和輸入引腳寄存器PINx（x=ABCD）。I/O口的工作方式和表現(xiàn)特征由這3個(gè)I/O口寄存器控制。 方向控制寄存器DDRx用于控制I/O口的輸入輸出方向，即控制I/O口的工作方式為輸出方式還是輸入方式。當(dāng)DDRx=1時(shí)，I/O口處于輸出工作方式。此時(shí)數(shù)據(jù)寄存器PORTx中的數(shù)據(jù)通過(guò)一個(gè)推挽電路輸出到外部引腳。AVR

42、的輸出采用推挽電路提高了I/O口的輸出能力，當(dāng)PORTx=1時(shí)，I/O引腳呈現(xiàn)高電平，同時(shí)可提供輸出20mA的電流；而當(dāng)PORTx=0時(shí)，I/O引腳呈現(xiàn)低電平，同時(shí)可吸納20mA電流。因此，AVR的I/O在輸出方式下提供了比較大的驅(qū)動(dòng)能力，可以直接驅(qū)動(dòng)LED等小功率外圍器件。當(dāng)DDRx=0時(shí)，I/O處于輸入工作方式。此時(shí)引腳寄存器PINx中的數(shù)據(jù)就是外部引腳的實(shí)際電平，通過(guò)讀I/O指令可將物理引腳的真實(shí)數(shù)據(jù)讀入MCU。此外，當(dāng)I/O口定義為輸入時(shí)（DDRx=0），通過(guò)PORTx的控制，可使用或不使用內(nèi)部的上拉電阻。3.3.4 ATmega32單片機(jī)的中斷系統(tǒng)AVR單片機(jī)一般擁有數(shù)十個(gè)中斷源，每

43、個(gè)中斷源都有獨(dú)立的中斷向量。缺省情況下，AVR的程序存儲(chǔ)區(qū)的最低端，即從Flash地址的0x0000開始用于放置中斷向量，稱作中斷向量區(qū)。ATmega32共有19個(gè)中斷數(shù)目,在這19個(gè)中斷中，包含1個(gè)非屏蔽中斷（RESET）3個(gè)外部中斷（INT0、INT1、INT2）和15個(gè)內(nèi)部中斷。在AVR單片機(jī)中，一個(gè)中斷在中斷向量區(qū)中的位置決定了它的優(yōu)先級(jí)，位于低地址的中斷優(yōu)先級(jí)高于位于高地址的中斷。因此，對(duì)于ATmega16來(lái)說(shuō)，復(fù)位中斷RESET具有最高優(yōu)先級(jí)，外部中斷INT0次之，而SPM_RDY中斷的優(yōu)先級(jí)最低。AVR單片機(jī)采用固定的硬件優(yōu)先級(jí)方式，不支持通過(guò)軟件對(duì)中斷優(yōu)先級(jí)的重新設(shè)定。因此中斷

44、優(yōu)先級(jí)的作用僅體現(xiàn)在當(dāng)同一時(shí)刻有兩（多）個(gè)中斷源向MCU申請(qǐng)中斷的情況中。在這種情況下，MCU將根據(jù)中斷的優(yōu)先級(jí)的不同，把低優(yōu)先級(jí)的中斷掛起，首先響應(yīng)中斷優(yōu)先級(jí)最高的那個(gè)中斷。待優(yōu)先級(jí)最高的中斷服務(wù)程序執(zhí)行完成返回后，再順序響應(yīng)優(yōu)先級(jí)較低的中斷。 3.4 無(wú)線通信模塊的應(yīng)用 無(wú)線通信模塊無(wú)線傳輸模塊則實(shí)現(xiàn)具體的數(shù)據(jù)傳輸，具體的傳輸方式為通過(guò)2.4GHz頻段建立一個(gè)微微網(wǎng)，同一個(gè)區(qū)域多個(gè)微微網(wǎng)的互聯(lián)形成分散網(wǎng)。通過(guò)這種網(wǎng)絡(luò)，各種文字信息都能實(shí)時(shí)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，將指令迅速傳達(dá)下去。根據(jù)系統(tǒng)的需求選擇適合的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的關(guān)鍵器件是無(wú)線通信芯片。無(wú)線通信的另一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是

45、數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?這取決于諸多因素,如頻率選擇、同頻干擾、傳輸距離、天線選擇等,這些在設(shè)計(jì)無(wú)線通信系統(tǒng)時(shí)都要認(rèn)真考慮和比較。無(wú)線通信芯片的種類較多，正確選擇所需要的芯片非常重要。主流芯片性能比較如下表3-3 芯片參數(shù)比較（表格中為芯片可實(shí)現(xiàn)的最大值）名稱靈敏度工作頻段調(diào)制方式傳輸速率模塊功率nRF2401-85dbm433MHzGFSK1Mbps61.5mWSRW1012-121dbm240-930MHzOOK,FSK,GFSK256kbps92.5mW從上面的表格可以看出，nRF2401支持多點(diǎn)間通信,最高傳輸速率超過(guò)1Mbps。它采用SOC方法設(shè)計(jì),芯片內(nèi)置頻率合成器、晶體振蕩器和調(diào)制器等

46、功能模塊,輸出功率和通信頻道可通過(guò)程序進(jìn)行配置13。但是芯片傳輸距離較短，工作頻段范圍較窄，模塊間互聯(lián)方式單一，不適合大范圍、廣泛聯(lián)網(wǎng)。SRW1012是一款先進(jìn)的低成本射頻收發(fā)模塊，可提供覆蓋240MHz至930MHz的頻率選擇?？墒鼓K間組合、互聯(lián)的方式更加靈活，便于許多模塊聯(lián)網(wǎng)，建立更加廣泛、覆蓋面廣的網(wǎng)絡(luò)。極佳的接收靈敏度和傳輸距離，可保證大范圍、高連接的卓越性能。模塊外圍元器件極少，模塊大小為24mm×16mm。本模塊芯片采用無(wú)鉛封裝，它還集成了一些可節(jié)省應(yīng)用成本的特性，如發(fā)射和接收數(shù)據(jù)FIFO、上電復(fù)位電路、通用數(shù)字I/O口等。芯片的靈敏度，覆蓋的頻段和傳輸距離可以滿足系統(tǒng)

47、的需求，且模塊本身價(jià)格經(jīng)濟(jì)，故選擇SRW1012芯片作為系統(tǒng)的收發(fā)模塊。 SRW1012無(wú)線通信模塊的引腳說(shuō)明表3-4 芯片引腳說(shuō)明引腳引腳名稱I/O功能描述1/12GNDGND接地2GPIO0I/O通用數(shù)字IO口；可以被配置為各種功能；例如，作為外部MCU的時(shí)鐘輸出；FIFO狀態(tài)輸出，上電復(fù)位（POR），喚醒定時(shí)器（wake-up timer），低電壓檢測(cè)，分集天線控制等等，0x0B對(duì)應(yīng)GPIO0，0x0C對(duì)應(yīng)GPIO1，0x0D對(duì)應(yīng)GPIO2。3GPIO1I/O4GPIO2I/O5+3.3VVDD+1.8- +3.6V 供電電壓輸入；建議VDD供電電壓為3.3V。6SDOOSPI的一個(gè)引腳

48、，0VDD V 的數(shù)字電壓輸出；串行輸出內(nèi)部控制寄存器的內(nèi)容；當(dāng)模塊的SPI接口接受到一個(gè)讀命令后，內(nèi)部寄存器的值將通過(guò)該引腳輸出。7SDII串行數(shù)據(jù)輸入；0VDD V的數(shù)字電壓輸入；該引腳作為4線串行數(shù)據(jù)總線（SPI）的串行數(shù)據(jù)輸入引腳；數(shù)據(jù)流通過(guò)該引腳輸入模塊。8SCLKI串行時(shí)鐘輸入；0VDD V數(shù)字輸入；該引腳為4線串?dāng)?shù)據(jù)總線提供串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘；數(shù)據(jù)流在該時(shí)鐘信號(hào)的正跳變被送入模塊。9NSELI串行接口設(shè)備選擇輸入，就是4線SPI總線的片選信號(hào)引腳；0VDD V數(shù)字電壓輸入；該引腳提供4線串行數(shù)據(jù)總線的選擇信號(hào)功能。10NIRQO通用微控制器中斷狀態(tài)信號(hào)輸出；當(dāng)SRW1011產(chǎn)生任何中斷

49、事件的時(shí)候該引腳將被置為低電平；微控制器（MCU）通過(guò)讀取相應(yīng)的中斷狀態(tài)寄存器0x03,0x04來(lái)獲得具體的中斷狀態(tài)，進(jìn)行處理；當(dāng)中斷狀態(tài)寄存器被讀取后該引腳置為高電平。要讓中斷產(chǎn)生，必須設(shè)置0x05，0x06寄存器使能相應(yīng)的中斷使能位。不需要上拉電阻。11SDNI深度睡眠（關(guān)機(jī)）控制輸入引腳。0-VDD的數(shù)字電壓輸入；除了深度睡眠模式外，其他各種工作模式下，SDN應(yīng)該為低電平；當(dāng)SDN為高電平，整個(gè)模塊將進(jìn)入深度睡眠模式并且所有寄存器的設(shè)置值將丟失。在SRW1012這一個(gè)產(chǎn)品中，GPIO0和GPIO1不能做其他用途，只能于控制模塊內(nèi)部的電路，只能使用GPIO2做其他用途。如果要打開發(fā)射，那么

50、除了設(shè)置相應(yīng)的寄存器外GPIO0應(yīng)該被設(shè)置為輸出低電平，GPIO1應(yīng)該被設(shè)置為輸出高電平。如果要打開接收機(jī)那么除了設(shè)置相應(yīng)的寄存器外，GPIO0應(yīng)該被設(shè)置為輸出高電平，GPIO1應(yīng)該被設(shè)置為輸出低電平。要讓一個(gè)GPI口輸出高電平，除了設(shè)置對(duì)應(yīng)的寄存器為輸出VDD外，也可以先設(shè)置該IO口為數(shù)字輸出，然后設(shè)置0x0寄存器中對(duì)應(yīng)位為1。 標(biāo)準(zhǔn)SPI接口本模塊通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的4線SPI接口與外邊MCU進(jìn)行通信，4線為NSEL,SCLK,SDI和SDO。外部MCU通過(guò)SDI往模塊中配置數(shù)據(jù)，通過(guò)SDO從模塊中讀出寄存器數(shù)值。外部MCU與模塊的通信傳輸以16bits為基本單位。最高位為讀寫標(biāo)志位（讀0寫1），接

51、著7位為寄存器地址，低8位是寫入或者讀出的數(shù)據(jù)。SPI接口支持一般單個(gè)字節(jié)的讀寫以及多字節(jié)讀寫（Burst Mode）。下圖為SPI口的時(shí)序圖。圖3-2 SPI時(shí)序圖 無(wú)線通信模塊工作模式本模塊支持?jǐn)?shù)據(jù)包自動(dòng)處理功能，只要開啟該功能就能由芯片自動(dòng)處理數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)，只要讀寫相關(guān)寄存器就可以得到或者配置數(shù)據(jù)包內(nèi)容。本模塊的工作模式有3種，分別是FIFO模式，Direct Mode以及PN9模式。在FIFO模式下，模塊先利用內(nèi)部的先入先出緩沖區(qū)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收?？梢赃B續(xù)讀取0x7F寄存器得到FIFO中的內(nèi)容，要發(fā)送數(shù)據(jù)只要往該寄存器連續(xù)寫入數(shù)據(jù)就可以。具體參考數(shù)據(jù)手冊(cè)的詳細(xì)描述。在直接收發(fā)模式下，

52、用戶可以配置內(nèi)部寄存器把收到的數(shù)據(jù)和相關(guān)時(shí)鐘通過(guò)GPIO口輸出，或者利用GPIO口輸入要發(fā)送的數(shù)據(jù)。PN9模式下，發(fā)送的數(shù)據(jù)是內(nèi)部產(chǎn)生使用偽隨機(jī)碼發(fā)生器。這種模式可以用作測(cè)試模式不斷觀察調(diào)制頻譜，而不必負(fù)載/提供數(shù)據(jù)。3.5 LCM12864液晶顯示模塊特性液晶顯示器件與LED相比,具有工作電壓低、功耗低、顯示信息量大、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。因此,在移動(dòng)通信、儀器儀表、電子設(shè)備和家用電器等方面有著日益廣泛的應(yīng)用。LCD可分為段式LCD、字符式LCD和點(diǎn)陣式LCD。字段式液晶類似于LED。點(diǎn)陣字符式液晶內(nèi)置有192個(gè)字符,包括數(shù)字、字母、常用標(biāo)點(diǎn)符號(hào)等。點(diǎn)陣圖形液晶除可顯示字符外,還可顯示各種圖形信息、

53、漢字等,顯示自由度大。在本次設(shè)計(jì)中將采用LCM12864ZK液晶顯示模塊，因?yàn)槠鋬?nèi)部自帶二級(jí)中文字庫(kù)、圖形，包含了常用6000多個(gè)漢字及常用圖形，降低了編程的難度及對(duì)控制芯片內(nèi)存大小的要求，顯示清晰，功能較強(qiáng)，控制簡(jiǎn)單，價(jià)格經(jīng)濟(jì)，所以是實(shí)驗(yàn)室中經(jīng)常采用的器件之一14。LCM12864ZK顯示內(nèi)容128x64點(diǎn)陣，可顯示4行,每行可顯示8個(gè)漢字。具有4種工作模式；并行8位、并行4位、串行3線和串行2線。本次設(shè)計(jì)中采用與單片機(jī)的并行8位工作模式。 引腳說(shuō)明表3-5 液晶模塊引腳說(shuō)明引腳符號(hào)引腳描述1K背光負(fù)極2A背光正極3GND接地4VCC3V 工作電壓5NC未用6RS/CS選擇寄存器(并行) 0

54、:指令寄存器1:數(shù)據(jù)寄存器片選（串行） 0：禁止1：允許7RW/SID讀寫控制引腳（并行）0：寫入1：讀 輸入串行數(shù)據(jù)8E/SCLK讀寫數(shù)據(jù)起始引腳（并行） 輸入脈沖,串行9-16D0-D7數(shù)據(jù)線0-717PSB控制界面 0：串行 1：并行18/RST復(fù)位信號(hào)，低有效19VR對(duì)比度調(diào)節(jié)，外接電阻端20VO對(duì)比度調(diào)節(jié)，外接電阻端 并行接口數(shù)據(jù)傳輸當(dāng)PSB腳接高電平時(shí),模塊將進(jìn)入并行傳輸方式(由指令位DLFLAG選擇8位或4位接口)，主控制系統(tǒng)將配合(RS RW E DB0DB7)來(lái)完成傳輸動(dòng)作。每當(dāng)E引腳上出現(xiàn)一個(gè)脈沖,RS和RW同時(shí)為低電平時(shí),寫入命令字,RS為高電平且RW為低電平時(shí),寫入數(shù)據(jù)

55、,RS和RW同時(shí)為高電平時(shí),讀液晶數(shù)據(jù)寄存器,RS為低且RW為高時(shí),讀指令寄存器狀態(tài)。8位傳輸模式如圖3-3，指令操作如表3-6所示。圖3-3 8位并行傳輸示意圖表3-6 指令操作表E出現(xiàn)脈沖RS0110RW0011執(zhí)行操作寫入命令字寫入數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)寄存器讀指令寄存器當(dāng)E上出現(xiàn)一個(gè)脈沖時(shí)，RS,RW為低電平，寫入命令字，之后，RS為低電平，RW為高電平，則讀指令寄存器內(nèi)容；隨后RS、RW同為高電平，讀數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)容，隨后E上每出現(xiàn)一個(gè)脈沖，則讀入DB0-DB7的數(shù)據(jù)。 液晶接口電路及說(shuō)明采用的是OCCULAR公司的LCM12864液晶片。Vo是液晶需要的負(fù)壓,可以通過(guò)與它相連的可調(diào)電阻來(lái)調(diào)節(jié)電壓

56、大小,電壓變化范圍為-10-0V。A和K是背光電壓調(diào)節(jié)腳,K與地相連,所以與A相連的可調(diào)電阻實(shí)際上是在調(diào)節(jié)A的電壓,一般只有LEDA>4V時(shí),背光才發(fā)生作用。VO和A這兩個(gè)一般都可以事先調(diào)好。PC.7、PC.6、PB.3、P1.3、P1.4分別與液晶的E、R/W、RS相連,PC口與液晶的數(shù)據(jù)總線相連。接下來(lái)通過(guò)程序來(lái)控制這些引腳,從而使液晶顯示需要的漢字。 液晶模塊的使用說(shuō)明將屏幕劃分為上下兩部分，每部分包括兩行，中間以小橫線劃分。上半部分為內(nèi)容區(qū)，顯示輸入的文字內(nèi)容，可以顯示8*2共16個(gè)漢字。下半部分為選擇區(qū)，上一行顯示輸入的拼音字母，下一行顯示該拼音組合對(duì)應(yīng)的漢字，每一行共可以顯示8個(gè)漢字，按下對(duì)應(yīng)的數(shù)字鍵即可以選擇所需的漢字。按鍵“*”、“/”選擇所需的拼音組合，按鍵“+”、“-”實(shí)現(xiàn)漢字的翻頁(yè)功能，“NumLK”鍵為確認(rèn)當(dāng)前輸入的拼音組合，即進(jìn)入漢字選擇的過(guò)程。每輸入一個(gè)漢字后，拼音選擇區(qū)將自動(dòng)清空，以便接下來(lái)的輸入。當(dāng)模塊初始化或