周煒杰 周媛 余佳琦 楊嶺玉

摘? 要：以ATMEGA16A單片機(jī)、ESP8266 Wi-Fi模塊為核心，設(shè)計(jì)并制作基于Wi-Fi的多路二維碼讀取系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無線化的數(shù)據(jù)接收與發(fā)送。通過多個二維碼掃描儀獲得相關(guān)數(shù)據(jù)并發(fā)送信息給服務(wù)器，服務(wù)器接收數(shù)據(jù)并導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)讀取與存儲和整合過程為自動化操作。系統(tǒng)配有簡潔易用的客戶端，用戶可通過客戶端操作，實(shí)時獲取信息。

關(guān)鍵詞：單片機(jī);Wi-Fi;二維碼;物聯(lián)網(wǎng);數(shù)據(jù)庫

中圖分類號：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）35-0027-02

Abstract： With ATMEGA16A single-chip computer and ESP8266 Wi-Fi module as the core， a multi-channel two-dimensional code reading system based on Wi-Fi is designed and manufactured to achieve wireless data reception and transmission. The related data is obtained through multiple two-dimensional code scanners and sent information to the server， which receives the data and imports it into the database. Data reading and storage and integration processes are automated. The system is equipped with a simple and easy-to-use client， through which users can obtain information in real time.

Keywords： single-chip computer; Wi-Fi; two-dimensional code; internet of things; database

引言

近幾年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，在多數(shù)領(lǐng)域中有線連接的方式已經(jīng)不能滿足科技高速發(fā)展的要求，無線通信的方式正進(jìn)入到我們生活中的各個領(lǐng)域[1]。它與有線連接方式相比，具有全天候在線，不受傳輸線材約束的優(yōu)點(diǎn)。二維碼作為一種新的信息承載者有著數(shù)據(jù)量大、應(yīng)用方便、糾錯能力強(qiáng)等特點(diǎn)[2]。本文設(shè)計(jì)了一個以ATmega16A單片機(jī)和ESP8266 Wi-Fi模塊為主要功能器件的多路二維碼讀取系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)兩個功能：接收讀取二維碼數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)到服務(wù)器。整個基于Wi-Fi的多路二維碼讀取系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。多路二維碼讀取系統(tǒng)的具體工作過程如下：Wi-Fi模塊接收二維碼掃描器的數(shù)據(jù)，并發(fā)送當(dāng)前狀態(tài)給單片機(jī)，單片機(jī)監(jiān)測Wi-Fi模塊的狀態(tài)，并發(fā)送相應(yīng)控制命令，使其進(jìn)入對應(yīng)的工作模式。處于Wi-Fi信號范圍內(nèi)的Wi-Fi模塊再通過無線局域網(wǎng)把數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器。服務(wù)器接收到數(shù)據(jù)后，會把數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的管理、整合?？蛻舳朔?wù)器還會根據(jù)當(dāng)前Wi-Fi模塊的連接狀態(tài)，顯示相應(yīng)信息給用戶，如果連接異常，對應(yīng)的警示燈就會亮起。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要可以分為三個部分：單片機(jī)及其外圍控制電路，ESP8266 Wi-Fi模塊、二維碼數(shù)據(jù)接收電路。

2.1 單片機(jī)及其外圍電路

本設(shè)計(jì)選用高性能、低功耗的8位單片機(jī)——ATmega16A。該芯片為系統(tǒng)提供可靠控制與強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力。單片機(jī)及其外圍電路包括ATmega16A最小系統(tǒng)、繼電器、狀態(tài)指示燈。主要功能實(shí)現(xiàn)部分，單片機(jī)的兩個串行通信接口和Wi-Fi模塊對應(yīng)相連，通過發(fā)送AT指令來配置Wi-Fi模塊，實(shí)現(xiàn)連接Wi-Fi、進(jìn)入透傳模式、發(fā)送數(shù)據(jù)等功能。狀態(tài)指示部分兩個高亮LED通過串聯(lián)一個限流電阻后與單片機(jī)的PA0、PA1口相連。在Wi-Fi模塊搜索到無線AP后并連接上服務(wù)器后，會返回給單片機(jī)一個指令，通過校驗(yàn)返回指令末位的“OK”二字的ASCII碼，來判斷Wi-Fi模塊是否順利連接上服務(wù)器。如果連接上服務(wù)器，指示燈變綠表示工作正常，主程序的流程圖如圖2所示。

2.2 ESP8266 Wi-Fi模塊

目前，市面上可供選擇的Wi-Fi模塊有很多，在權(quán)衡設(shè)計(jì)成本和可靠性后，選擇ALIENTEK公司出品的一款串口轉(zhuǎn)無線模塊。通過ATK-ESP8266模塊，傳統(tǒng)的串口設(shè)備只需要簡單的串口配置，就可以方便快捷的通過Wi-Fi傳輸數(shù)據(jù)[3]。而且ATK-ESP8266模塊也支持串行接口，電源電壓可以匹配3.3伏特和5伏特單片微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可以很方便的和單片機(jī)進(jìn)行連接。模塊支持串口轉(zhuǎn)Wi-Fi STA、串口轉(zhuǎn)AP和Wi-Fi STA+Wi-Fi AP的模式，從而可以高效的構(gòu)建串口——Wi-Fi數(shù)據(jù)傳輸方案。本設(shè)計(jì)中利用單片機(jī)發(fā)送AT指令配置Wi-Fi模塊。

在實(shí)際調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)單片機(jī)的RXD和TXD并聯(lián)Wi-Fi模塊的數(shù)據(jù)通路后可能會無法正常工作，于是加入1路繼電器模塊JQC-3FF來控制單片機(jī)的RXD，TXD與Wi-Fi模塊的數(shù)據(jù)線的通斷。JQC-3FF有受控側(cè)和控制側(cè)，控制側(cè)由單片機(jī)控制，低電壓低電流;受控側(cè)接入高電壓，高電流?？刂苽?cè)的三個端口分別接VCC，GND，單片機(jī)的PC0口，PC0作為控制信號的輸入端。受控側(cè)COM口并聯(lián)接在Wi-Fi模塊的RXD口，NO口接在單片機(jī)的TXD。每當(dāng)接通電源時，配置PC0口輸出高電平，導(dǎo)通RXD與TXD。當(dāng)單片機(jī)收到Wi-Fi模塊回傳Wi-Fi連接成功指令后，立即配置PC0口輸出低電平，斷開COM與NC之間的連接，即斷開單片機(jī)的TXD與Wi-Fi模塊的RXD的連接。

2.3 二維碼數(shù)據(jù)接收電路

二維碼掃碼器通過九針串口與Wi-Fi模塊和單片機(jī)連接。由于掃碼器和單片機(jī)提供的信號電平與RS232的標(biāo)準(zhǔn)不同，因此電平轉(zhuǎn)換應(yīng)通過MAX232的芯片進(jìn)行。掃碼器掃描到的二維碼數(shù)據(jù)通過電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232轉(zhuǎn)換后，送入Wi-Fi模塊，并經(jīng)內(nèi)部微處理器處理后，發(fā)送給服務(wù)器。

在實(shí)際測試中，發(fā)現(xiàn)MAX32對電源十分敏感，一旦電源電壓不穩(wěn)定，大概率導(dǎo)致MAX232芯片發(fā)熱嚴(yán)重，從而無法和Wi-Fi模塊和單片機(jī)通信，因此需要先經(jīng)穩(wěn)壓后再給MAX232和本系統(tǒng)供電。

3 客戶端軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的服務(wù)器客戶端是用Visual Studio2019開發(fā)的。Client/Server是一種數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)，本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是使用這種數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)將多個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊作為客戶端連接到PC端的服務(wù)器[4]?；顒訑?shù)據(jù)對象（ADO）可以對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問，是一種自動化接口技術(shù)，ADO技術(shù)創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫的使用程序速度非?？?，也是最節(jié)省網(wǎng)絡(luò)流量的一種數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)，并且能為數(shù)據(jù)庫提供質(zhì)量高的接口[5]。Wi-Fi模塊與計(jì)算機(jī)通信是依賴于TCP/IP協(xié)議，端口配置文件通過改寫文本文檔“port”來實(shí)現(xiàn)，每次軟件運(yùn)行前會讀取文檔中的端口號，因此可以同時配置連接不同端口號的設(shè)備。設(shè)備上線后，顯示綠燈，離線顯示紅燈。軟件主面板會顯示設(shè)備的具體信息，包括端口號、IP地址。數(shù)據(jù)被接收后，會自動導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)分組顯示。客戶端界面如圖3所示。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)前期進(jìn)行了充分的理論研究;驗(yàn)證了其可行性后，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于Wi-Fi的多路二維碼讀取系統(tǒng)。整機(jī)在運(yùn)行過程中，能正常處理數(shù)據(jù)并實(shí)時同步到服務(wù)器，可靠性高。本設(shè)計(jì)利用低功耗的單片機(jī)和Wi-Fi模塊，提供了一種新型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)方案，非常適合移動應(yīng)用場景下的多路二維碼讀取。同時，因其硬件成本的低廉而具有很高的性價(jià)比。若能夠在本系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，稍加擴(kuò)展，便可組成覆蓋面積廣、超多路并行傳輸?shù)亩S碼讀取網(wǎng)絡(luò)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王燕.基于Wi-Fi模塊的多路燈光控制系統(tǒng)開發(fā)[J].電子世界，2015，479（17）：186-188.

[2]陳守喆.基于二維碼的信息管理系統(tǒng)[D].華南理工大學(xué)，2016.

[3]邱宏斌.一種基于ESP8266模塊的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)思路[J].電子世界，2017，000（007）：157-157.

[4]羅亞非.基于TCP的Socket多線程通信[J].電腦知識與技術(shù)，2009，5（3）：563-565.

[5]徐楓，馬國之，劉良旭.基于ADO技術(shù)的數(shù)據(jù)庫訪問研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2004（01）：107-110.