?軟件系統(tǒng)設計?? - 單片機的多機無線短信通信系統(tǒng)設計

2 軟件系統(tǒng)設計???
??? 本系統(tǒng)在主程序中運用模塊化結構，使得各個模塊之間關系清晰明了。復位分為兩個部分，以區(qū)分上電復位與非上電復位，上電復位執(zhí)行上電復位初始化程序；運用散轉結構，再根據重要數據3比2表決，實現(xiàn)無擾動重入；所有控制量(開關量)和接收數據集中處理，提高了處理效率；特殊功能寄存器冗余重置，使整個系統(tǒng)更穩(wěn)定地工作。主程序總流程如圖6所示。

3 通信模塊功能及算法
??? 本無線通信協(xié)議模仿OSI分層模型分為以下3層，各層之間相互獨立，靈活性好，適應性強。
??? (1)物理層
??? 物理層處于最低層，其任務是傳送和接收比特流。物理層關心的問題是：如何表示“1”和“O”；如何排除干擾；傳輸是否在兩個方向上同時進行等。本設計中使用433 MHz高頻發(fā)射模塊和接收模塊作為無線通信橋梁，固定的頻率限制了數據傳輸在同一時刻只能在一個方向上進行，所以兩個方向上的數據傳輸要在交替發(fā)生的情況下才能完成。
??? (2)數據鏈路層
??? 數據鏈路層使用由物理層提供的服務，并通過添加錯誤處理機制將簡單的數據鏈路改造成可靠的數據鏈路，再提供給應用層。數據鏈路層以碼字為單位傳輸數據，每一碼字包括數據和必要的校驗信息。在此自定義為無線傳輸協(xié)議(Wireless Transmission Protocol，WTP)。
??? (3)應用層
??? 應用層處于最高層，它為應用進程提供了接入點，直接為用戶的應用進程提供服務。在此自定義為短信通信協(xié)議(Message Communication Protocol，MCP)。
3．1 定時器T2中斷模塊
??? 中斷處理采用片內CCPI中斷捕捉方式，對外部接口引腳CCP上輸入的脈沖信號上升沿或下降沿進行實時捕捉檢測。借助于這個強大的邊沿捕捉功能，很容易對信號的高電平時間進行檢測，從而實現(xiàn)對WTP解讀功能。中斷服務程序流程如圖7所示。

??? 在解讀WTP過程中只要判斷出同步碼，就對這一碼字進行初始化，把脈沖個數計數器清O；然后每捕捉到一個高電平，脈沖個數計數器就加1并保存記錄該脈沖。捕捉到一個高電平后，若高電平時間寬度為409．6～819．2μs，就認為是窄脈沖；高電平時間寬度為819．2～1 228．8μs，就認為是寬脈沖；若高電平時間寬度小于409．6μs或大于1 228．8μs，則認為該脈沖為干擾信號，當低電平時間寬度大于819．2μs時也認為是干擾信號。收到干擾信號后將脈沖個數計數器清0，并把正在接收的碼字丟棄處理。當接收到25個脈沖后對前面16個脈沖進行處理，若每個位碼不是由一個窄脈沖和一個寬脈沖組成的，就認為接收正常。接收正常后，通過一個接收到數據的標志位反饋到MCP(短信通信協(xié)議)上處理，通信協(xié)議會根據該標志位到接收緩存中取剛剛接收到的數值。
??? 一個字節(jié)的數據波形如圖8所示。根據無線傳輸協(xié)議定義，發(fā)送的一個完整的碼字由數據碼、校驗碼、同步碼組成(圖中用虛線隔開這3個部分)。數據碼和校驗碼都用寬度不同的脈沖來表示，2個窄脈沖表示“0”，2個寬脈沖表示“1”。每組字碼之間有同步碼隔開，同步碼用一個窄脈沖和一個比較寬的低電平表示。一個字碼由8位數據碼、4位校驗碼和1個窄脈沖組成。若每個位碼用2個脈沖來代表，則一個碼字就是由25個脈沖組成。無線傳輸協(xié)議定義窄脈沖時間寬度為739．2μs，寬脈沖時間寬度為1 156．8μs，而脈沖之間的低電平時間統(tǒng)一為331．2μs，同步碼的低電平時間寬度為5 ms。
??? 圖8表示發(fā)送～個十六進制數“57H”，ASCII碼的“57H”表示字符“W”。圖中前16個脈沖表示“57H”的數據碼，二進制表示為“B01010111”；中間8個脈沖表示校驗碼，在該協(xié)議中校驗碼固定定義為半個字節(jié)的“AH”，二進制表示為“B1010”；同步碼則為一個時間寬度為739．2μS的窄脈沖和一個時間寬度為5 ms的低電平。

??? 該協(xié)議中從以下幾個方面來提高抗干擾能力：
??? ①每個碼字由25個脈沖組成；
??? ②每個位碼用2個脈沖來表示；
??? ③校驗碼用“B1010”(“O”、“1”間隔)來排除干擾；
??? ④若數據碼大于7FH，則作為無效數據處理。
3．2 發(fā)送短信模塊
??? 這個模塊實現(xiàn)MCP功能，編輯短信采用ASCII碼格式，短信內容取值范圍為ASCII碼的20H～7AH，ASCII碼內容可以參照ASCII碼表。7CH～7FH作為特殊功能碼來處理。短信內容格式要求為3個字符的“名字+內容”。例如：要給名為LZX的通信器發(fā)短信，可寫成“LZX：……”。應用層的短信通信協(xié)議要求發(fā)送機發(fā)送短信順序是：
??? ①發(fā)送短信開始碼(即7FH)；
??? ②發(fā)送短信的頭3個字符(即接收者的名字)；
??? ③等待接收者的短信開始應答信號(即7DH)；
??? ④收到應答信號后開始發(fā)送短信內容；
??? ⑤短信內容發(fā)完后發(fā)短信結束碼(即7EH)；
??? ⑥等待接收者的短信結束應答信號(即7CH)。
??? 由于是無線發(fā)送與接收，有時會接收不到信號，所以當沒有收到短信開始應答信號時就從第一步再開始執(zhí)行。若執(zhí)行8次依舊沒有收到應答信號，就得出“無此人發(fā)送失敗”的結果。若沒有收到短信結束應答信號，就得出“發(fā)送中止失敗”的結果，否則就顯示“對方已收到”。
??? 因為無線發(fā)射的特點，第一組字碼非常容易受零電平干擾，往往會產生誤碼，所以剛開始發(fā)射的短信開始碼一般要發(fā)2～3次。如圖9所示，發(fā)送了5個碼字的數據：7FH，7FH，57H，44H，58H(分別為開始碼、開始碼、W、D、X，其中“WDX"’為萬能名)。然后，等待接收者的短信開始應答信號再發(fā)短信內容。

3．3 接收短信模塊
??? 在這個模塊中實現(xiàn)對MCP解讀功能。根據MCP，在解讀中只要判斷出接收到短信開始碼，就將收短信的標志位置1，并開始設置一個通信超時值，然后繼續(xù)接收下3個字符再與本身名字或萬能名比較。應用層的短信通信協(xié)議要求接收機接收短信順序是：
??? ①一旦接收到短信開始碼就進入接收短信；
??? ②接收3個字符后與本身名或萬能名比較，若同名就反饋應答信號，否則返回到①；
??? ③繼續(xù)接收短信內容；
??? ④接收到結束碼后反饋應答信號，若沒收到結束碼且通信超時則返回到①。
??? 在任何狀態(tài)收到短信的結束碼后，都會在液晶顯示屏的第一行顯示“receive a mess”，并以聲、光形式提示收到短信，由用戶手動查閱新的短信。
3. 4編輯短信模塊
??? 這個模塊實現(xiàn)對短信的編輯，類似于手機編輯短信的模式；有單字刪除鍵、快速刪除鍵、全部清除鍵、標點符號鍵、輸入狀態(tài)大小寫字母或數字的切換鍵，短信尾部可顯示光標。因為受液晶屏幕所限，規(guī)定一條短信內容長度為70個字符，編輯時限制字數為67個字符，發(fā)送時軟件上自動在短信尾部添加本機名并發(fā)送。液晶屏幕第一行顯示正在編輯狀態(tài)、現(xiàn)在的時間和大小寫輸入狀態(tài)。在該模塊中，主要是要定位好顯示和編輯指針，然后對各個按鍵做處理。

結 語
??? 本文闡述的設計方法集編碼和解碼技術、通信協(xié)議技術、抗干擾技術、編輯短信技術、液晶點陣顯示技術于一體。實現(xiàn)任意兩機之間可以互發(fā)70個ASCII碼字符的短信，可以像普通手機一樣編輯短信，機子可以由用戶命名以區(qū)別其他機子，實現(xiàn)一機對一機的通信，也可以用萬能名(“WDX”)實現(xiàn)一機對多機的通信?？梢源鎯σ粭l發(fā)送出去的短信，也可以存儲一條剛接收到的短信和舊的短信。整個系統(tǒng)人機交互界面友好，類似于普通手機系統(tǒng)，有操作提示，易于操作。本設計中采用分層的協(xié)議可以很容易地把無線通信模塊用其他性能更好的無線模塊替換。
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