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摘要：随着移动技术的不断发展,整个世界在走向移动化。现阶段,通信技术正面临一场深刻的变革,传统的有线网络已不能满足日益增长的通信需要。无线通信技术越来越受到关注,人们需要一种不受约束的通信技术,能够随时随地的获取信息。随着互联网越来越深入的走进人们的生活,用户对能够随时随地上网的需求越来越迫切,WIFI 无线通信技术也得到了迅速发展。本文研究了51单片机的WIFI无线控制系统。
WiFi(Wireless Fidelity)是无线局域网(WLAN)技术——IEEE 802.11系列标准的商用名称。IEEE 802.11系列标准主要包括IEEE 802.11a/b/g/n 5种。WIFI是由AP ( Access Point)和无线网卡组成的无线网络。AP一般称为网络桥接器或接入点, 它是当作传统的有线局域网络与无线局域网络之间的桥梁, 因此任何一台装有无线网卡的PC均可透过AP去分享有线局域网络甚至广域网络的资源。WIFI主要技术优点是无线接入、高速传输以及传输距离远其中, 802.11n 可以将WLAN的传输速率由目前802.11a及802.11g提供的54Mbps,提高到300Mbps甚至高达600Mbps。在开放性区域通讯距离可达305m,在封闭性区域通讯距离76 ~ 122m,方便与现有的有线以太网整合,组网的成本更低。WIFI 设备使用的频段为2.4 ~2.483 5GHz的免许可频段,在频率资源上不存在限制,因此使用成本低廉也成为了WIFI技术的又一大优势。
1WIFI简介
现阶段的WIFI控制方案一般基于PC机或是高性能的ARM嵌入系统,并且目前价格便宜的WIFI无线网卡一般都定位于PC机,接口一般为PCI接口或是USB 接口。诚然,以上两种方案的优势明显,主要体现在传输速度高,软件编制容易等方面,缺点是单个节点造价较高。在一些工业控制系统中,有时仅需要WIFI 网络节点传送少量的数据,此时对传输性能要求并不高,当我们需要大量的这种节点时,选用PC机或是ARM的控制方案显然成本会很高。在这种情况下,需寻找一种可替代的方案,要求是对性能要求不高,但是单个节点的成本要低。随着单片机技术的发展,现阶段一些单片机的资源已经足够驾驭802.11协议和TCP/IP协议,并且我们也可以对802.11和TCP/IP协议进行适当的精简,只保留基本数据传输部分,以此实现低成本低性能的WIFI控制系统。
2总体设计方案
2.1 系统概述
WIFI控制系统主要由两部分构成,主控部分和无线通信部分。
主控部分主要完成如下的控制功能:
a)数据采集和处理。此部分是整个系统的核心功能,数据采集和处理的方式决定了系统的总体功能。
b)通信协议控制。此部分控制无线通信的具体过程,具体来说就是建立无线连接,传送采集和处理后的数据。
无线通信部分主要完成如下功能:
a)无线数据帧的封装,数据的加密解密等基带处理。
b)无线数据从媒介控制层到物理层的映射,完成实际的数据收发。
PIC32控制核心USB总线RT73无线网卡
图2.1 WIFI控制系统整体框图
2.2 控制核心的选择:
由于802.11通信的速度较高,而且较高的通信速率又是802.11无线网络主要特点,故需选择一款数据处理能力强的MCU,同时802.11无线通信协议是一种比较复杂的通信协议,如果还需实现TCP/IP的通信则系统的开销会更大,所以选择的MCU应该具有比较大的片上RAM和程序存储空间。基于以上的考虑,课题最终选择了PIC32MX440这款单片机作为核心控制MCU。
PIC32MX 单片机(MCU)是一款基于MIPS Technologies 的 M4K 内核的复杂片上系统,M4K 是最新型的32位低功耗RISC 处理器内核,采用了增强型MIPS32 Release2指令集构。本节概述PIC32MX系列单片机的CPU 特性和系统架构。
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主要特性:
a)最高可达到1.5 DMIPS/
b)可编程预取高速缓存存储器,以增强闪存中的执行效率
c)16 位指令模式(MIPS16e),用于紧凑型代码
d)带有63个优先级的向量中断控制器
e)可编程的用户和内核工作模式
f)可对外设寄存器执行原子级位操作(单周期)
g)乘法/除法单元,最高指令发出速率为每个时钟一条32×16乘法指令
h)高速Microchip ICD端口,具有基于硬件的非侵入式数据监视和应用程序数
据流功能
i)EJTAG调试端口,支持广泛的第三方调试、编程和测试工具
j)指令控制的功耗管理模式
k)5 级流水线指令执行
l)内部代码保护,以帮助保护知识产权
m)PIC32MX440系列单片机具有USB-HOST外设,可以方便的和具有USB接口的WIFI无线网卡连接。片上USB-HOST外设具有如下特性:1.作为主机和设备的USB 全速支持;2. 低速主机支持;3. USB On-The-Go(OTG)支持;4. 集成信号传输电阻;5. 用于VBUS 监视的集成模拟比较器;6. 集成USB 收发器;7. 硬件执行的事务握手;8. 可在系统RAM 中任意位置进行端点缓冲;9.集成用于访问系统RAM 和闪存的总线主控;10. USB 模块工作时不需要使用PIC32 DMA模块。
3系统硬件电路设计
设计完成了基于５１单片机采用ｗｉｎ无线控制的系统设计与实现，系统选取直流电机作为受控设备，采用Ｌ２９３Ｄ作为电机驱动模块，系统硬件主要包括以下几个模块。２．１主控及驱动模块主控模块为５１单片机控制电机驱动模块，驱动电机的正转、反转与停止，。单片机的Ｐ０的８个端口在位定义之后对Ｌ２９３Ｄ电机模块的４个ＩＮＰＵＴ写人各不同的髙低电平，经Ｌ２９３Ｄ芯片内部的转换之后，在ＯＵＴＰＵＴ输出４个相应的电平值，分别对应Ｍｌ和Ｍ２的两个电机Ａ端和Ｂ端，从而通过驱动模块控制电机Ｍ丨和Ｍ２的正转和反转，进而实现系统所需要的功能。
3．2ＷＩＦＩ模块
系统采用ＥＳＰ８２６６ＷＩＦＩ模块作为连接单片机与智能手机的桥梁，ＥＳＰ８２６６ＷＩＦＩ模块如图３所示，模块中ＣＨ＿ＰＤ处于低电平使得供电模块关闭，处于高电平是正常工作状态，因此需将模块的ＣＨ＿ＰＤ引脚和ＶＣＣ相连，ＥＳＰ８２６６ＷＩＦＩ模块与单片机上通过ＲＸＤ和ＴＸＤ串口相连。
3．３电平转换模块
单片机与计算机之间的串口通信通过ＵＳＢ转串口线及相应的驱动来完成，本系统电平转换模块主要完成单片机５Ｖ电平与ＷＩＦＩ模块３．３Ｖ电平之间的转换，实现单片机与ＷＩＦＩ模块之间的相互通信，进而完成数据交换。
3．４电源模块
电源模块为系统提供稳定的直流电源，采用ＡＭＳ１１１７－３．３Ｖ完成降压和稳压的过程，给系统提供不同的工作电压，实现给单片机提供５Ｖ和ＷＩＦＩ模块提供３．３Ｖ电压。
4结束语
系统通过硬件设计、软件设计及软硬件调试的过程，完成了一种基于５１单片机及ＥＳＰ８２６６ＷＩＦＩ模块的无线控制系统设计，在开发过程中碰到过软件和硬件等各方面的故障，但通过调试逐步排除，最后实现了该设计系统，系统硬件组成简单成本低廉，开发过程中流程清晰，系统中的电机驱动控制系统可修改为其他无线控制系统，在物联网时代具有很好的借鉴价值，是一种完美的无线控制系统解决方案。
参考文献
[1]基于51单片机的WIFI遥控小车[J]. 吴犇牛,叶吾梅. 山东工业技术. 2017(07)
论文作者:赵金永
论文发表刊物:《新材料.新装饰》2018年5月下
论文发表时间:2018/10/8
标签：单片机论文; 模块论文; 系统论文; 控制系统论文; 电平论文; 电机论文; 硬件论文; 《新材料.新装饰》2018年5月下论文;