分析基于單片機(jī)的嵌入式多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄒超然

摘? 要：嵌入式系統(tǒng)將傳統(tǒng)的人為控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器控制系統(tǒng)，提升了系統(tǒng)的精確性與穩(wěn)定性，有效地節(jié)省了傳統(tǒng)模式產(chǎn)生的損耗問(wèn)題。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，基于單片機(jī)的嵌入式多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)逐漸完善。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心就是單片機(jī)，而stm32作為一種32位微控制器，在嵌入式多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)應(yīng)用中的效果顯著。基于此，文章主要對(duì)基于單片機(jī)的嵌入式多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析論述。

關(guān)鍵詞;嵌入式;多節(jié)點(diǎn);網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì);stm32

中圖分類號(hào)：TN914 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）16-0093-02

Abstract： The embedded system changes the traditional man-made control system into the machine control system， improves the accuracy and stability of the system， and effectively saves the loss problem caused by the traditional mode. With the continuous development of electronic technology， the design of embedded multi-node network communication system based on single chip microcomputer is gradually improved. The core of embedded system design is single chip microcomputer. stm32， as a 32-bit microcontroller， has a remarkable effect in the application of embedded multi-node network communication system. Based on this， this paper mainly analyzes and discusses the design of embedded multi-node network communication system based on single chip microcomputer.

Keywords： embedded; multi-node; network communication system design; stm32

1 嵌入式系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中較為普遍的應(yīng)用模式，在移植中具有智能化、網(wǎng)絡(luò)化的特征。將其與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有效融合，作為嵌入式系統(tǒng)的核心部件與存儲(chǔ)器以及輸入輸出設(shè)備等可編程計(jì)算設(shè)施共同構(gòu)成嵌入系統(tǒng)，嵌入在物理設(shè)備系統(tǒng)中，其主要就是完成特定的計(jì)算機(jī)控制功能。單片機(jī)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的大腦，其主要就是對(duì)設(shè)備的自動(dòng)化控制，但是其無(wú)法獨(dú)立應(yīng)用，嵌入系統(tǒng)是單片機(jī)的主要載體。

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有體積小以及低功耗的特征，其具有成本低廉的優(yōu)勢(shì)，軟件系統(tǒng)便于維護(hù)，應(yīng)用較為靈活，可以滿足客戶的不同需求。主流的嵌入式系統(tǒng)中安裝了各種網(wǎng)絡(luò)通信接口，在客戶端中配置了對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)端口系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)就是支持TCP/IP協(xié)議。

嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的核心就是計(jì)算機(jī)技術(shù)，在實(shí)踐中主要應(yīng)用了嵌入式處理設(shè)備以及對(duì)應(yīng)的硬件設(shè)備。在操作之前要加強(qiáng)控制管理，便于設(shè)備的操作與控制。在處理中，嵌入式處理設(shè)備是嵌入式系統(tǒng)的關(guān)鍵，其具有實(shí)現(xiàn)外圍功能集中管理的功能，可以保障系統(tǒng)的集成性操作，分析現(xiàn)有的設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，分析運(yùn)行需求進(jìn)行個(gè)性化的設(shè)計(jì)分析，可以保障系統(tǒng)的高效運(yùn)行，提升運(yùn)行的質(zhì)量。嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建與設(shè)計(jì)中要基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為主要基礎(chǔ)，要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接口安裝，進(jìn)而保障嵌入式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的有效展開。

基于單片機(jī)嵌入式的Web服務(wù)器，主要就是通過(guò)對(duì)外網(wǎng)端口設(shè)備進(jìn)行采集實(shí)現(xiàn)和通信領(lǐng)域中不同設(shè)備之間的數(shù)據(jù)信息傳輸，以實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的共享，在網(wǎng)絡(luò)資源匱乏的狀況之下，可以通過(guò)單片機(jī)嵌入的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)之間的鏈接，在不同設(shè)備之間的通信并不會(huì)受到資源的限制與影響。

單片機(jī)嵌入方式主要的原理就是利用WEB瀏覽器與嵌入式服務(wù)器進(jìn)行通信，底層主要基于TCP/IP，而上層則主要就是基于HTTP協(xié)議為基礎(chǔ)。通過(guò)客戶端的JAVA虛擬機(jī)解析客戶端的程序組件，根據(jù)組件設(shè)計(jì)應(yīng)用程序，創(chuàng)建動(dòng)態(tài)的FPRM發(fā)送到單片機(jī)嵌入服務(wù)器中，通過(guò)服務(wù)器解析HTTP請(qǐng)求，在解析動(dòng)態(tài)的FORM要求處理功能，將其與遠(yuǎn)程控制設(shè)備應(yīng)用在管理程序中，實(shí)現(xiàn)通信，進(jìn)而完成對(duì)遠(yuǎn)程嵌入式系統(tǒng)的合理配置與管理。在遠(yuǎn)程控制設(shè)備系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)，其就會(huì)與嵌入式Web服務(wù)器等應(yīng)用程序進(jìn)行通信，生成了HTML文本，利用瀏覽器現(xiàn)實(shí)進(jìn)行交互處理。

2 嵌入式系統(tǒng)與多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1.1 多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

綜合多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的功能需求設(shè)置不同的功能模塊，其主要可以分為主控制器、數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)采集模塊以及電源模塊、接口電路模塊。其中信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的主要目的就是保存通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)信息，可以有效地解決網(wǎng)絡(luò)傳輸帶造成的數(shù)據(jù)丟失等問(wèn)題。其主要的責(zé)任就是協(xié)調(diào)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)不同功能模塊。

2.1.2 嵌入式多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)主控制器模塊系統(tǒng)

嵌入式多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)要根據(jù)stm32作為主要控制芯片，在連接過(guò)程中全部接口線均為5V電壓，在片內(nèi)的設(shè)定器以及串行總線等相關(guān)模塊可以通過(guò)設(shè)置的方式達(dá)到最佳的控制狀態(tài)。

2.2 多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)采集模塊

多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊中，構(gòu)建數(shù)據(jù)采集模擬量縮小倍數(shù)處理，基于LM324作為四運(yùn)放集成電路系統(tǒng)，內(nèi)部主要涵蓋了四組運(yùn)算放大器，呈現(xiàn)相對(duì)獨(dú)立的狀態(tài)，共用相同的電源。嵌入式多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集模塊中主要就是利用HCNR200線性光耦進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.3 多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)電源模塊

多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中的電源模塊主要的作用就是保障各個(gè)模塊系統(tǒng)供電，進(jìn)而保障節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸能耗控制的穩(wěn)定性。在系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ麟妷簽?V，在進(jìn)行供電的時(shí)候，要通過(guò)低壓差線性的穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)對(duì)不同模塊電源的轉(zhuǎn)換。但是因?yàn)榉€(wěn)壓器在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生不同程度的噪音，因此在選擇過(guò)程中要分析噪聲輸出以及電流輸出、電壓幅度等相關(guān)問(wèn)題。

低壓差線性穩(wěn)壓器屬于低功耗的低壓的差線性穩(wěn)定器械，在其輸入電壓差相對(duì)較少的時(shí)候，直流輸出的電壓就會(huì)維持在穩(wěn)定值中，其具有較高的自由噪聲以及較高的電源抑制比的優(yōu)勢(shì)。

多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)相對(duì)較為簡(jiǎn)單，主要包括電壓基準(zhǔn)源、調(diào)整管、保護(hù)電路以及氣動(dòng)電路等零部件。

2.4 嵌入式多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

綜合多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)分析，可以獲得框架以及各個(gè)組成模塊系統(tǒng)，以stm32為核心，合理的利用節(jié)點(diǎn)能量，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存周期是較為關(guān)鍵的內(nèi)容。

通信節(jié)點(diǎn)在運(yùn)行過(guò)程中可以根據(jù)能量控制技術(shù)手段，利用通信距離大小的方式在兩個(gè)信道模式中有效轉(zhuǎn)換。在運(yùn)行中節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)要先接受來(lái)自于其他相關(guān)通信節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，然后再將其發(fā)送處理。

簇群內(nèi)部與簇群之間都是通過(guò)無(wú)碰撞MAC協(xié)議進(jìn)行通信傳播的，在傳播過(guò)程中無(wú)需考量碰撞以及重發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生的能量消耗問(wèn)題。如果節(jié)點(diǎn)沒有傳輸任務(wù)的時(shí)候其呈現(xiàn)休眠的狀態(tài)，則可以避免能量消耗等問(wèn)題。而如果其周邊環(huán)境出現(xiàn)了變化或者節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸周期到達(dá)的時(shí)候就會(huì)執(zhí)行監(jiān)測(cè)命令，對(duì)傳輸任務(wù)進(jìn)行系統(tǒng)性的監(jiān)測(cè)分析。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

實(shí)驗(yàn)中受到網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境等因素的影響，在不同環(huán)境中節(jié)點(diǎn)傳輸控制的最終效果也具有一定的差異性。其具體如下：

在實(shí)驗(yàn)中分析不同網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境中的系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及具體的狀況，探究在不同狀況之下節(jié)點(diǎn)傳輸控制系統(tǒng)的效果。通過(guò)Visual C搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

第一，如果在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中較為復(fù)雜，周圍物體較多的環(huán)境中，會(huì)受到周邊環(huán)境因素的干擾與影響，可以將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳輸之間控制在10米范圍中。加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)目刂?，提升整體的靈敏度，分析在此種環(huán)境中節(jié)點(diǎn)傳輸中能源損耗的誤差比特率。其接收的靈敏度則要設(shè)置為2～3秒，通過(guò)分析通過(guò)不同節(jié)點(diǎn)傳輸能耗的誤比特率，其結(jié)果如圖1。

通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，此種方式在傳輸過(guò)程中誤比特率相對(duì)于其他方式來(lái)說(shuō)有著較為顯著的優(yōu)勢(shì)，可以有效的降低數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的誤比特率。

第二，選擇空曠的場(chǎng)地，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)距離里為15米，數(shù)據(jù)接受靈敏度則為1～2秒，通過(guò)對(duì)比分析不同的方法，了解傳輸能耗控制的具體狀況可以發(fā)現(xiàn)，此種方式主要就是通過(guò)雙頻結(jié)構(gòu)模式加強(qiáng)對(duì)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中能耗的控制，可以有效的提升能耗控制模塊電路系統(tǒng)的邏輯單元性能，利用低頻域的晶體管進(jìn)行能耗控制模塊的設(shè)計(jì)方式可以加強(qiáng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)傳輸能耗的控制。

第三，網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)傳輸速率是檢驗(yàn)嵌入式多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要參數(shù)與指標(biāo)。此方式相對(duì)于其他方式來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)接口模塊可以分為直接連接方式以及間接連接方式，其具有較高的覆蓋率，也可以增強(qiáng)能耗控制的整體覆蓋率。

4 結(jié)束語(yǔ)

在網(wǎng)絡(luò)通信發(fā)展過(guò)程中，短波通信系統(tǒng)以及微波通信系統(tǒng)與移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)在不斷地成熟。而網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)在發(fā)展中存在著不同的利弊，這樣就導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)通信的多樣化，而這種多樣化會(huì)在軍事領(lǐng)域、環(huán)境監(jiān)測(cè)以及建筑安全、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域中均有著較為廣泛的應(yīng)用。而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展，在社會(huì)以及科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域中嵌入式多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)也逐漸成為研究的重點(diǎn)內(nèi)容。文章通過(guò)對(duì)嵌入式系統(tǒng)的分析，了解了嵌入式系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的狀況，通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)電源模塊、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的分析論述，得出了如果在實(shí)驗(yàn)環(huán)境較為復(fù)雜，周圍物體較多的環(huán)境中，會(huì)受到周邊環(huán)境因素的干擾與影響，可以利用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳輸之間控制在10米范圍中進(jìn)行處理;選擇空曠的場(chǎng)地和網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)傳輸速率等是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中較為關(guān)鍵的內(nèi)容，在實(shí)踐中會(huì)提升覆蓋率，也可以增強(qiáng)能耗控制的整體覆蓋率。

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