（通信与信息系统专业论文）开放实验室预约及信息服务系统设计.pdf

中文摘要 摘要：随着现代信息技术的飞速发展，使得基于w e b 技术的实验室预约平台 成为现代实验室管理一部分。同时，移动通信和i n t e r n e t 的结合使得移动通信得到 的更加广泛的应用，移动通信的应用业务为人们提供了随时随地访问i n t e r n e t 并从 i n t e r n e t 获取信息和处理信息的能力。将移动通信技术与实验室预约相结合，为学 生进行实验预约提供了更多的便利。本文以北京交通大学国家电工电子实验教学 示范中心开放实验室预约及信息服务系统的开发为背景，从实际工作出发，把动 态网络编程、c + + 编程、单片机控制、调制技术、移动通信等相关知识有机结合起 来，开发了一套集实验室网络预约、短信预约信息查询、信息显示为一体的系统， 以满足学生在实验课以外开放的实验时间内有序从事创新实验、兴趣实验及选做 实验的需求，具有一定的实用价值。本系统主要进行了以下功能单元设计。 1 w e b 预约单元。使用a s p ( a c t i v es e r v e rp a g e s ) 动态网页技术，利用其 丰富的功能设计了友好预约网络界面，便于学生通过网络进行实验时间的 预约、查询、删除、浏览等功能。 2 手机短信查询和预约单元。利用g s m 模块和移动通信网络，使用户可以 随时随地通过手机短信的方式进行预约操作和实验室信息查询。 3 实验室信息显示单元。方便学生快速了解实验室相关信息。 本论文首先简要介绍了本课题的开发背景、所要完成的功能，然后重点 介绍了系统各部分的设计思想和技术，最后做出总结和展望。 关键词g 动态网页技术；短信息服务；单片机；无线数据传输 分类号：t n 9 1 9 7 2 j 量塞交适厶堂亟堂位途窒曼墨! 基! a bs t r a c t a b s t r a c t ：w i t ht h em o d e r ni n f o r m a t i o nt e c h n i q u ed e v e l o pa tv e r yf a s ts p e e d ，l a b s b o o k i n gp l a t f o r mb a s e do nw e bt e c h n i q u eb e c o m eap a r to fm o d e m l a b sm a n a g e m e n t a tt h es a m et i m e ，m o b i l ea p p l i c a t i o nb e c a m em o r ea n dm o r eu s e dw i d e l yb e c a u s eo f c o m b i n a t i o no fm o b i l ec o m m u n i c a t i o na n di n t e r n e t t h es e r v i c eo fm o b i l ea p p l i c a t i o n o f f e r st h ep o s s i b i l i t yo fc o n n e c t i n gt oi n t e r a c ta n da c q u i r i n ga n dd e a l i n gw i t h i n f o r m a t i o nf r o mi n t e r n e tf o rt l $ t h ec o m b i n i n gm o b i l ea p p l i c a t i o nt e c h n i q u ew i t hl a b s b o o k i n gs y s t e mw i l lp r o m o t et h eu s e r sc o n v e n i e n c e t h et h e s i si si nt h es e t t i n go f d e v e l o p m e n to f “o p e nl a b sb o o k i n ga n di n f o r m a t i o ns e r v i c es y s t e m ”，d e v e l o p i n g t h e o p e nl a b sb o o k i n ga n di n f o r m a t i o ns e r v i c es y s t e m w h i c h f o c u sl a b sn e t b o o k i n g ，b o o k i n gw i t hs h o r tm e s s a g e ，i n q u i r ea b o u tl a b s i n f o r m a t i o na n dl a b s i n f o r m a t i o nd i s p l a yi no n ec o m b i n e dw i t ht h ek n o w l e d g eo fd y n a m i cn e t w o r k p r o g r a m m i n g ，c hp r o g r a m m i n g , s i n g l ec h i pm i c r o c o m p u t e rc o n t r o l ，m o d u l a t i o na n d m o b i l ec o m m u n i c a t i o n s t h es y s t e mi sh i g h l yv a l u a b l et os a t i s f ys t u d e n t sn e e d so f t a k i n gp a r ti ni n n o v a t i o n a le x p e r i m e n ta n d o t h e re x p e r i m e n t si nt h e i rs p a r et i m e t h es y s t e md e s i g n e df o l l o w i n gc h a r a c t e ru n i t s ： 1 、w e bb o o k i n gu n i t a c t i v es e r v e rp a g e s ( a s p ) t e c h n i q u ei su s e dt oi m p r o v e t h ea g i l i t yo fs y s t e ma n da c c e l e r a t et h es p e e do fd e v e l o p i n gs o f t w a r e ，b e c a u s e o ft h ea b u n d a n c eo f a s p sf u n c t i o na n dt e c h n i c a ls u p p o r t 2 、s h o r tm e s s a g ei n q u i r i n gu n i t t h eu n i tc a np r o v i d es t u d e n t sc o n v e n i e n c eo f b o o k i n ga n di n q u i r i n ga b o u tl a b si n f o r m a t i o n 3 、l a b si n f o r m a t i o nd i s p l a yu n i t t h eu n i tc a nm a k es t u d e n tg e tl a b s i n f o r m a t i o nm o r eq u i c k l y t h et h e s i si n t r o d u c e dt h i sl e s s o nap r o c e s sf o rt h eb a c k g r o u n do fd e v e l o p m e n t ，t h e f i n i s h e df u n c t i o nw a n t e dw i t hd e v e l o p m e n tp r i m a r i l y t h e nt h et h e s i sd e s c r i b e st h e d e s i g n i n ga n di m p l e m e n t i n gp r o c e s so fs y s t e mi nd e t a i l s a tl a s t , t h et h e s i sg i v e s a s u m s u pa n de x p e c t a t i o n k e y w o r d s ：a c t i v es e r v e rp a g e s ( a s p ) ；s h o r tm e s s a g es e r v i c es i n g l ec h i p m i c r o c o m p u t e r ；w i r e l e s sd a t at r a n s f e r c i a s s n o ：t n 9 19 7 2 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：弘毋啐 签字日期：略年，月7 日 导师签名：& k 期 、u ，) 签字日期：训岔年矿月f z 日 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：球勾文 签字日期：山影 年6 月f 日 4 5 致谢 本论文的工作是在我的导师刘颖教授的悉心指导下完成的，刘颖教授严谨的 治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢二年来刘颖 老师对我的关心和指导。 刘颖教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予 了我很大的关心和帮助，在此向刘颖老师表示衷心的谢意。 刘颖教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心 的感谢。 在实验室工作及撰写论文期间，皇甫谦德、孟英、程丽娜、李静等同学对我 论文中的无线数据通信研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 序 现代信息技术的发展，使得基于w e b 技术的实验室预约平台成为现代实验教 育改革和发展的一部分。目前国内各实验室预约系统仅仅具有网络预约功能，预 约方式上比较单一，使用上时间和空间局限性较大。本文根据现已存在的问题， 介绍了为我校国家电工电子实验教学示范中心设计的一套集实验室网络预约、短 信预约信息查询、信息显示为一体的开放实验室预约及信息服务系统。该系统可 以满足用户随时随地进行预约操作及信息查询的要求，具有一定的实用价值。 1 引言 1 1课题研究现状和意义 当前实验教学在高校教育中占有极其重要的地位，是教育教学改革的重要组 成部分，受到各高校的重视【l 】。由于学生人数的增加，各个高校也加大实验室建设 的投入，实验室设备不断增加和完善。传统的实验室预约以人工为主，不仅增加 了管理人员的工作量，而且学生不能方便的在课余时间进行实验室预约和信息查 询操作，使实验室资源不能得到有序、充分的利用。随着计算机技术的普及和发 展，出现了网络预约这种方式，在一定程度上，节约了管理人员的人力和时间。 然而这种单一的网络预约方式在只能在电脑上使用，仍然不方便学生随时随地预 约实验室资源和查询实验室信剧刀。 短信息服务s m s ( s h o r tm e s s a g es e r v i c e ) 以其方便快捷、价格低廉及具有 交互性的特点，已经越来越多的走入我们的生活并且在许多行业得到广泛的应用。 短信息服务系统和互联网结合产生了一种新的预约查询方式一一短信预约查询， 这样学生就不必一定要坐在电脑前面才能获取自己需要的信息了。为此，设计一 种集实验室网络预约、短信预约信息查询、信息显示为一体的开放实验室预约及 信息服务系统就十分必要。 1 2 课题研究的目的和内容 随着我校国家电工电子实验教学示范中心实验室规模不断扩大，实验室实验 设备数量、种类的不断增加，需要有相应的实验室预约及信息查询等管理系统来 提高实验室资源的利用率，便于学生自主安排学习时间。通过这样的预约管理系 统也将减轻实验室管理人员的工作强度，也提高大学实验室管理水平。 基于上述原因，我们设计并开发了这套开放实验室预约及信息查询系统。 1 3论文的主要内容和结构 论文分析了动态网络编程、串口编程、单片机控制、无线数据通信等技术在 开放实验室预约及查询系统中的应用，主要内容如下： 1 、通过对a s p 技术和b s 结构( b r o w s e r s e r v e r 结构) 的研究，确定网络预 约查询软件的设计方案，并根据功能分析设计数据库。 2 、研究在单片机控制下的无线数据通信过程及液晶显示过程，设计实验室信 息显示单元。 3 、对s m s 短信服务系统和短信控制终端进行研究，设计短信查询单元的短 信接口。 论文主要结构如下： 第一章简要介绍了研究该课题的原因，课题研究的目的和内容。 第二章从系统整体出发，介绍系统的结构和设计方案。 第三章从软件功能分析和数据库设计过程出发，详细介绍网络预约查询单元 的设计。 第四章描述实验室信息显示模块的设计，重点论述了单片机控制下无线数据 传输和液晶显示的设计。 第五章介绍了s m s 短信服务系统和短信控制终端，介绍了手机短信查询单元 的设计，重点是短信接口的软件设计。 第六章对全篇论文进行总结，探讨了以后应该努力的方向。 2 系统总体设计方案 2 1系统总体结构和功能 为满足学生在实验课以外开放的实验时间内有效利用实验室资源的需求，本 论文设计了一套集实验室网络预约、短信预约信息查询、信息显示为一体的开放 实验室预约及信息服务系统。 本系统结构如图2 1 所示。 2 2系统功能和设计方案 系统主要功能和设计方案如下： 1 、网络预约与查询。该单元利用d r e a m w e a v e r 软件及a s p 动态页面开发软 件完成，实现学生对实验室资源预约、修改、删除、查询浏览等功能。后 台管理进行开放时间设置、预约管理等功能。 2 、手机短信查询。该单元实现基于g s mm o d e m 的服务器短信收发过程，服 务器通过分析接收到的短信查询代码，进行数据库查询，然后自动给查询 2 用户发送预约信息。设计方面，硬件上采用带有t c 3 5 模块的g s mm o d e m ， 软件上则使用v c + + ，设计内容主要包括v c + + 与串口通信，v c + + 与s m s 编解码，v c 抖与数据库连接这几部分。 3 、实验室信息显示单元。该单元通过单片机对无线模块的控制，将服务器相 关信息通过无线方式传送到实验室附近的显示单元，主要显示实验室实际 人数与预约人数信息，便于用户快速了解实验室相关信息。 图2 一l开放实验室预约及信息查询系统结构图 2 3 本章小结 本章从系统整体出发介绍了系统的结构和系统主要功能及设计方案，下面将 分各个部分进行具体的设计介绍。 3 3 网络预约查询单元设计 3 1a s p 介绍 a s p ( a c t i v es e r v e rp a g e s ) 是微软公司推出i i s ( i n t e r n e ti n f o r m a t i o ns e r v i c e s ) 的一个组件，实际是一种在服务器端开发脚本语言的环境。利用a s p 可以开发出 动态、交互、高性能w e b 服务器端的应用，并且能够比较容易实现复杂的w e b 应 用。利用a s p 开发的脚本程序全部运行在服务器端，与用户所采用的浏览器无关， 从而极大地减少了对客户端的要求【2 1 。 3 1 1a s p 工作原理 a s p 的工作原理是：浏览器通过h t t p 协议向w e b 服务器申请一个以a s p 为 后缀定义的页面时，w 曲服务器响应h t t p 请求，用a s p 引擎解释被申请的文件。 当遇到a s p 脚本命令时，a s p 引擎调用相应的脚本引擎进行处理。a s p 提供两种 脚本引擎，即v b s c r i p t 或j a v a s c r i p t 引擎。如果要使用其他脚本语言，则需要在 w e b 服务器上另外安装相应的脚本引擎；当遇到基于c o m ( c o m p o n e to b j e c t m o d e l ，组件对象模型) 标准的组件时，a s p 引擎启动相应的组件完成指定的功能。 若a s p 文件含有访问数据库的请求，则通过o d b c ( o p e nd a t a b a s ec o n n e c t i v i t y ， 开放数据库互联) 与相应的后台数据库连接，由数据库访问组件a d o ( a c t i v e xd a t a o b j e c t s ) 完成操作，最后，a s p 将脚本和组件运行结果生成相应的h t m l 语法部 分，与文件中原有的文本和h t m l 标记一起组成标准h t m l 页面送至客户端浏览 器【4 j 。如图3 一l 所示 3 1 2a s p 技术特点 图3 1a s p 的工作原理图 a s p 动态网页，是微软公司推出的一种用以取代c g i ( c o m m o ng a t e w a y i n t e r f a c e ) 通用网关接口的技术。可以通过a s p 结合h t m l 语言、a s p 指令和 a c t i v e x 元件以及数据库等方面的知识，使用w e b 服务器创建并运行动态的交互 4 式w e b 站点。a s p 主要技术特点如下【5 】： 1 ) 使用普通的文本编辑器即可进行编辑设计； 2 ) a s p 脚本无需编译，容易编写，可在服务器端直接解释执行： 3 ) 与浏览器无关，用户端只要使用可执行h t m l 码的浏览器，即可浏览 a s p 所设计的页面； 4 ) 面向对象，在a s p 脚本中可以方便地引用系统组件和a s p 内置组件， 还能通过定制a c t i v e xs e r v e rc o m p o n e n t ( a c t i v e x 服务器组件) 来扩充功 能； 5 ) a s p 的源程序不会被传到客户端，因而可以避免所写的源程序被他人窃 取，也提高了程序的安全性； 6 ) 与任何a c t i v e xs c r i p t i n g 语言兼容，除了可使用v b s e r i p t 和j s e r i p t 语 言进行设计外，还可通过p l u g i n 的方式，使用由第三方提供的其它脚 本语言来扩充功能。 3 1 3a s p 内置对象和组件 a s p 提供了六个内置对象，供用户直接调用【6 】： ( 1 ) a p p l i c a t i o n 对象：a p p l i c a t i o n 对象是一个应用程序级的对象，用来在所有 用户间共享信息，并可以在w e b 应用程序运行期间持久的保持数据。 ( 2 ) o b j e c t c o n t e x t 对象：该对象用于控制a s p 的事务处理。 ( 3 ) r e q u e s t 对象：r e q u e s t 对象用于接受所有从浏览器发往你的服务器的请求 内的所有信息。 ( 4 ) r e s p o n s e 对象：r e s p o n s e 对象用于向客户端浏览器发送数据，用户可以使 用该对象将服务器的数据以h t m l 的格式发送到用户端的浏览器，它与r e q u e s t 组成了一对接收、发送数据的对象，这也是实现动态的基础。 ( 5 ) s e r v e r 对象：s e r v e r 对象提供对服务器上的方法和属性的访问。其中大多 数方法和属性是作为实用程序的功能服务的。 ( 6 ) s e s s i o n 对象：s e s s i o n 其实指的就是访问者从到达某个特定主页到离开为 止的那段时间。每一访问者都会单独获得一个s e s s i o n 。在w e b 应用程序中，当一 个用户访问该应用时，s e s s i o n 类型的变量可以供这个用户在该w e b 应用的所有页 面中共享数据；如果另一个用户也同时访问该w e b 应用，他也拥有自己的s e s s i o n 变量，但是两个用户之间无法通过s e s s i o n 变量共享信息，而a p p l i c a t i o n 类型的变 更则可以实现站点多个用户之间在所有页面中共享信息。 a s p 的主要内置组件： 5 ( 1 ) d a t a b a s ea c c e s s 组件：提供a d o 来访问支持o d b c 的数据库。 ( 2 ) a dr o t a t o r 组件：用来按指定计划在同一页上自动轮换显示广告。 ( 3 ) b r o w s e rc a p a b i l i t i e s 组件：确定访问w e b 站点的用户浏览器的功能数据， 使网页针对不同的浏览器显示适合的页面。 ( 4 ) f i l ea c c e s s 组件：由f i l e s y s t e m o b j e c t 对象和t e x t s t r e a m 对象组成，使用 f i l e s y s t e m o b j e c t 对象，可以建立、检索、删除目录及文件，而t e x t s t r e a m 对象则 提供读写文件的功能。 ( 5 ) c o n t e n tl i n k i n g 组件：生成w e b 页内容列表，并将各页顺序连接，用于制 作导航条。 3 2w e b 数据库 随着计i n t e r n e t 的发展，数据库技术也不断发展，并且结合各种先进的信息手 段，在实际应用中发挥越来越重要的作用。 3 2 1w e b 数据库概述 w e b 数据库系统是以后台数据库为基础的，加上一定的前台程序，通过浏览 器完成数据存储、查询等操作的系统。一个w e b 数据库就是用户利用浏览器作为 输入接口，输入所需要的数据，浏览器将这些数据传送给网站，而网站再对这些 数据进行处理，例如将数据存入后台数据库，或者对后台数据库进行查询操作等， 最后网站将操作结果传回浏览器，通过浏览器将结果告知用户。这个网站上的后 台数据库就是w e b 数据库。 3 2 2w e b 数据库的结构 w e b 数据库系统的结构主要有两种：客户机b e 务器( c l i e n t s e r v e r , 简称c s ) 结构和浏览器h e 务器( b r o w s e r s e r v e r ，简称b s ) 结构【7 1 。 ( 1 ) c s 结构 c s 结构把数据库内容放在远程的服务器上，而在客户机上安装相应软件。c s 软件般采用两层结构，其分布结构如图3 2 所示。它由两部分组成：前端是客 户机，即用户界面结合了表示与业务逻辑，接受用户的请求，并向数据库服务提 出请求，通常是一个p c 机；后端是服务器，即数据管理将数据提交给客户端，客 户端将数据进行计算并将结果呈现给用户。此外还要提供完善的安全保护及对数 6 据的完整性处理等操作，并允许多个客户同时访问同一个数据库。在这种结构中， 服务器的硬件必须具有足够的处理能力，这样才能满足各客户的要求。 图3 2c s 结构图 c s 结构在技术上很成熟，其主要特点是交互性强、具有安全的存取模式、网 络通信量低、相应速度快、利于处理大量数据。但是该结构的程序是针对性开发， 变更不够灵活，维护和管理的难度较大，通常只局限于小型局域网，不利于扩展。 并且由于该结构的每台客户机都需要安装相应的客户端程序，分布功能弱且兼容 性差，不能实现快速部署安装和配置，因此缺少通用性，具有较大的局限性。 ( 2 ) b s 结构 b s 结构是在c s 结构基础上发展起来的，其客户端采用浏览器运行软件，这 样就降低了用户的使用难度。b s 模式的数据库体系是利用w e b 服务器和a s p 作 为数据库操作的中间层，将c s 模式的数据库结构与w e b 技术紧密结合，从而形 成具有三层结构的b s 模式，如图3 3 所示。其工作原理是：前端采用浏览器将 用户提交的操作信息向w e b 服务器发出h t r r p 请求，w e b 服务器通过a s p 和一 些中间组件访问后台数据库，并将操作结果以h t m l 页面的形式返回前端浏览器。 图3 - - 3b s 结构图 3 2 3 访问w e b 数据库的方法 目前访问w e b 数据库主要有以下几种： ( 1 ) 用c g i ( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e ) 公共网关接口访问w e b 数据库。其 7 工作过程剧8 】：浏览器将用户信息传递给w e b 服务器，w e b 服务器运行c g i 程序， c g i 程序通过c g i 数据库网关对w e b 数据库进行操作，然后将操作结果返回给 w e b 服务器，w e b 服务器将结果数据传递给浏览器，然后显示到用户面前。c g i 是较早实现的技术，适用于多种平台，但是其开发成本高、功能有限、维护困难、 占用服务器资源较多。 ( 2 ) i n t e r n e t 数据库连接器i d c ( i n t e r n e td a t a b a s ec o n n e c t o r ) 。其充分利用 了d l l 技术，易扩充，但编程较复杂，适用于小型数据库系统【9 】。 ( 3 ) j a v a j d b c 语言编程。j a v a 语言是一种面向对象、易移植、多线程控制 的语言，可通过j d b c 连接数据库【l o 】。用j a v a j d b c 编写的软件可移植性强，适 用于多种操作系统，但是执行效率和执行速度不理想，目前无法建立高效、高速 的应用。 ( 4 ) a s p 技术。a s p 是微软公司推出的w e b 应用开发技术，着重于动态网页 和w e b 数据库的开发，编程灵活、简洁，具有较高的性能，是目前访问w e b 数 据库很好的选择】。因此本系统网络预约查询单元使用a s p 进行开发。 3 3软件功能分析 使用本软件有两种角色：前台用户和后台管理员。 其中前台用户应该具有的功能： ( 1 ) 实验室信息浏览； ( 2 ) 实验室资源查询： ( 3 ) 预约操作； ( 4 ) 修改、删除已有的预约。 后台管理员应该具有的功能： ( 1 ) 实验室开放时间设置； ( 2 ) 合法学生设置； ( 3 ) 预约情况浏览、修改操作。 3 4网络预约查询单元总体结构 由软件功能分析可以得出网络预约查询单元由以下功能模块组成： ( 1 ) 登录模块 主要对用户和后台管理员身份验证，如验证成功，则跳转到相应的页面。学 生用户登录时使用默认界面，管理员需要在管理员专用登录界面中登录。 8 ( 2 ) 实验室信息显示模块 主要显示实验室相关信息。列表显示实验室正在使用的资源，空闲资源，开 放时间等。 ( 3 ) 管理员管理操作模块 其中又分为用户管理模块和实验室资源管理模块。通过用户管理模块管理员 可以进行修改、添加合法用户资料操作；而通过实验室资源管理模块，管理员可 以进行开放时间设置，用户预约情况浏览、修改、删除操作。 ( 4 ) 用户操作模块 主要提供用户对实验室空闲资源进行预约操作，以及对已有的预约进行修改、 删除操作。 网络预约单元总体结构如图3 4 所示。 图3 4 网络预约单元总体结构图 4 实验室信息显示模块设计 开放实验室预约及信息查询系统的实验室信息显示模块由单片机、无线数传 模块p t r 2 0 0 0 、l c d 液晶显示、接v i 电路、电平转换电路等部分组成。其原理框 图如图4 1 所示。 实验室信息显示模块工作过程：计算机通过信息接口将数据通过无线数传模 块p t r 2 0 0 0 传送到单片机存储单元上，然后由单片机控制l c d 显示数据。 9 图4 1 实验室信息显示模块原理框图 4 1无线数据通信模块 本系统实验室信息显示模块中无线数据通信模块应用单片机8 9 c 5 1 和无线数 传模块p t r 2 0 0 0 ，通过无线方式进行数据传输，两端采用半双工方式通信【1 2 】。 4 1 1 p t r 2 0 0 0 简介【1 3 】 p t r 2 0 0 0 无线收发数传m o d e m 是一种超小型、超低功耗、高速率1 9 2 k 无 线收发数传m o d e m 。其产品特性为：接收发射合一；工作频率为国际通用的数 传频段4 3 3 m h z 采用f s k 调制，抗干扰能力强；采用d d s ( d i r e c td i 西t a l s y n t h e s i z e ，直接数字合成) + p l l ( p h a s e - - l o c k e dl o o p ，锁相环) 频率合成技术， 频率稳定性极好；灵敏度高，达到一1 0 5 d b m ；最大发射功率+ 1 0 d b m ；低工作电 压( 2 7 v ) ，功耗小，待机状态仅为8ua ；具有两个频道，特别满足需要多信道 工作的特殊场合：工作速率最高可达2 0 k b i t s ；超小体积约4 0 m m 2 7 m i n x5 m m ； 可直接连接c p u 串口使用如8 0 3 1 ，也可以接计算机r s 2 3 2 接口，软件编程非常方 便；由于采用了低发射功率、高接收灵敏度的设计，使用无需申请许可证；标准 d i p 引脚间距，更适合嵌入式设备。 p t r 2 0 0 0 的引脚如图4 2 所示。 其引脚说明如下： p i n l ：v c c ，正电源，接2 7 - - 5 2 5 v ： p i n 2 - c s ，频道选择，c s - - 0 选择工作频道1 即4 3 3 9 2 m h z ，c s = l 选择工 作频道2 即4 3 4 3 3 m h z ； p i n 3 ：d o ，数据输出； l o p i n 4 ：d i ，数据输入； 1v c c 2c s 3d o 4d i 5g n d， 6p 、v r 7 t x e n 图4 2p t r 2 0 0 0 引脚说明顶视图 p i n 5 ：g n d ，电源地； p i n 6 ：p w r ，节能控制，p w r = 1 正常工作状态，p w r = 0 待机微功耗状态； p i n 7 ：t x e n ，发射接收控制，t x e n = 1 时模块为发射状态，t x e n = 0 时模 块为接收状态。 模块工作模式控制及工作频道选择见表4 一l 模块接脚输入电平模块状态 t x e nc sp w r 工作频道号芯片状态 oo11 接收 o112接收 1o11发射 1112发射 o待机 表4 1p t r 2 0 0 0 模块工作模式控制及工作频道选择表 基于p t r 2 0 0 0 模块的单片机无线收发系统的三种工作模式： ( 1 ) 发送模式：此时，通信速率最高为2 0 k b i t s ，也可工作在其他速率下，无 需设置p t r 2 0 0 0 的工作速率。发送数据之前需将模块置于发送模式，t x e n = 1 ， 至少5 m s 后( 接收到发射的转换时间需要) ，可以发送任意长度数据，发送结束后 将模块置于接收状态，t x e n = o 。 ( 2 ) 接收模式：将p t r 2 0 0 0 模块置于接收状态，t x e n = o 。接收到的数据可 以直接送到单片机串口或者经过电平转换后送到计算机。 ( 3 ) 待机模式：当p w r = 0 时，p t r 2 0 0 0 模块进入节电待机模式，此时功耗 大约8 u a ，在待机模式下不能接收、发送数据。 4 1 2c r c 校验 由于无线通信的特点，在计算机与单片机的无线数据传输过程中，受到外界 因素的影响，通信数据会发生无法预测的错误【l4 1 。为了可靠地通信，需要考虑数 据的纠检错。数据校验可以采用c r c ( c y c l i c a lr e d u n d a n c yc h e c k ，循环冗余码校 验) 校验方式。 c r c 是利用除法及余数的原理作错误检n t l 5 】。发送装置计算出c r c 值并随着 数据一同发送给接收装置，接收装置对收到的数据重新计算c r c 并与收到的c r c 比较，若两个c r c 值不同，则说明数据通信出现错误。以最常用的c r c 一1 6 校 验方法来说明c r c 值的生成过程，c r c 1 6 由两个字节构成，在开始时，寄存器 的每一位都预置为1 ，然后将c r c 寄存器与8 一b i t 的数据进行异或，接着对c r c 寄存器从高到低进行移位，在最高位的位置补零，而最低位如果为1 ，则把寄存器 与预定义的多项式码进行异或，否则，如果最低位为零，则无需进行异或，重复 上述的从高到低的移位8 次，第一个8 一b i t 数据处理完毕，用此时c r c 寄存器的 值与下一个8 一b i t 数据异或并进行如前一个数据一样的8 次移位，所有字符处理 完成后c r c 寄存器内的值即为最终的c r c 值。 4 1 3 计算机与p t r 2 0 0 0 的接口电路 由于p t r 2 0 0 0 无线数传模块只支持t t l 电平，所以p t r 2 0 0 0 与计算机串口 连接，需要在中间接一个2 3 2 电平转换芯片( 此处选用m a x 2 3 2 ) 来完成r s 2 3 2 和t t l 电平的转换。p t r 2 0 0 0 与计算机串口的接口电路如图4 3 所示。 计算机与p t r 2 0 0 0 模块的通信过程为：计算机完成待发送数据的组织和处理， 通过串口r x d 和t x d 输出信号，经过电平转换成p t r 2 0 0 0 支持的t t l 电平输送 到p t r 2 0 0 0 模块，然后，和计算机相连的p t r 2 0 0 0 模块将待传送信号调制成射频 信号，发送到与单片机连接的p t r 2 0 0 0 模块，完成计算机和单片机之间的无线数 据传输。 4 1 4 单片机与p t r 2 0 0 0 的接口电路 p t r 2 0 0 0 无线收发模块与单片机的连接中，p t r 2 0 0 0 无线模块的d i 接单片机 串口的发送，d o 接单片机串口的接收，用单片机的i o 控制模块的发射控制、频 道转换和低功耗模式。其接口电路如图4 4 所示。 1 2 v c c 图4 3 计算机和p t r 2 0 0 0 的接口电路图 1 3 v c c 图4 4 单片机与p t r 2 0 0 0 接口电路 4 2 l c d 液晶显示模块 本系统实验室信息显示模块中，液晶显示模块使用1 0 6 2 字符型液晶显示模块。 4 2 11 0 6 2 l c d 的基本参数 1 0 6 2 l c d 的主要技术参数【1 6 1 ： 显示容量：1 6 2 个字符； 芯片工作电压：4 5 v 5 5 v ； 工作电流：2 0 m a ( 5 0 v ) ： 模块最佳工作电压：5 0 v 。 4 2 2 1 0 6 2 l c d 的引脚功能 1 4 1 0 6 2 l c d 采用标准的1 4 脚( 无背光) 或1 6 脚( 带背光) 接口，各引脚接口 说明如表4 2 所示。 编号符号引脚说明 l v s s电源地 2v d d电源正极 3纥 液晶显示偏压 4 r s 数据命令选择 5删 读写选择 6e 使能信号 7d o 数据 8d 1 数据 9d 2 数据 1 0d 3 数据 1 1d 4 数据 1 2d 5 数据 1 3d 6 数据 1 4d 7 数据 1 5b l a 背光源正极 1 6b l k 背光源负极 表4 21 6 0 2 l c d 引脚接口说明表 第1 脚：v s s 为地电源； 第2 脚：v d d 接5 v 正电源； 第3 脚：v l 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对 比度最高，使用时可以通过一个1 0 k 的电位器调整对比度； 第4 脚：r s 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄 存器； 第5 脚：r w 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。 当r s 和r w 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当r s 为低电平r w 为高电平时可以读忙信号，当r s 为高电平r w 为低电平时可以写入数据； 第6 脚：e 端为使能端，当e 端由高电平跳转成低电平时，液晶模块执行命 令； 第7 - 1 4 脚：d b 0 - - 一d b 7 为8 位双向数据线； 第1 5 脚：背光源正极； 第1 6 脚：背光源负极。 4 2 310 6 2 l c d 的指令说明 1 0 6 2 l c d 内部的控制器共有11 条控制指令，如表4 3 所示。 序指令 r s洲 d 7d 6d 5d 4d 3d 2d 1 d o 号 1 清显示 o o0o o0o o o1 2光标返回oo 0o0o 001 奎 3置输入模式 0 ooo0o0li ds 4显示开关o o00o o 1dcb 控制 5光标或字符ooooo1s cr l 木 移位 6置功能oo0o1d lnf 木木 7 置字符发生 oool字符发生存储器地址 存储器地址 8置数据存储o0l显示数据存储器地址 器地址 9 读忙标志或 olb f计数器地址 地址 1 0写 数到 1o要写的数据内容 c g r a m 或 d d r a m l l从c g r a m1l读出的数据内容 或d d r a m 读数 表4 31 6 0 2 l c d 控制指令表( 说明：1 为高电平、0 为低电平) 1 6 0 2 l c d 的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。 指令l ：清显示，指令码0 1 h ，光标复位到地址0 0 h 位置； 指令2 ：光标复位，光标返回到地址0 0 h ； 指令3 ：光标和显示模式设置，i d 表示光标移动方向，高电平右移，低电平 左移。s 表示屏幕上所有文字是否左移或者右移，高电平表示有效，低电平则无效； 1 6 指令4 ：显示开关控制，d 表示控制整体显示的开与关，高电平表示开显示， 低电平表示关显示。c 表示控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无 光标。b 表示控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁； 指令5 ：光标或显示移位，s c 表示高电平时移动显示的文字，低电平时移动 光标； 指令6 ：功能设置命令，d l 表示高电平时为4 位总线，低电平时位8 位总线。 n 表示低电平时为单行显示，高电平时为双行显示。f 表示低电平时显示5 7 的 点阵字符，高电平时显示5 l o 的点阵字符； 指令7 ：字符发生器r a m 地址设置； 指令8 - d d r a m 地址设置； 指令9 ：读忙信号和光标地址，b f 为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不 能接收命令或者数据，低电平表示不忙； 指令1 0 ：写数据； 指令1 1 ：读数据。 4 2 41 0 6 2 l c d 与单片机连接 1 0 6 2 l c d 与单片机8 9 c 5 1 接口电路如图4 5 所示。 8 9 c 5 1 p 0 0 p 0 1 p 0 2 p 0 3 p 0 4 p 0 5 p 0 6 p 0 7 p 2 0 p 2 1 p 2 4 l c d l 6 0 2 r 图4 51 6 0 2 l c d 与单片机8 9 c 5 1 接口电路原理图 4 2 51 0 6 2 l c d 显示部分子程序 1 7 c a d k c l l n l v b v g b w 0 1 2 3 哇5 6 7 s d d d d d d d d r r e ( 1 ) l c d 延时子程序 v o i dd e l a y ( u n s i g n e dc h a rm s ) u n s i g n e dc h a ri ； w h i l e ( m s ) f o r ( i = o ；i ( 3 ) 写指令数据到l c d 子程序 v o i dl c d _ w c m d ( u n s i g n e dc h a re m d ) w h i l e ( 1 c d _ b z o ) ；判断l c d 是否忙碌 1 8 r s = o ； r w = o ； e p = o ； n o p _ o ； n o p _ o ； p o = c m d ； _ n o p _ o ； _ h o p _ o ； _ n o p _ o ； p o p l o ； e p = l ； n o p _ o ； n o p _ o ； n o p - _ ( ) ； n o p _ o ； e p = o ； ) ( 4 ) 设定显示位置子程序 v o i dl c d _ _ p o s ( u n s i g n e dc h a rp o s ) l c d _ w c m d ( p o s l o x 8 0 ) ； ) ( 5 ) 写入显示数据到l c d 子程序 v o i dl c d _ w d a t ( u n s i g n e dc h a rd a t ) w h i l e