摘 要： 設(shè)計(jì)了一種基于短距離無線通信技術(shù)傳輸信息的文字信息編輯控制器，可實(shí)現(xiàn)中英文信息編輯、存儲和無線收發(fā)，并與LED顯示屏之間進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)無線通信，可以使LED顯示屏脫離微機(jī)和有線網(wǎng)絡(luò)單獨(dú)工作，信息更新更加方便。討論了短距離無線通信的抗干擾機(jī)制，介紹了信息編輯器的功能、硬件組成、軟件設(shè)計(jì)和及相關(guān)問題。
關(guān)鍵詞： nRF2401；LED；無線通信
隨著城市的現(xiàn)代化建設(shè)，為了信息顯示方便，商店、娛樂場所、公共汽車等地方安裝了電子顯示屏。這些電子顯示屏分布在城市的不同角落，其顯示內(nèi)容需要及時更新。目前顯示屏信息一般需要上位機(jī)進(jìn)行編輯，并通過485總線、以太網(wǎng)、GPRS網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行傳輸，使得LED屏的安裝、維護(hù)不便、運(yùn)營成本較高。相比而言，采用無線信息傳輸方式可使信息更新更加靈活、快捷。
1 信息無線收發(fā)系統(tǒng)方案
1.1 短距離無線通信技術(shù)應(yīng)用
短距離無線通信技術(shù)在無線抄表、無線遙控系統(tǒng)、無線鼠標(biāo)鍵盤等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。Nordic公司推出的工作于2.4 GHz ISM頻段的nRF2401射頻芯片，采用GFSK調(diào)制模式，內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，內(nèi)置地址比較和CRC校驗(yàn)功能，采用Shock BurstTM技術(shù)，發(fā)射速率可達(dá)1 Mb/s。與藍(lán)牙、WiFi等無線技術(shù)相比，具有低功耗、傳輸速率高、抗干能力強(qiáng)、易于開發(fā)等優(yōu)點(diǎn)。
1.2 控制器基本功能
發(fā)送端功能：
?。?）通過鍵盤編輯和保存要發(fā)送的中文和英文信息；
?。?）設(shè)定LED屏顯示方式、字庫類型信息；
?。?）設(shè)定通信地址、將編輯好的信息采用ShockBurstTM方式發(fā)送給接收端。
接收端功能：
（1）接收發(fā)送端發(fā)送的信息，校驗(yàn)并回復(fù)；
?。?）將接收信息轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)485數(shù)據(jù)格式或以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，與通用顯示卡通信；
（3）直接實(shí)現(xiàn)通用LED文字顯示屏顯示控制。
無線信息編輯器主要由單片機(jī)、nRF2401無線收發(fā)模塊、128×64液晶顯示屏、鍵盤、LED屏及其控制器組成，圖1為系統(tǒng)框圖。
1.3 LED顯示屏及其控制器
選用通用LED顯示屏，控制器采用國內(nèi)通行的某型號 LED屏驅(qū)動控制卡，該控制卡具有簡單獨(dú)立的串口通信協(xié)議，由單片機(jī)控制可選擇多種顯示方式，可同時存儲多套節(jié)目；具有漢字字庫，可接收漢字內(nèi)碼數(shù)據(jù)。圖2為控制卡串口協(xié)議中實(shí)時顯示文字協(xié)議，第二個表格為基本數(shù)據(jù)包格式。
1.4 單片機(jī)和LCM
STC89C516RD+是宏晶科技推出的低功耗、強(qiáng)抗干擾單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，正常工作時功耗為4 mA，掉電模式為2 μA；工作電壓為3.6~2.0 V。具有64 KB Flash程序存儲器和1 280 B RAM，35個I/O引腳，共3個16 bit定時器，內(nèi)置看門狗和MAX810專用復(fù)位電路，4路外部中斷和1個通用異步串行口，LQFP封裝。
LCM選用128×64點(diǎn)陣的液晶顯示模塊，自帶GB2312漢字字庫和字母、數(shù)字字庫，低功耗，工作電壓范圍在3.6~2.4 V之間。
2 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
2.1 信息收發(fā)協(xié)議
物理層芯片nRF2401的ShockBurst收發(fā)模式具有獨(dú)立的通信協(xié)議，為不同的接收端配置唯一的接收地址以提高通信抗干擾能力，其通信協(xié)議格式為：字頭、地址、信息數(shù)據(jù)包、CRC。ShockBurst發(fā)送和接收模式如圖3和4所示[1]。
2.2 信息編輯
2.2.1 鍵盤設(shè)計(jì)
信息編輯由鍵盤、單片機(jī)和LCM模塊實(shí)現(xiàn)，按鍵描述如表1。單片機(jī)根據(jù)按鍵輸入的數(shù)字字符串查表得到對應(yīng)拼音和漢字碼。選用常用的6 763個漢字的GB2312碼作為漢字信息載體，用ASCII碼作為數(shù)字和英文字母的單片機(jī)處理、保存和傳輸值。由于英文單詞數(shù)量很大，數(shù)字和字母鍵的復(fù)用在輸入字母字符串時顯得很不方便，且沒有實(shí)用的漢字查表輸入法，因此這里將字母鍵盤在LCM顯示屏上顯示，根據(jù)方向鍵和確認(rèn)鍵選擇需要的字母，返回并保存字母、數(shù)字的ASCII值。
2.2.2 輸入法的設(shè)計(jì)
由于數(shù)字鍵和字母鍵復(fù)用，鍵盤輸入的是0~9的數(shù)字串，采用二級數(shù)字索引確定對應(yīng)拼音和漢字碼。如輸入數(shù)字“7315”對應(yīng)拼音“shao”，先在首字母索引表Unsigned char（*PY_index_pointer[27]）[8]中確定數(shù)字7對應(yīng)的第一個拼音數(shù)組PY_index_s的首地址，然后在數(shù)組PY_index_s、PY_index_t、PY_index_u中找到“7315”對應(yīng)所有可能的拼音，如“shao”、“tian”，保存并返回這兩個拼音首字母對應(yīng)的地址；根據(jù)此地址可得到在GB2312漢字碼中對應(yīng)的第一個拼音為“shao”的漢字碼C9D2（即漢字“梢”的GB2312碼）；在LCM屏上顯示從C9D2開始以“shao”發(fā)音的漢字，如果希望顯示漢字“少”，則輸入偏移量7，根據(jù)C9D2+7可得到“少”的漢字碼C9D9；單片機(jī)存儲、處理，通信中就用C9D9表示“少”[2]。
3 無線通信抗干擾機(jī)制
3.1 跳頻通信
采用跳頻擴(kuò)頻技術(shù)增強(qiáng)信號傳輸?shù)目垢蓴_性能，改變nRF2401的工作頻道（工作頻率計(jì)算公式為：Channel =2 400 MHz+RF_CH*1.0 MHz，Channel為工作頻率，頻率間隔為1 MHz[1]）可以實(shí)現(xiàn)頻率的跳變。為了快速找到?jīng)]有干擾的頻道，選用2.4 GHz頻段的低、中、高三個頻道的頻率跳變，頻道變換序列如表2。
發(fā)送端單片機(jī)在編輯好文字信息后，先添加LED控制器串口通信協(xié)議（圖2），然后將其分割為24 B一個數(shù)據(jù)包添加到nRF2401通信協(xié)議中進(jìn)行。
4 軟件流程
發(fā)送端軟件流程如圖6所示，接收端軟件流程如圖7所示。
通過硬件、軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試，該信息編輯器能夠?qū)崿F(xiàn)信息編輯和與LED顯示屏的無線通信功能?？衫么司庉嬈鞲翷ED屏顯示內(nèi)容，簡化了LED顯示屏的維護(hù)過程，有助于提高維護(hù)人員工作效率。此信息編輯器適合在公共汽車、商店等安裝LED顯示屏的場所使用。
參考文獻(xiàn)
[1] Single chip 2. 4G tansceiver nRF2401 . Nordic VLSIASA. 2003.
[2] 劉進(jìn)軍，高美珍.基于單片機(jī)的漢字輸入法的實(shí)現(xiàn)[J].國外電子元器件，2006（12）.
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[4] 陳海宴.51單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.