范小鷗

(吉林建筑大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，長春 130118)

1 系統(tǒng)總體方案

目前，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們?cè)谏詈蜕a(chǎn)等領(lǐng)域中不斷追求自動(dòng)化、智能化，微型電子設(shè)備數(shù)據(jù)的傳輸途徑越來越多，也更加便捷，利用無線光信號(hào)實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸方式目前備受關(guān)注［1-2］．系統(tǒng)設(shè)計(jì)是以基于單片機(jī)的激光近距離數(shù)據(jù)傳輸裝置，闡述其相關(guān)技術(shù)和具體實(shí)現(xiàn)流程，其中重點(diǎn)分析激光編碼，激光發(fā)射和接收．整個(gè)系統(tǒng)需利用STC單片機(jī)作為系統(tǒng)的中央控制器，采用IS0103激光編碼傳感器芯片實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸，ISD4004作為系統(tǒng)裝置語音控制芯片，通過單片機(jī)驅(qū)動(dòng)語音模塊，播放激光傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，LCD12864液晶屏幕作為顯示設(shè)備．

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)以光波為傳輸介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，傳輸距離不小于0．5M，在數(shù)據(jù)傳輸過程中誤碼率不大于5%，同時(shí)裝置具備雙向數(shù)據(jù)通信功能．

系統(tǒng)裝置包含的主要模塊如下:數(shù)據(jù)輸入模塊、電源供電模塊、數(shù)據(jù)接收模塊、發(fā)射模塊、接收模塊、音頻解碼模塊、信息顯示模塊及按鍵操作模塊．根據(jù)不同的模塊完成系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)．

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

(1)音頻解碼設(shè)計(jì)． 語音電路模塊使用ISD4004完成設(shè)計(jì)．ISD4004具有SPI接口，將其引出到排針上用于與MCU連接，MCU只需模擬SPI接口即可與ISD4004進(jìn)行通信［3-4］．對(duì)于語音信號(hào)的捕捉和存儲(chǔ)，本文采用駐極體傳感器與晶體管相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)語音信號(hào)的捕捉，由ISD4004芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)語音信號(hào)的調(diào)整和存儲(chǔ)．ISD4004音頻輸出信號(hào)比較微弱，因此本文采用LM386對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行放大處理，輸出信號(hào)推動(dòng)揚(yáng)聲器，對(duì)可調(diào)節(jié)電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)以達(dá)到最優(yōu)質(zhì)的聲音效果．由于單片機(jī)工作電壓為5V，而ISD4004芯片工作于3．3V，因此需要電壓轉(zhuǎn)換．本文采用LM1117實(shí)現(xiàn)電壓的轉(zhuǎn)換．

(2)激光電路設(shè)計(jì)． 系統(tǒng)激光電路設(shè)計(jì)包括兩部分，一部分為激光發(fā)射;另一部分為激光接收．激光發(fā)射電路中，D1為激光發(fā)射頭，設(shè)計(jì)中使用的8050三極管由Q1和Q2表示．激光限流電阻記作R4，激光調(diào)制管將激光調(diào)制成200K激光頻率，再通過Q2控制激光的導(dǎo)通和關(guān)閉，設(shè)計(jì)中將其接到TXD上，也就將串口發(fā)送信號(hào)加載到激光中進(jìn)行發(fā)送，使接收管不受其它信號(hào)的干擾，加強(qiáng)傳輸?shù)姆€(wěn)定性．激光接收電路設(shè)計(jì)中，接收信號(hào)指示燈記作D2．當(dāng)接收管接收到200kHz激光頻率時(shí)就會(huì)輸出一個(gè)高電平使D2熄滅．IN為信號(hào)輸出，將其接到RXD就可以完成信息的傳輸，限流電阻記作R5，去耦電容記作C4，以消除電源對(duì)接收管的干擾．

(3)液晶顯示設(shè)計(jì)． 系統(tǒng)顯示模塊的硬件電路模塊主要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)LCD命令和顯示數(shù)據(jù)的讀寫控制功能．其中P0口作為數(shù)據(jù)口與LCD12864的D0-D7相連，在P0口與D0-D7數(shù)據(jù)線之間分別接8個(gè)上拉電阻，以確保電路能夠正常顯示．MCU的P2口作為LCD的控制線，P2．0-P2．3分別接LCD12864的RS，RW，EN和RD端．LCD12864的其它3個(gè)控制端VDD和VSS，VEE分別接電源和地．通過各個(gè)管腳的有序配合即可完成LCD12864的數(shù)據(jù)傳輸控制．

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3．1 系統(tǒng)語音播報(bào)軟件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)出幾個(gè)供MCU訪問的功能子函數(shù):播放子函數(shù)、停止子函數(shù)、錄音子函數(shù)、讀取當(dāng)前狀態(tài)和上電子函數(shù)等．電路上電后，ISD被初始化，ISD進(jìn)去待機(jī)狀態(tài)．當(dāng)設(shè)備接收到數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)查詢?cè)摂?shù)據(jù)的語音地址，設(shè)定語音起始地址并播放該段語音，當(dāng)遇到EOM標(biāo)志時(shí)結(jié)束播放．

3．2 串口中斷的軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)中重點(diǎn)為激光編碼發(fā)送和激光編碼的接收，為了保證數(shù)據(jù)的正確性，減少誤碼率，需將串口的工作方式設(shè)為方式1，波特率設(shè)定為9600．為了使數(shù)據(jù)可被接收方識(shí)別，發(fā)送時(shí)需要對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，本文設(shè)計(jì)使用的編碼為:AA+BB+CC(頭)+L(數(shù)據(jù)長度)+XXXX(數(shù)據(jù))+X(校驗(yàn))+X(數(shù)據(jù)序號(hào))+FF(尾)．設(shè)計(jì)中為了解決通信的干擾使用了上述通信協(xié)議進(jìn)行處理，當(dāng)有數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送時(shí)同一條數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)發(fā)送，使用數(shù)據(jù)序號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)新舊的標(biāo)識(shí)，每發(fā)送一條數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)序號(hào)就會(huì)遞增一次．接收數(shù)據(jù)時(shí)首先進(jìn)行頭判定，如接收到連續(xù)的AA BB CC就認(rèn)為數(shù)據(jù)正確并開始接收，判斷數(shù)據(jù)位數(shù)，當(dāng)數(shù)據(jù)全部接收完畢后進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，若數(shù)據(jù)校驗(yàn)成功繼續(xù)判斷數(shù)據(jù)尾是否正確，若都是正確的則認(rèn)定數(shù)據(jù)接收成功．判斷數(shù)據(jù)序號(hào)，若序號(hào)與上次通信不同則屬于新數(shù)據(jù)進(jìn)行更新顯示，這樣即使發(fā)射信號(hào)被遮擋只要在下次發(fā)送前恢復(fù)光路即可保證數(shù)據(jù)不丟失．

4 結(jié)語

基于單片機(jī)的無線光通信裝置設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，將語音播報(bào)技術(shù)、激光發(fā)送技術(shù)、激光接收技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)結(jié)合起來，并且通過編制通信協(xié)議，加強(qiáng)了系統(tǒng)的通信可靠性，減少了誤碼率．完成了通信的可靠傳輸，經(jīng)測(cè)試10M內(nèi)在無遮擋情況下誤碼率為0%．

［1］邵子揚(yáng)．AVR單片機(jī)應(yīng)用專題精講［M］．北京:北京航空航天出版社，2013:15-22．

［2］張克彥．AVR應(yīng)用程序設(shè)計(jì)［M］．北京:北京航空航天出版社，2012:38-42．

［3］潘 峰，楊 順，何 偉．基于嵌入式USB主機(jī)和ZigBee技術(shù)的無線音響系統(tǒng)［J］．計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2010，19(8):34-38．

［4］譚浩強(qiáng)．C程序設(shè)計(jì)［M］．北京:清華大學(xué)出版社，2012:215-220．