中距离无线短信传输器
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摘要: 本设计以MSP430系统为核心,设计一个中距离无线短信传输器。用 MSP430系统,采用中断控制nrf905单片无线收发器、液晶显示模块、键盘等模块,以实现点对点短信的发送与接收、信息的存储、存储与新建联系人、时间的显示与调整、闹钟、输入法的切换、电子书等功能。低功耗是本设计的一大特点。
Abstract: We design a wireless message deliver machine working in an intermediate distance with the MSP430 system. The wireless transceiver, nrf905, the LCD and the keyboard are controlled by the MSP430 system with the method of interrupt. In this way, we can achieve many functions like sending and receiving messages from one point to another one, saving the messages, saving and establishing the information of the people we will contact, showing and adjusting the time, the alarm clock function, the switching of the input methods and the E-book function. What’s more, low power consumption is a great characteristic of our design.
关键词: 中距离;无线短信传输;中断;低功耗
Key words: intermediate distance;wireless message deliver;interrupt;low power consumption
中图分类号:TN91 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)13-0177-02
1设计要求
设计一个中距离无线短信传输器,要求具有点对点短信的发送与接收、存储信息、存储与新建联系人等功能;并且为了方便使用,还要像一般手机那样具有时间的显示与调整、闹钟、输入法的切换、电子书等功能。为了能够达到节能的效果,要求设计尽量低功耗。
2设计思想及方案论证
为了要达到项目所提出的要求,我们采用如下的设计:
2.1 为了达到低功耗,本设计全部采用中断,当有任务请求时,执行相关任务,而其它空闲时间,则工作在低功耗模式。采用MSP430系统则能够很好地达到此要求。
MSP430 系统是一种超低功耗微控制器系统,能够实现最大化的代码效率,唤醒时间(低功率模式唤醒到运行模式所用时间)小于6us 。MSP430系统具有一种活动模式和五种软件可选的低功耗运行模式。一个中断事件可以将芯片从五种低功耗模式中的任何一种唤醒,为请求服务并在从中断程序返回时恢复低功耗模式。
因此,本设计选用MSP430 系统作为核心控制芯片。
2.2 无线收发器的选择本设计中的短信传输器,选择工作在433MHz频段,又结合低功耗的要求,最终选用nrf905单片无线收发器。nrf905单片无线收发器可工作在433/868/95MHz的ISM频段,其工作模式的特点是可以自动产生前导码和CRC,可以很容易通过SPI接口进行编程配置。另外其电流消耗很低,进入POWERDOWN模式可以很容易实现节电。
2.3 显示方面由于短信中含有汉字、字符、数字等,所以选用内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形,能够显示汉字、字符、时间等的12864作为液晶显示模块。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令,可构成全中文人机交互界面。另外低电压、低功耗也是12864液晶显示模块的一个显著特点,能够进一步起到节能的效果。
2.4 时钟芯片的选用本设计中的时钟及闹钟功能都要用到计时,若采用核心系统设置定时器计时,一方面需要采用计数器,占用硬件资源;另一方面又需要设置查询、中断等,同样耗费系统的资源。如果在系统中采用专门的时钟芯片,则能很好地解决这个问题。经查阅可知:DS1302芯片,每月的天数和闰年的天数可自动调整,与控制器之间能简单地采用同步串行的方式进行通信,仅需用到三个口线:复位、数据线、串行时钟。另外,DS1302 工作时功耗很低,保持数据和时钟信息时功率小于1mW。
所以我们最终选用DS1302作为计时芯片。
2.5 SD卡存储由于MSP430系统自带的flash容量较小,而设计中需要用到存储的地方较多,所需存储容量也较大,所以我们采用SD卡来扩展系统的存储容量。TF卡具有:能够移动,可扩展性强,能够支持文件系统、便于与PC数据传输等优点,所以最终选用TF卡作为外部存储卡来扩展系统的存储容量。
3硬件设计
根据以上论证,我们以MSP430系统为核心,采用中断控制nrf905单片无线收发器、液晶显示模块、时钟芯片DS1302以及输入设备键盘、用来扩展存储的SD卡和提供声音信号的蜂鸣器。
系统原理框图如图1所示:
4软件设计
4.1 设计程序流程
设计程序的流程图如图2所示:
即系统初始化后进入MSP430系统低功耗模式,当有中断请求时,中断请求会将MSP430系统从低功耗模式中唤醒,根据中断请求响应相应的中断操作,而若没有中断请求则保持在低功耗模式。
4.2 核心技术为了实现各项功能的要求,我们的系统在软件设计方面花费了较大的精力,现将一些核心技术作如下简介:
4.2.1 低功耗为了尽可能实现低功耗,所有模块均采用中断方式,即没有中断时,MSP430系统处于低功耗模式3下,此时430的所有端口均关闭,相应的晶振端口也关闭;另外由于主界面是计时显示时间的,需要不断刷新,所以此处为了更好地实现低功耗,我们采用时钟中断的方式(即每一秒钟产生一个中断来执行时间的刷新功能);为了进一步实现低功耗,我们又作了相应的设置:当系统处在主界面并且连续60秒没有任何操作时,设置显示屏自动关闭,此时键盘和nRF905中断均可以将其唤醒。
4.2.2 点对点信息的发送由于所使用的nRF905单片无线收发器一次只能传送32个字节,为了传输信息容量的最大化,我们采用分时传送的方式来实现信息与号码的发送。
4.2.3 输入法的切换(中文的输入与显示)在设计系统时,我们预先将中文字库存储在MSP430系统自带的flash中,这样在中文输入时,采用直接寻址的方式对中文字库进行调用。
由于12864显示中文时必须双字节显示,所以我们在显示中文的程序中添加了相应的判断语句:若已显示字节数为偶数,则直接显示该中文字;若已显示字节数为奇数,则先显示一个空格,再显示该中文字。
4.2.4 独立标识号我们所设计的每个终端系统均具有独立的标识号,由于nRF905的地址验证码是4个字节,所以有232(约43亿)个独立标识号。另外为了方便用户使用,我们将十六进制的标识号转化为相应是十进制数显示。
4.2.5 SD卡的存储SD卡是系统中的外部存储设备,我们的设计程序中,所有有关存储的操作(例如:联系人的新建、联系人的查看、收件箱、发件箱、草稿箱、电子书等)均预先对SD卡进行检测,如果SD卡存在,则进行相关操作;如果SD卡不存在则给出提示并退出当前操作界面。
4.2.6 脱离SD卡时信息的发送与存储系统设置成将SD卡拔出时,仍能够进行信息的发送与接收,但由于MSP430自带的flash太小,此中状态下发送与接收的信息部进行存储。
4.2.7 文件系统我们设计的程序在系统开机时自动对SD卡进行检测,如果SD卡不存在,则给出提示;如果SD卡存在,则检测其是否具有系统文件(即联系人文件、收件箱文件、发件箱文件、草稿箱文件等),如果没有,则自动生成系统文件,此后,所有的存储操作均建立在该系统文件上。
5系统界面结构框图及功能
5.1 系统界面结构图
由于设计的系统功能较多,我们采用多级菜单的形式,根据键盘按键的选择转至相应的界面,系统界面结构图如图3所示:
5.2 项目功能①能够实现点对点信息的发送与接收,最大程度地缩短接收信息处理时间,同时还实现分时传送,即完成信息内容和发送者地址的分时接收;②信息的大容量存储(信息接收、发送及新建的实时存储);③联系人的存储与新建:最多可以新建21个联系人,可实时删除选中联系人并刷新所显示的联系人;④时间的调整与显示;⑤闹钟功能;⑥输入法的切换:能够实现中文、英文字母(大、小写)和数字之间输入法的切换;⑦电子书功能(重新打开电子书时,能够自动记忆上次的浏览);⑧文件系统:所有存储的信息和电子书均是以文件的形式保存在记忆卡中的,可以在windows下直接进行读取或修改;⑨每个终端系统均具有独立的标识号,最多可支持约43亿个独立标识号。
6应用前景
我们所设计的系统的最大优势在于:该系统是作为一个独立系统设计的,不基于任何其它系统以外的设备,所以它可以作为应急通信系统。另外,该系统工作在433MHz频段,433MHz是我们国家的免申请发射接收频率,可直接使用,可以应用于中小型企业的内部通讯。虽然现在好多企业内部都运用对讲机进行联络,但有些也许用文字信号联系更能够表述明白。另外,现在常用的对讲机大多都不能实现点对点的通信。而我们设计的系统能够实现点对点的信息传输,使用较为方便。预想,该系统有着很广阔的应用前景。