（微电子学与固体电子学专业论文）无线数据采集器的设计与实现.pdf

摘要 j - p 4 6 7 6 4 5 本文首先简单介绍了上海市公共交通“一卡通”系统及其现有的数据采 集方式。明了无线数掘采集器在上海市公共交通“一卡通”系统中的应用，然 后介绍了无线数据采集器的需求和设计方案，分析了设计要求和相应的设计方 案寸壤着介绍了本系统中的有线通信部分主要介绍了无线发射器与p o s 机 无线接收器与p c 机之间的有线通信的接口设计和相关的通信协议，分析了本论 文中利用简单的硬件来实现串口和并口的双向通讯的解决方案。接着本文详细介 绍了本系统中的无线通信部分，分析了本论文中无线通信的层次结构分析了每 一层次的功能，介绍了论文中如何解决无线通讯中的若干问题说明了= 4 = 论文中 所使用的种适用于单片机系统的简单实用的c r c 校验快速算法然后详细介 绍了无线通信协议，缸明无线通信的每一个步骤及如何保证无线通信的可靠性。 最后分别介绍了相应的硬件设计及电路原理说明。 本论文用单片机成功实现了数据的采集及数据的无线传输，有较高的抗干扰 性能，并且保证数据传输的完整性。心 u 关键词：单片机1i l j 存无线通信i 信道。 a b s t r a c t i n t h i sp a p e r t h e “y i k a t o n g s y s t e mo fp u b l i ct r a f f i co fs h a n g h a ia n dt h em o d e o fc o l l e c t i n gd a t ab e i n gu s e dn o n + a r ei n t r o d u c e dt h ea p p l i c a t i o no fw i r e l e s sd a t a c o l l e c t o ri se x p l a i n e dt h e nt h er e q u i r e m e n ta n dd e s i g np r o j e c to fw i r e l e s sd a t a c o l l e c t o ra r ei n t r o d u c e da n da n a l y z e da n dt h e nt h ep a r to fw i r ec o m m u n i c a t i o ni s i n t r o d u c e d ，i n c l u d i n gc o m m u n i c a t i o nb e t w e e nw i r e l e s st r a n s m i t t e ra n dc o n s u m ep o s c o m m u n i c a t i o nb e t w e e nw i r e l e s sr e c e i v e ra n dc o m p u t e ra n dt h e c o r r e s p o n d i n g p r o t o c o l st h e nt h ep a r to fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ni sa n a l y z e dp a r t i c u l a r l y i n c l u d i n g t h e a r r a n g e m e n t l e v e lo fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n t h ec r ca r i t h m e t i ca n dt h e p r o t o c 0 1 t h ef u n c t i o no fe v e r 3 l e v e lo fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ni ss h o w e da n dt h e m e a j l sh o wt os e t t l es o m e p r o b l e m s f a c e d d u r i n g t h e p e r i o d o fw i r e l e s s c o m m u n i c a t i n g a r e e x p l a i n e da n dh o wt op r o m o t et h er e l i a b i l i t 3 ，o fw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n l a s tt h ed e s i g no fh a r dw a r ea n dt h ep r i n c i p l eo ft h ec i r c u i ti s e x p l a i n e d t h i sp a p e rr e a l i z e dt h ef u n c t i o no fd a t ac o l l e c t i n ga n dw i r e l e s st r a n s f e r r i n gu s i n g s i n g l e c h i p i th a sp r e f e r a b l ya n t i - j a m m i n gp e r f o r m a n c ea n dc a ne n s u r et h ei n t e g r a l i t 3 o f t h ed a mb e i n gt r a n s f e r r e d k e y w o r d ： s i n g l e c h i p f l a s h r o mw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nc h a n n e l 第一章引言 本章简单介绍了上海市城市公共交通“卡通”系统的应用背景及其系统设 计，系统中现有的数掘采集方法及其缺点，指出了无线数据采集器在城市公共交 通“一卡通”系统的应用。 1 1 、上海市城市公共交通“一卡通”系统 交通状况是个国家和城市发达程度的重要标志，城市交通运输成为人们越 来越关注的热点问题。公共交通是一个大型的服务性行业，涉及公交( 大巴中 巴4 巴) 、出租小汽车、地铁、轻轨、轮渡，它担负着市民日常出行的任务， 与城市广大市民的生活息息相关。随着我国城市人口的日益增多，公共交通的日 益繁忙，票务工作( 售票、检票和结算) 已成为各公交运营公司的一项繁琐而艰 巨的任务。它关系到运营公司的收入，直接影响企业的经济效益，它直接面向市 民，服务优劣直接影响了运营公司的形象。如何采用现代化的手段来适应现代化 城市对公交系统的要求，已经成为交通管理部门所面临的一个重大课题。 基于计算机技术、网络技术、现代通讯技术、自动控制技术、非接触i c 卡技 术、大型数据库技术、机电一体化技术、模式识别技术、传感技术、精密机械技 术等多项高新技术于一体的自动售检票( a f c ) 系统已经在众多城市的公交和地 铁系统中投入运行。该系统的投入运营实现了购票、检票、计费、收费、统计的 全过程自动化，将大量减少票务管理人员、提高公交和地铁系统的运行效益和效 益、使乘车收费更趋合理、减少逃票情况的发生、减少现金流通、堵塞人工售， 检票过程中的各种漏洞和弊端、避免售票”找零”的繁琐、方便乘客、增强客流 分析预测的能力、合理地调配车辆，提高了运营公司的经营管理水平。 自1 9 9 5 年7 月上海强生出租汽车股份有限公司推出全国首张出租i c 卡后， 上海市公共交通行业相继推出了地铁储值卡、公交东方卡、轮渡i c 卡、各出租 公司的各类出租i c 卡、出租行业的龙卡等。同时，各家银行也各自开发金融卡 以进入公共交通行业。各类交通卡的问世提高了上海公共交通行业的管理水平 但由于各类卡片不能互相兼容使用，使市民出行仍感到诸多不便。为此，上海市 政府将交通“卡通”作为“便民工程”列入市府实事工程，要求用三年时间在 上海市区实现交通“一卡通”。 上海市城市公共交通“一卡通”系统设计包括5 个层面的设计 第一层面中央清算系统。 是指对上海公共交通卡的所有交易进行清算的一级平台，主要功能包括：上 海公共交通卡的发行、管理及账务查询；对各行业消费数据和票务信息的汇总与 清算；对安全信息的管理；对系统基本信息的管理等。 第二层面公交、轨道交通、轮渡、出租汽车分系统结算中心。 其主要功能包括：对基层消费站的消费数据进行汇总，并上传至清算中一l 将清算中心的清算结果清分至各基层站点：对行业内基本信息的管理等。 第三层面分系统基层站点应用系统。 是指位于公交公司、出租停车场、地铁、轻轨车站、轮渡站点，负责对消费 终端p o s 机数据进行采集和汇总的计算机。其主要功能包括：交易数据的采集与 汇总；接收分系统结算中心的清算结果；对清算数据的查询及统计：对站点基本 信息的管理。 第四层面消费p o s 机具。 其主要功能包括：对交通卡合法性的认证：对交通卡进行扣款、产生交易数 据等。 第五层面非接触式智能卡。 符合i s 0 i e c l 4 4 4 3 lt y p e a 标准，卡结构分为1 6 扇区，支持“一卡多用”， 安全等级做到“一卡一密”，卡的存储器数据保存期为l o 年，可改写1 0 万次。 1 2 、上海市城市公共交通“一卡通”系统现有数据采集方式 目前上海市城市公共交通“一卡通”系统中的分系统基层站点应用系统中对 消费终端p o s 机数据进行采集和汇总的手段主要有三种：大容量数据采集卡、有 线数据采集器和红外线数据采集器。大容量数据采集卡是大容量的f l a s h r o m ， 采用接触式的方式，在采集数据时将采集卡插入卡座，消费终端p o s 机将消费数 据写入采集卡，然后将采集卡中的数据再上传给计算机。其缺点是采集卡非常容 易损坏，而且采集卡成本很高，造成不仅使用麻烦，而且维护费用很高。有线数 据采集器采用有线的方式从消费终端p o s 机的串行数据通信口采集数据然后再 传给计算机。这种数据采集器的缺点是串行通讯口由于频繁的插拔，极易损坏。 由于上述两种采集器都存在很大的缺点，所以主要采用了第三种方式，即红外通 讯方式。红外通讯一般采用红外波段内的近红外线，有着成本低廉、连接方便、 简单易用和结构紧凑的特点，它替代了设备与设各之间传统的线缆连接，使用豆 为方便切不易损坏。但由于红外线的波长较短，对障碍物的衍射能力差，所以通 讯距离比较短，并且只能进行点对点的直线数据传输。同时红外通讯受外界环境 的影响很大，雨天、雾天，空气中的灰尘都回影响通讯 1 j 。以上三种方式共同 的缺点是必须人工采集数据而不能够自动将数据传送到目的地。 无线数据采集器利用无线电波将数据从空气中传送到目标系统。无线电波受 周围环境影响较小，并且能够穿透墙体和其它障碍物传输，传送距离较远比上 述三种数据采集方式有更大的优势。 第二章无线数据采集器需求和设计方案 本章主要论述了无线数据采集器的需求和设计方案，论述了设计方案中的各 个器件的功能要求，给出了存储器的存储空间安排描述了无线发射器的初始化 过程。 2 1 无线数据采集器的需求 无线数据采集器用于将一台消费p o s 机中的二进制数据通过r s 2 3 2 串行数 据通讯口写入本地存储器，再通过无线电波传送到后台计算机，将二进制数据以 一定的方式存储；同时也可以将消费p o s 机所需的一些系统设定的数据从管理 计算机中传送到消费p o s 机中。它由无线数据发射器和无线数据接收器两部分 组成，如图1 所示： 消费p o s 机 r s 2 3 2 图l 无线数据采集器示意图 由于本系统用于己在使有的系统中而正在使用的系统中的消费p o s 机的数 据通讯端口是r s 2 3 2 串行通讯端口，所以无线发射器与消费p o s 机通过r s 2 3 2 串行通讯端口相连，而考虑到通讯速率，无线接收器与接收计算机之间用并行通 信接口相连。无线发射器通过r s 2 3 2 接口从消费p o s 机中采集数据，将数据存 放到本地的存储器中，然后将数据通过无线电波发射出去。由于传送重要数据不 允许数据出错，因此为了保证数据的完整性，需要有数据校验机制，同时必须有 数据重发功能。同时允许多个发射器同时发射数据而不影响接收器正确地接收数 据，即具有多通道的功能。对于无线部分的波段的要求是载波频率在业余频段内 而无须向无线电管理委员会申请。同时要求系统成本尽量低。 2 2 无线发射器的设计方案 无线发射器有串行通讯接口电路、数据存储器，mcu ，看门狗、射频发射 模块，射频接收模块和天线组成，如图2 所示： 4 一r 蔓_ _ 兰黑乙唧 射燃撇块 7 接口电路广 “ 一 射频接收模块 天线 图2 无线发射器结构示意图 由于标准r s 2 3 2 信号电平是t t l 电平，而w 7 8 e 5 1 6 b 信号电平是c m o s 电 平，所以必须有r s 2 3 2 接口电路。r s 2 3 2 接口电路采用m a x i m 公司的m a x 2 3 2 接口芯片。m a x 2 3 2 接口芯片的主要功能是将标准的r s 2 3 2 异步通讯信号的t t l 电平和标准c m o s 电平相互进行转换。 二进制数据串行通过r s 2 3 2 接口电路进入m c u ，m c u 将数据接收下来，首 先进行校验，数据如果没有错误则将数据写入f l a s h r o m 。当需要将数据发射出 去的时候，m c u 从f l a s h r o m 中读出数据，通过串行通讯口将数据串行送至射 频发射模块，再通过天线发射出去。当m c u 通过射频接收模块接收到接收器发 送的命令字时，m c u 执行相应的操作。 选用微处理器的原则是其性价比。考虑到这个因素，m c u 选用华邦 w 7 8 e 5 1 6 8 8 位微处理器。w 7 8 e 5 1 6 1 3 微处理器指令集与标准8 0 5 2 完全兼容，但 其功能更加强大。w 7 8 e 5 1 6 b 主频最高可达到4 0 兆赫，处理速度可以比标准的 8 0 5 1 单片机更快。同时w 7 8 e 5 1 6 b 拥有多达6 4 k 字节的f l a s h 程序存储空间， 内嵌5 1 2 字节的r a m ，4 个8 位双向输入输出端口，3 个1 6 位计时计数器，一 个全双工串行通讯口，6 个具有两级优先权的中断口，内置电源管理，拥有5 1 2 字节的内部r a m 使得不用外部扩展r a m 以用作数据的缓冲处理 2 。w 7 8 e 5 1 6 b 提供的在系统编程的功能使得系统无须将m c u 从电路板上取下就可以完成 m c u 程序代码的升级或者更改。 考虑到数据在掉电的情况下仍然能够不丢失，存储器采用读写速度较快且成 本比传统的e e p r o m 低的闪存f l a s h r o m ，其芯片是容量为】兆的华邦 w 2 9 e e 0 1 1 ac m o s 闪存。作为一种新型的e e p r o m 内存( 电可擦可写可编程 只读内存) ，闪存不仅具有r a m 内存可擦可写可编程的优点，而且所写入的数 据在断电后不会消失，它结合了以往e p r o m 结构简单、密度高和e e p r o m 在 系统的电可擦除的一些优点，实现了高密度、低成本和高可靠性。闪存有许多种 类型，从结构上分主要有a n d 、n a n d 、n o r 、d i n o r 等，其中n a n d 和n o r 是目前最为常见的类型。n o r 型闪存在存储格式和读写方式上都与常用的内存 相近，支持随机读写，具有较高的速度，但是缺点是容量小，且价格较高。与 n o r 型相比，n a n d 型闪存的特点是容量大，但是速度比较慢同时价格较低 3 。n a n d 型的存储和传输是以页和块为单位的( 一页包含若干字节，若干页 组成块) 。华邦w 2 9 e e 0 1 1 a 闪存属于n a n d 型，价格较低，其读出数据的速度 较快，读出一个字节所需时间为1 5 0 n s ，但写入数据分两个阶段。第一阶段是字 节装载阶段，在这个阶段将数据装入器件的页缓冲器。第二阶段是内部编程阶段， 在这个阶段页缓冲器中的数据被写入非挥发性存储阵列。将数据写入器件需要 1 0 m s 的时间。同时，w 2 9 e e 0 1 1 a 的一页包含1 2 8 个字节，如果要改写一页中的 一个字节的数据，必须将这一页1 2 8 个字节的数据先存入缓存，然后再写入这 页，否则未被再次写入的数据都将被置为“f f h ” 4 。w 2 9 e e 0 1 1 a 的这种特点 使得在将数据写入的时候必须加以特别的考虑。 系统在上电和断电的时候产生的噪音或者突发干扰脉冲可能会使存储器误 进入写状态，从而导致存储器存储数据错。为了解决这个问题，w 2 9 e e 0 1 1 a 提 供了由软件实现的写保护模式，进入这个模式后，向存储器中写数据必须先写三 个命令字才可以写入数据。 2 3 无线接收器的设计方案 无线接收器包括l p t 接口电路，l c d 显示模块，m c u 看门狗、时钟芯片、 s r a m 射频发射模块射频接收模块和天线。如图3 所示： 时钟 图3 无线接收器结构示意图 线 无线接收器m c u 与无线发射器相同，在这里不再加以描述。由于要求能够 将数据高速传输到接收计算机上，所以这里通过计算机的并行打印机通讯端口进 行数据传输。这里打印机端口工作于 e e e l 2 8 4 号标准所定义的兼容模式下，在 此模式下，数据被存放在通信端口的数据线( d a t a l i n e ) 上，然后接收计算机 以查询的方式检查标准打印机通信端口( s p p ) 的b u s y 信号状态，确定是否有 数据在数据线上，而后m c u 控制将数据传送到数据线上，接收计算机将数据线 上的数据读走。 l c d 模块是图形点阵液晶显示模块。图形点阵液晶显示模块可以直接送入数 据和指令就可实现所需的显示，即可以由8 位微处理器直接驱动显示相应的汉字 或者字母。在本系统中l c d 模快本设计用于显示一些相关信息。 s r a _ m 用于存储接收到的数据，数据可以是发射器发送过来的数据，也可以 是接收计算机下载的数据。接收器之所以用s ra m 而不用f l a s b _ r o m ，是因为 s r a m 存取速度远远高于f l a s h r o m ，如果使用f l a s h r o m ，就必须再用一块s ra 1 4 作为其缓存器，这样一来电路将更加复杂，而m c u 的控制也随之复杂化，成本 也进一步增高。 在系统应用中需要获得系统时间，因此使用时钟芯片来设定时间。时间的格式 是年月日时分秒。 2 4 电源监控及看门狗 为了提高系统工作的可靠性，在设计时增加了电源监控和看门狗电路芯片。 这个芯片同时提供监控电源电压的功能和看门狗的功能。之所以要监控电源电 压是因为如果在系统工作的过程当中由于某种原因电源电位发生突变m c u 程序运行会发生紊乱，如果这个时候正在存取数据，则会造成数据的丢失。电源 监控电路的功能是在电源电压低于一个阈值以后强制将系统复位。这个闽值电压 在系统的每一个器件的正常工作电压范围之内，从而保证在复位之前每一个器件 都处于正常工作状态。看门狗用来监控m c u 的正常运行，防止m c u 程序跑飞。 如果看门狗芯片的输入w d i 不处于浮空状态，在1 6 秒内m c i j 不触发看门狗输入 w d i ，就说明程序已经紊乱，看门狗输出端将输出低电平到手动复位端，使复位 输出端发出复位信号，使系统可靠复位。 2 5 射频发射、接收模块 本系统用于无线的数据传输，要求有较高的传输速率和较低的误码率，所以 必须采用性能较好的无线通讯模块。在这里，无线发射接收模块载波频率为4 3 3 兆赫，为国际通用的i s m ( 工业、科学、医疗) 频段，频率无须申请 5 ，同时 接收与发射合一，最高通讯速率可达到3 2 k b p s 。其调制方式为频移键控( f s k ) 。 调频相对于调幅而言有许多优点。调频比调幅有更好的抗噪声性能。由于调频信 号表现为频率的变化而不是幅度的变化，调频信号更不易受大气和脉冲噪声的影 响，而这些都会造成接收信号幅度的迅速波动。另外，在调频中，由于信号幅度 的改变不携带信息，所以，只要接收到的调频信号f m 门限以上，突发性噪声对 调频系统的影响就没有像对调幅系统那么大。 数据的收发为半双工的方式，即在发送数据的时候不接收数据，而在接收数 据的时候不发送数据。本系统的无线通讯部分是多对一的通讯，这将由无线通信 协议来解决。 2 6 串行通信端口的复用 由于m c u 只提供一个串行通信口，而在实际的应用中需要两个串行通信口， 一个串行通信口与消费p o s 机进行通讯，个则用于无线数据收发。解决这个 问题的办法是复用同个串行通信口，也就是说在不同的时间段内通过同一个串 行通信口分别与消费p o s 机和无线收发模块进行通讯。在m c u 与通信端口之 间加入一个带有三态输出的缓冲器，由m c u 提供控制信号来控制信号的流向。 电路如图4 所示。 r r 啪j 邀堡 i 曩溉 竺习 接口电路1 、r 7 一 【输 射频模块 ，数据。l 篓 7 一_ ：5 垮剑信呈 ，7 一 耄l 盟i m c u 出l 、” 冲7 _ 7 图4 无线发射器结构示意图 2 7 无线发射器存储器存储空间安排 无线发射器存储器容量为5 1 2 k ，其保留地址有4 个： o x 0 0 0 0 ，o x 0 0 0 1 ，o x 2 a a a 0 x 5 5 5 5 。前两个地址记录的是存储器本身的验证码，而后 两个地址用于进入器件的写数据保护模式。其存储空间安排如表1 。 第 页 第 一 页 表1 无线发射器存储空间安排 地址说明 厂 o x 0 0 0 0 0 器件本身验证码高字节 o x 0 0 0 0 1 器件本身验证码低字节 o x 0 0 0 0 2 无线发射器d 码高字节 o x 0 0 0 0 3 无线发射器d 码低字节 t o x o 0 0 7 f o x 0 0 0 8 0 最后未发射数据地址最高字节。 o x 0 0 0 8 1 最后未发射数据地址高字节 0 x 0 0 0 8 2 最后未发射数据地址中字节 0 x 0 0 0 8 3 最后未发射数据地址低字节 o x 0 0 0 f f o x 0 0 1 0 0 数据开始存放地址 o x l f 盯 数据存放结束地址 由于在存储数据的时候需要不断地改写最后未发射数据的地址( 用这个地址 来作为数据指针) ，而根据f 1 a s h r o m w 2 9 e e 0 1 1 a 的写数据的特性，将存储器的 第二页的前4 个地址作为最后未发射数据的地址( 4 个字节) ，同时这一页不作 为数据存储区，以加快存储数据的速度。 2 8 无线接收器存储器存储空间安排 无线接收器的存储器使用的是s r a m ，容量为4 m ，其空间安排如表2 。 表2 无线接收器存储空间安排 地址 说明 0 x 0 0 0 0 0当前记录号 0 x 0 0 0 1 0 0 x 0 0 0 1 3 第一个记录的起始地址 0 x 0 0 0 1 5 0 x 0 0 0 1 6 第一个记录的数据长度 0 x 0 0 0 1 7 o x o 0 0 1 a 第二个记录的起始地址 0 x 0 0 0 1 b o x 0 0 0 1c 第二个记录的数据长度 o x 0 0 0 2 0 x o 0 0 2 3 第三个记录的起始地址 o x 0 0 0 2 5 o x 0 0 0 2 6 第三个记录的数据长度 o x 0 0 0 2 7 o x 0 0 0 2 a 第四个记录的起始地址 o x 0 0 0 2 b o x 0 0 0 2 c 第四个记录的数据长度 0 x o 0 0 7 0 ) x 0 0 0 7 3 第十五个记录的起始地址 o x o 0 0 7 5 o x 0 0 0 7 6 第十五个记录的数据长度 o x 0 0 0 7 7 ) ) ( 0 0 0 7 a 第十六个记录的起始地址 0 x 0 0 0 7 b - 4 ) x 0 0 0 7 c 第十六个记录的数据长度 0 x 0 0 0 8 0 数据段起始地址 0 x 7 c c 7 b 数据段结束地址 o x 7 c c 7 c 时间：年份高字节 0 x 7 c c 7 d 时间：年份低字节 0 x 7 c c 7 e 时间：月份 0 x 7 c c 7 f 时间：小时 0 x 7 c c 8 0 时间：分钟 0 x 7 c c 8 】 时间：秒 0 x 7 c c 8 2 黑名单信息首地址 ； 0 x 7 e b c a 黑名单信息末地址 0 x 7 e b c b 车费代码信息首地址 ： 0 x 7 e c a 3 车费代码信息末地址 0 x 7 e c a 4 节假臼信息首地址 ： o x 7 e e 9 a 节假日信息末地址 0 x 7 e e 9 b 高峰时段信息首地址 0 x 7 e f 7 3 高峰时段信息末地址 0 x 7 e f 7 4 司售卡黑名单信息首地址 o x 7 f f l c 司售卡黑名单信息末地址 o x 7 f f l d 禁止旧卡使用时间信息首 地址 0 x 7 f f f f 禁止旧卡使用时间信息末 地址 所谓记录在这里是指一次通信成功即为一条记录，而不论这次的通信的数 据量的多少。记录号是指在无线接收器不断电的情况下从开机的时候开始每一次 成功通讯的序号，例如开机后第一次通讯成功记录号为1 ，第二次通讯成功记录 号为2 。记录号用于液晶显示屏的显示。地址o x 0 0 0 0 0 用于记录当前的记录号， 即存储器中最后存储的数据所属的记录。无线接收器共可接收1 6 条记录，超过 1 6 次的通讯将从1 再开始记，如此循环。从地址0 x 0 0 0 1 0 到地址0 x 0 0 0 7 f 记录 的是每一个记录的数据起始地址( 4 个字节) 和记录长度( 2 个字节) 。从地址 0 x 0 0 0 8 0 开始到地址0 x t c c t b 记录的是每一次通讯从无线发射器发送过来的数 据。 从地址0 x 7 c c 7 c 开始记录的是一些需要从接收器传送到发射器的数据，包 括时间信息，黑名单信息，车费代码信息，节假日信息，高峰时段信息，司售卡 黑名单信息和禁止旧卡使用时间信息。这些信息是从接收计算机上下载下来，再 无线传送给发射器，发射器再将其传送给消费p o s 机。 2 9 无线发射器的初始化工作 无线发射器的初始化包括无线发射器的d 码写入存储器中和清除存储器中 所有的数据。 由于本系统是一个多对一的通讯系统，可能同时有多个发射起器将数据传送 给接收器，为了区分各个发射器，必须给每一个发射器分配一个d 码。无线发 射器的d 码为两个字节，故最多可以有6 5 5 3 6 个发射器。d 码被记录在f l a s h r o m 的第一页的0 x 0 2 和o ) 【0 3 地址中，而这一页不再记录其它的数据。这样做的原因 是在改写d 码的时候不会将数据清除。 存储器的第二页的前四个地址记录的是最后未发射数据的地址，可以认为是 数据指针。在初始化的时候将这四个地址的数据分别写入0 x 0 0 ，0 x 0 0 ，0 x 0 0 ，0 x f f ， 即存储器数据存储区的前一个地址。在发射器需要将数据发射出去之前m c u 首 先读出这四个地址的数据，如果是0 x 0 0 ，0 x 0 0 ，0 x 0 0 ，0 x f f ，则认为存储器中没有数 据记录。这样处理的实际结果是并没有清除存储器中的数据，节省了清除数据所 需要的时间。 第三章有线通信 无线数据采集器的功能是从消费p o s 机中采集数据，再将数据传送给接收计 算机，在这个过程中包括三个通讯过程：无线发射器与消费p o s 机之间的通讯， 无线发射器与无线接收器之间的通讯，无线接收器与接收计算机之间的通讯。所 以相应的通讯协议包括三个部分：无线发射器与消费p o s 机之间的通讯协议， 无线发射器与无线接收器之间的通讯协议，无线接收器与接收计算机之间的通讯 协议。本章主要介绍系统中的有线通讯部分的协议及相关的工作过程。 3 1 无线发射器与消费p o s 机之间的通信 无线发射器与消费p o s 机之间的通讯通过r s 2 3 2 串行数据通信口进行。本 系统采用的是9 针r s 2 3 2 接口，其管脚说明见表3 。 表39 针r s 2 3 2 接口管脚说明 管脚 序号方向意义 c d 1 计算机一调制解调器载波检测( c a r r i e rd e t e c t ) r x d2 计算机一调制解调器接收字符( r e c e i v e ) t x d3 计算机一调制解调器 传送字符( t r a n s m i t ) d t r4 计算机一调制解调器数据端就绪( d a t at e r m i n a lr e a d y ) g n d5 计算机= 调制解调器 地线( g r o u n d ) d s r6计算机一调制解调器数据就绪( d a t as e tr e a d y ) r t s 7 计算机一调制解调器 要求传送( r e q u e s tt os e n d ) c t s8 计算机一调制解调器清除传送( c l e a rt os e n d ) r l9 计算机一调制解调器 响铃检测( r i n gi n d i c a t o r ) 在r s 2 3 2 规范中，电压在+ 3 v 斗1 5 v ( 一般使用+ 6 v ) 之间称为0 或“s p a c e ”， 一般被用为“o n ”。电压在3 v 1 5 v ( 一般使用6 v ) 之间称为“1 ”或“m a r k ”， 一般被用为“o 仃”。通过t c 2 3 2 接口芯片可以将r s 2 3 2 规范中的“0 ”电平转换 成c m o s 电平0 v ，而将r s 2 3 2 规范中的“1 ”电平转换成c m o s 电平5 v 。 在消费p o s 机与无线发射器之间的通信使用9 针接口中的3 个管脚： r x d ，t x d 和g n d 。检测有无信号采用查询的方式，即m c u 以一定的时间间隔 检测m c u 的串行通信端口的接收数据中断标志来判断是否有数据进来。数据的 传送方式为异步传送方式。传送一个字节的数据在t x d 信号线上首先送出起始 位( 0 ) ，然后依次送出最低位( l s b ) 到最高位( m s b ) ，接着是奇偶校验位， 最后送出的是停止位( “1 ”) ，一共1 1 位。 当消费p o s 机需要将交易数据传给无线发射器时，消费p o s 机首先向无线 发射器发送存储数据命令s t o r e ，发射器收到s t o r e 的命令后，首先检查存储器是 否还有存储空间存储数据。如果存储器满，则向消费p o s 机报告存储器空l 、日j 满： 如果来满，则同意消费p o s 机传送数据。消费p o s 机则将将要发送的数据的字 节数发给无线发射器，无线发射器计算出存储器还可以存储多少字节的数据并与 接收到的字节数比较，若存储空间不够则向消费p o s 机报告存储数据空间不够： 若存储空间足够则发回传送数据的命令。消费p o s 机接到命令后将数据发送给 无线发射器。协议如下： ( a ) 握手：消费p o s 机发送存储数据命令s t o r e ，发射器检查存储器空间是否 已满，若满，发回拒绝存储命令r e j e e t ：若未满，则发回同意命令a g r e e ， 建立起通讯链路。 ( b ) 消费p o s 机收到同意命令，发送数据字节数。 ( c )发射器判断收到的字节数是否超过存储空间，若超过，则发回存储数据错 命令e r r o r ：若存储空间足够，则发回发送数据命令s e n d 。 ( d ) 消费p o s 机收到发送数据命令后开始发送数据。 ( e ) 发射器将接收到的数据装入缓存，然后将其写入存储器。 存储器w 2 9 c 0 1 1 a 写数据一次需要1 0 m s 的时间，如果仅仅收到一个字节的 数据就将其写入存储器，首先必须判断要写入的数据地址是否在存储器当前页 中。如果是新的一页，则不需要将一页中的数据先读出而可以直接写入。如果在 当前页中则需要将当前页中所有的数据先装入缓冲区，然后再写入当前页。之后 需要等待1 0 m s 。这样的过程将使通信速率非常低。可以估算，写一个字节至少 需要1 0 m s 的时间，即通信速率最快为8 1 0 m s - - - 8 0 0 b p s ，如果加上处理时间，实 际的通信速率仅仅为4 0 0 - - 5 0 0 b p s 。 为了尽可能地提高通信速率，首先将接收到的数据放入大小为1 2 8 字节的缓 冲区内。由于发射器没有扩展r a v l ，所以必须利用m c u 的内部r a v l 。w 7 8 e 5 1 6 b 提供了5 1 2 字节的内部r a m 。w 7 8 e 5 1 6 b 的内部5 1 2 字节r a m 分成两个库： 2 5 6 字节的中间结果暂存r a m 和2 5 6 字节的辅助r a m 。这些r a m 的寻址方式 不一样。 ( a ) r a m0 0 h 7 f h 可以象8 0 5 1 一样直接或者间接寻址。地址指针是缓存器 库中的r 0 和r 1 。 ( b ) r a m8 0 h f f h 只能够间接寻址。地址指针是缓存器库中的r 0 和r 1 。 ( c ) 辅助r a m0 0 h - f f h 的寻址方式与m o v x 指令寻址外部数据存储器一 样。地址指针是缓存器库中的r 0 ，r 1 和数据指针缓存器d p t r 。在处理 器复位以后默认的状态是禁止使用辅助r a m 。将处理器的c h p c o n 寄存 器的第四位置为“1 ”就可以寻址辅助r a m 。当使能r a m 后，指令“m o v x 砌“总是寻址片上的r a m 。当在处理器内部程序存储空间执行 寸，对 r a m 的寻址不会影响端口p o ，p 2 ，w r 和r d 。 相应的汇编程序为： c h p e n rr e g f 6 h c h p c o nr e gb f h m o vc h p e n r ，# 8 7 h m o vc h p e n r ，# 5 9 h o r lc h ：p c o n ，# 0 0 0 10 0 0 0 b 利用处理器的辅助r a m 作为缓存，将接收下来的一批数据先放到缓存中， 然后将着一批数据写入存储器，然后接收下一批数据。在接收下一批数据的时间 段内存储器已经完成了前一批数据的写入和编程阶段，即前一批数据已经写入了 存储器。这样就可以源源不断的接收数据和写入数据而无须等待，提高了通信速 率。 有的时候无线发射器需要将来自无线接收器的一些系统信息通过串行通讯 端口传给消费p o s 机，这些信息包括时间信启、，黑名单信息，车费代码信息， 节假日信息，高峰时段信息，司售卡黑名单信息和禁止旧卡使用时间信息。时间 信息用来校正消费p o s 机的时间。系统给每一种信息分配了标志代码。在这种 状态下，无线发射器首先将来自无线接收器的信息代码传给消费p o s 机，消费 p o s 机根据信息代码来判断接收到的信息属于哪种类型以作相应的处理。 3 2 无线接收器与p c 之间的通信 无线接收器与p c 之间的通信采用的是硬件握手的方式来建立通讯链路。它 们之间的接口是标准打印机端口。计算机的打印机端口是2 j 针的母接头，以下 简单介绍以下计算机的打印机端口。 3 2 1 数据端口脚位 这些脚位是p i n 2 。p i n 9 ，其定义如表4 。 表4 打印机数据输出端( 可读写，基地址) i 位说明硬件接脚 | o 数据位0 p i n 2 】 数据位1 p i n 3 2 数据位2 p i n 4 3 数据位3p i n 5 4 数据位4 p j n 6 0数据位5p i n 7 6 数据位6p i n 8 7 数据位7p i n 9 无线接收器与计算机之间的通讯的数据就是通过改变这8 个脚的状态来进行 的。计算机可以将一个字节的数据写入基地址，则这8 个脚位的状态即是这个数 据。同样计算机也可以从基地址读出其中的数据，读出的数据就是这8 个脚位的 状态 6 。 3 2 2 打印机状态端口脚位 另外的一些脚位可以用来检查打印机的状态，这些脚位如表5 所示。 表j 打印机状态端口( 只读，基地址- 1 ) t 位 说明 硬件接脚 0t i m eo u t l 未使用 2 未使用 3 0 = 发生错误 p j n l j 4 l = o nl i b ep i n l 3 0 l = 纸张用完p jr 1 1 2 6 o = 认可信号 p i n l 0 7 0 ：忙碌p i l q l l 上表中所谓的( 基地址+ 1 ) 指的是：如果计算机l p t 地址是3 7 8 h ，再加上1 就是3 7 9 h ，这个地址是专门用来传递打印机状态的。只读的意思是计算机只可 以读这8 个脚位的状态而不可以改变这8 个脚位的状态。 3 2 3 打印机控制端口脚位 利用这些脚位可以告诉打印机某些信息，这些信息和脚位的定义如表6 ； 表6 打印机控制端口( 可写，基地址+ 2 ) 位说明硬件接脚 o 1 ：欲将数据送至打印机 p i n l l 1 = 自动彤i 行 p i l q l 4 2 ( ) = 初始化打印机 p i n l 6 3 1 = 打印机读取输出数据 p i i q l 7 4 o ：禁能i r q 1 = c a 可启动信号i r q 0 未使用 6 未使用 7 未使用 上表中所谓的( 基地址一2 ) 指的是：如果计算机的l p t 地址是3 7 8 i 再加上 2 就是3 7 a h ，这个地址是专门用来控制打印机动作的。可写的意思是计算机可以 改变这8 个脚位的状态。 3 2 4 无线接收器与接收计算机之间的通信 无线接收器与接收计算机之间的通信在硬件上使用了标准打印机端口的2 5 个脚位中的1 2 个脚位，即其中的8 个数据脚位，另外再加上脚1 、脚1 1 、脚1 0 和脚1 6 。脚1 0 和脚1 1 由接收器的m c u 来控制，脚1 和脚1 6 由接收计算机来 控制。握手采用硬件握手的方式。表7 是其状态说明。 无线接收器复位后置脚1 0 = 0 ，防止接收计算机取走无效数据。 ( a ) 无线接收器上传数据到接收计算机 在这种情况下无线接收器首先监测脚1 6 ，如果脚1 6 = 0 ，说明接收计算机有 数据下载，置脚1 1 = 0 ，转到接收数据状态。如果脚1 6 = 1 ，说明接收计算机已经 准备好接受数据。无线接收器首先检查存储器中有无数据上传，如果没有，则置 脚1 0 = 0 ，脚l l = 0 ，即处于接收数据状态，表明没有数据上传；如果有，则首先 置脚1 0 = 0 ，脚1 1 = 1 ，处于上传数据状态，然后将需要上传的第一个数据放置到 数据脚上并将脚1 0 = 1 ，脚1 1 = 1 ，处于“无线接收器已放数据在数据脚上，无 线接收器处于上传数据状态”状态。无线接收器在正常工作的时候以查询的方式 监测脚1 和脚1 6 的状态。无线接收器监测到脚1 = 0 ，脚1 6 = 1 ，说明接收计算机 准备接受数据，则检查有无数据上传，如果有，则将一个字节的数据从存储器中 读出并放到数据脚上，然后再监测脚1 和脚1 6 的状态。如果脚1 = 0 ，脚1 6 = 1 ， 说明接收计算机还没有将数据取走，则继续监测这两个脚，如果脚1 = 0 ，脚1 6 = 1 ， 说明接收计算机已将数据取走，可以放置下一个数据。如此过程反复进行，直到 存储器中最后一个数据被接收计算机取走。 接收计算机如果处于接收数据的状态，首先需要将脚1 = o ，脚1 6 = 1 ，即处于 “接收计算机已将数据取走，处于接收数据状态”的状态。接收计算机以查询的 方式监测脚1 0 和脚n 的状态。如果监测到脚1 0 = 0 ，脚1 1 = 1 ，说明无线接收器 没有数据上传继续监测这两个脚的状态，如果脚1 0 = 1 ，脚1 1 ；1 ，说明数据已 经放到数据脚上，则将脚1 = 0 ，脚1 6 = 0 ，表明未将数据取走，取走数据后将脚 1 = o ，脚1 6 = 1 ，表明已经将数据取走，通知无线接收器可以放下一个数据了。接 收计算机再以查询的方式监测脚1 0 和脚l l 的状态。如果监测到脚1 0 = 0 ，脚1 1 = l ， 说明无线接收器没有数据上传，继续监测这两个脚的状态；如果脚1 0 = i ，脚1 i = 1 ， 说明数掘已经放到数据脚上，则将脚1 - o 脚1 6 = 0 ，表明未将数据取走取走 数据后将脚1 = 0 ，脚1 6 = 1 ，表明已经将数据取走，通知无线接收器可以放下一 个数据了。如此过程反复进行，除非接收计算机改变自身的状态，转为下载数掘 的状态。 垂! 茎堡望望旦笙墅堂呈递塑 脚1 0说明脚1 1说明 o 无线接收器未将数据取走 o 无线接收器处于接收数据状态 1 无线接收器己将数据取走 o无线接收器未放数据在数1无线接收器处于上传数据状态 据脚上 1 无线接收器已放数据在数 据脚上 接收计算机控制脚 脚1说明脚1 6说明 o 接收计算机未将数据取走 1 接收计算机处于接收数掘状态 1 接收计算机已将数据取走 o 接收计算机已放数据在数 o 接收计算机处于下载数据状态 据脚上 1 接收计算机未放数据在数 据脚上 ( b ) 接收计算机下载数据到无线接收器 在这种情况下接收计算机首先将脚1 = 1 ，脚1 6 = 0 ，即处于“接收计算机未放 数据在数据脚上，处于下载数据状态”的状态。接收计算饥以查询的方式监测脚 1 0 和唧il 的状态。如果监测到脚1 0 = i ，脚l l = o ，说明无线接收器准备接收数 据，接收计算机将数据放到数据脚上，并置脚1 = 0 ，脚1 6 = 0 ，表示已将数据放 到数据脚上，通知无线接收器可以取走数据。继续监测这两个脚的状态，如果脚 1 0 = 0 ，脚