介紹了 一種基于手機(jī)WiFi熱點(diǎn)的電子秤自動(dòng)化質(zhì)監(jiān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)由質(zhì)監(jiān)模塊和手機(jī)模塊組成。質(zhì)監(jiān)模塊采 用LPC1100作為MCU，HLK-RM04為無線芯片，從電子秤RS232接口獲取數(shù)據(jù)，并通過手機(jī)WiFi無線網(wǎng)發(fā)送至手機(jī) 模塊，實(shí)現(xiàn)高效方便的質(zhì)監(jiān)。

引言

本文設(shè)計(jì)了一種以LPC1100為主控制器，使用HLK- RM04無線芯片的電子秤質(zhì)監(jiān)模塊，連接到手機(jī)WFi熱點(diǎn)建 立的局域網(wǎng)，直接將質(zhì)監(jiān)數(shù)據(jù)發(fā)送至手機(jī)，手機(jī)還可以與電 腦互聯(lián)，對(duì)質(zhì)監(jiān)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總處理，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化質(zhì)監(jiān)。

1.總體設(shè)計(jì)

1.1基本原理

通用電子秤內(nèi)部都會(huì)提供標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口，通過 這個(gè)接口，可以獲取電子秤稱重?cái)?shù)據(jù)，這就為自動(dòng)化質(zhì)監(jiān) 提供了可能，設(shè)計(jì)一個(gè)質(zhì)監(jiān)模塊嵌入電子秤內(nèi)，將電子秤 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過無線芯片HLK-RM04發(fā)送至手機(jī)中。這 個(gè)過程需要一個(gè)無線局域網(wǎng)，這個(gè)無線局域網(wǎng)由用戶手機(jī) WiFi熱點(diǎn)建立。質(zhì)監(jiān)模塊在電子秤通電開始工作時(shí)自動(dòng) 運(yùn)行，不斷檢測(cè)質(zhì)監(jiān)人員的手機(jī)無線網(wǎng)絡(luò)，一旦檢測(cè)到無 線網(wǎng)絡(luò)的存在，自動(dòng)建立TCP連接，與手機(jī)建立聯(lián)系，按 手機(jī)發(fā)送的指令檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)砝碼的重量，并將檢測(cè)結(jié)果回送 至手機(jī)中，質(zhì)監(jiān)員就可以隨時(shí)高效率方便地同時(shí)檢測(cè)多臺(tái) 電子秤，并且質(zhì)監(jiān)員回到質(zhì)監(jiān)局后，可以將手機(jī)上記錄的 數(shù)據(jù)傳送至電腦，進(jìn)行匯總處理。質(zhì)監(jiān)系統(tǒng)整體示意圖如圖1所示。

1.2質(zhì)監(jiān)模塊組成

整個(gè)系統(tǒng)由若干個(gè)質(zhì)監(jiān)模塊和一部智能手機(jī)組成，共 同組成全自動(dòng)的質(zhì)監(jiān)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多臺(tái)電子秤同時(shí)質(zhì)監(jiān)。

質(zhì)監(jiān)模塊由Cortex-M0系列LPC1100主控制器、HLK- RM04無線芯片、變壓電路、RS232轉(zhuǎn)化電路、按鍵電路、 指示燈等模塊組成，如圖2所示。

上電復(fù)位后，主程序開始運(yùn)行，首先向HLK-RM04 無線芯片發(fā)送信號(hào)，使它進(jìn)入AT+指令集設(shè)置模式，進(jìn)行初始化設(shè)置，包括需要連接的無線局域網(wǎng)的名稱和密 碼、啟動(dòng)DHCP、主設(shè)備的IP和建立TCP連接的端口號(hào) 等，設(shè)置完成后，重啟無線芯片，無線芯片不斷查找指定的 局域網(wǎng)，找到后自動(dòng)連接，而主程序一直監(jiān)聽，如果質(zhì)監(jiān)員 要檢測(cè)電子秤，就會(huì)打開手機(jī)WiR熱點(diǎn)，建立無線局域 網(wǎng)，并在電子秤上放置標(biāo)準(zhǔn)砝碼，無線芯片檢測(cè)到該網(wǎng)絡(luò) 會(huì)自動(dòng)連接上，質(zhì)監(jiān)員通過手機(jī)質(zhì)監(jiān)程序發(fā)送開始質(zhì)監(jiān)的 指令，主程序收到后，會(huì)開始與電子秤RS232接口進(jìn)行通 信，將電子秤測(cè)出的數(shù)據(jù)發(fā)送至質(zhì)監(jiān)員手機(jī)，至此該電子 秤的質(zhì)監(jiān)工作完成。

2.硬件設(shè)計(jì)

2.1質(zhì)監(jiān)模塊

質(zhì)監(jiān)模塊MCU從電子秤RS232接口獲取數(shù)據(jù)，經(jīng)過處 理后，通過UART串口發(fā)送至模塊上的WiFi芯片，由WiFi 芯片將數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)發(fā)送至質(zhì)監(jiān)人員的手機(jī)。MCU選用 基于第二代ARM Cortex-MO內(nèi)核的微控制器LPC1100，它是 32位微處理器，具有高性能，低功耗的優(yōu)點(diǎn)。

2.1.1 WiFi控制電路

WiFi控制電路用來連接WiFi芯片和MCU，實(shí)現(xiàn)兩 者之間的數(shù)據(jù)傳輸，以及MCU對(duì)WiFi的控制。質(zhì)監(jiān)模塊選用的WiFi芯片是是海凌科電子 新推出的低成本嵌入式UART- ETH-WiFi(串口 -以太網(wǎng)-無線網(wǎng)）模 塊 HLK-RM04。HLK-RM04 實(shí)現(xiàn)了 無線網(wǎng)和串口之間的轉(zhuǎn)換，MCU可 以通過對(duì)串口操作實(shí)現(xiàn)WiFi芯片的 配置、無線通信的目的。WFi控制模 塊主要是將MCU的UART _TX、

UART_RX與HLK-RM04的對(duì)應(yīng)的 引腳相連，實(shí)現(xiàn)兩者之間串行異步通 信。SW1與SW2是按鈕開關(guān)，給 HLK-RM04提供重新啟動(dòng)和恢復(fù)出 廠設(shè)置這兩個(gè)信號(hào)。WFi外圍控制 電路圖如圖3所示。

2. 1.2 電源模塊電路

電子秤的RS232接口采用主動(dòng)供電式，即電子秤利 用RS232中兩根功能性引腳為外設(shè)提供電源，本文中質(zhì) 監(jiān)模塊就是利用這兩根引腳供電，使用一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換電 路，把電子秤提供的電壓轉(zhuǎn)化為十5 V和十3.3 V，分別為 HLK-RM04 和 LPC1100 供電。

2.2手機(jī)模塊

手機(jī)模塊可以直接使用任意一款安卓操作系統(tǒng)，自帶 WFi熱點(diǎn)的手機(jī)。直接下載質(zhì)監(jiān)程序就可以作為質(zhì)監(jiān)人 員的質(zhì)監(jiān)工具。

正常情況下，能夠穩(wěn)定運(yùn)行的無線AP —般是無線路 由器，但是在本系統(tǒng)中，需要測(cè)試的對(duì)象可能是全市所有 的電子秤，不可能在每個(gè)測(cè)試地點(diǎn)放置無線路由器，也不 能夠隨身攜帶路由器使用。最好的辦法是使用手機(jī)充當(dāng) 無線AP，將數(shù)據(jù)采集和無線局域網(wǎng)這兩種功能合二為一， 這將帶來極大的便利。但是手機(jī)作為便攜式設(shè)備，又是電 池供電，能不能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地充當(dāng)無線AP昵？本文以 HTC one型號(hào)手機(jī)為例進(jìn)行可行性分析，用手機(jī)建立熱 點(diǎn)，即創(chuàng)建無線局域網(wǎng)，在電腦上運(yùn)行 WireLessMon 獲耳又 無線網(wǎng)的強(qiáng)度信息，不斷改變手機(jī)和電腦的距離，繪制如 圖4所示的無線局域網(wǎng)信號(hào)強(qiáng)度圖。

理論上無線信號(hào)強(qiáng)度超過一 70 dBm就可以建立連 接，但是為了更好的通信質(zhì)量，選取在大于一60 dBm時(shí)通信，從圖4中可以看出，最佳覆蓋范圍 是手機(jī)為中心，半徑5 m的圓形區(qū)域。

就一般農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)而言，半徑5 m可以覆 蓋好幾個(gè)攤位，完全能夠支持多臺(tái)電子秤同 時(shí)測(cè)試。測(cè)試過程中，手機(jī)滿電狀態(tài)可以連 續(xù)開啟WLAN熱點(diǎn)2小時(shí)以上，實(shí)際使用 過程中，在不用的時(shí)候可以暫時(shí)關(guān)閉熱點(diǎn)， 完全能滿足使用的需要。

3.軟件設(shè)計(jì)

3.1質(zhì)監(jiān)模塊

3.1.1總體流程圖

軟件總體的流程如圖5所示，上電啟動(dòng)后，首先檢查 各部分是否正常工作，主要是看電子秤能否正常通信，還 有WFi模塊是否正常工作，如果出現(xiàn)異常，則對(duì)應(yīng)的指示 燈顯示為紅色。然后調(diào)用WiFi子程序?qū)?/span>WiFi模塊進(jìn)行 配置，初始化完成后重新啟動(dòng)WFi芯片，以便配置生效。 重啟后，WFi模塊將不斷搜索手機(jī)熱點(diǎn)，如果搜索完畢會(huì) 自動(dòng)進(jìn)行連接，并與手機(jī)建立TCP連接，主程序進(jìn)入監(jiān)聽 階段，采用被動(dòng)應(yīng)答的方式，循環(huán)監(jiān)聽WFi收到的指令， 并對(duì)當(dāng)前的指令進(jìn)行解析和回復(fù)，同時(shí)開啟定時(shí)器，如果 一段時(shí)間沒有收到手機(jī)發(fā)送的心跳包，主程序默認(rèn)測(cè)試結(jié) 束，重新進(jìn)入開始階段。

3.1.2 WiFi配置子程序

HLK-RM04芯片提供UART接口與MCU進(jìn)行通 信，通過該接口，MCU既可以對(duì)HLK-RM04進(jìn)行配置也 可以收發(fā)無線網(wǎng)的數(shù)據(jù)。MCU采用AT指令集的方式配 置HLK-RM04，將配置的參數(shù)數(shù)據(jù)寫成一段固定的配置 字符串，主控制器給HLK-RM04發(fā)送一個(gè)ES/RSTT信號(hào) 使其進(jìn)入AT指令集模式，MCU可以直接將配置字符串 通過UART端口發(fā)送給HLK-RM04。

質(zhì)監(jiān)模塊中，HLK-RM04的功能是尋找質(zhì)監(jiān)人員手 機(jī)WFi熱點(diǎn)并連接，與手機(jī)建立通信鏈路。這個(gè)過程可 以分為以下幾部分：

①質(zhì)監(jiān)模塊的HLK-RM04搜素指定名稱的WiFi網(wǎng) 絡(luò)，并嘗試連接。

②連接完成，說明質(zhì)監(jiān)模塊已經(jīng)和質(zhì)監(jiān)人員的手機(jī) 處于同一個(gè)無線局域網(wǎng)內(nèi)。

③需要使手機(jī)和質(zhì)監(jiān)模塊能夠相互通信，本文中采 用建立TCP連接的方式。

④HLK-RM04作為TCP連接的客戶端，主動(dòng)向手機(jī) 發(fā)起TCP連接。

⑤手機(jī)端作為TCP服務(wù)端，開啟監(jiān)聽，并采用多線 程的方式同時(shí)與多個(gè)HLK-RM04連接。

由此可見，配置字符串的內(nèi)容主要包括WiFi熱點(diǎn)的 用戶名十密碼、HLK-RM04的IP地址分配、以及TCP連 接相關(guān)信息。HLK-RM04的IP地址分配采用動(dòng)態(tài)分配 方式，即啟動(dòng)DHCP協(xié)議，動(dòng)態(tài)為每個(gè)連接在WFi網(wǎng)絡(luò) 中的HLK-RM04動(dòng)態(tài)分配IP地址，這樣可以避免出現(xiàn)重 復(fù)IP的情況，更加靈活方便。因?yàn)槭謾C(jī)WFi建立的無線 網(wǎng)段是192. 168. 137. 0，所以手機(jī)的IP地址固定是192. 168. 137. 1，HLK-RM04作為客戶端只要固定設(shè)置TCP 服務(wù)器地 址為 192．168．137．1 即可 。

配置的子程序略編者注。

3.1.3質(zhì)監(jiān)模塊與電子秤通信

質(zhì)監(jiān)模塊通過電子秤提供的RS232接口與電子秤進(jìn) 行通信，質(zhì)監(jiān)模塊發(fā)送請(qǐng)求，電子秤將標(biāo)簽信息發(fā)送給質(zhì) 監(jiān)模塊，標(biāo)簽信息是在電子秤中預(yù)先設(shè)置好的一系列數(shù) 據(jù)，比如重量、價(jià)格、商家名稱、電子秤號(hào)、條形碼等。電子 秤在稱重完成后，會(huì)打印出本次稱重的標(biāo)簽信息，所以質(zhì) 監(jiān)模塊可以通過獲取電子秤的標(biāo)簽信息來提取質(zhì)監(jiān)所需 的有效數(shù)據(jù)。

3.1.4質(zhì)監(jiān)模塊與手機(jī)通信

通信雙方，無線模塊采用被動(dòng)應(yīng)答的方式，被動(dòng)接收 手機(jī)發(fā)送的指令，并對(duì)指令解析、回復(fù)，而手機(jī)采用主動(dòng)發(fā) 送指令的方式。手機(jī)發(fā)送的指令格式如下：

其中IP地址部分采用4字節(jié)，指令采用單字節(jié)，參數(shù) 個(gè)數(shù)單字節(jié)，每個(gè)參數(shù)占用4字節(jié)。指令共包括開始、心 跳包、獲取電子秤信息、獲取重量、結(jié)束、保留信息這6種， 因?yàn)椴捎昧?/span> TCP可靠傳輸方式，所以不需要校驗(yàn)。其中 保留信息格式和其余5個(gè)信息格式略有不同，指令功能表 如表1所列。

02指令是心跳包，手機(jī)每隔一段時(shí)間會(huì)發(fā)送一個(gè)心跳 包給質(zhì)監(jiān)模塊，使質(zhì)監(jiān)模塊知道手機(jī)是否正在進(jìn)行質(zhì)檢，如果指定時(shí)間沒有收到心跳包，無線模塊默認(rèn)質(zhì)檢已經(jīng)結(jié)束， 就會(huì)回到主程序開始處重新執(zhí)行，等待新一輪的質(zhì)檢。

03指令是獲取電子秤的商店編號(hào)和電子秤號(hào)，這個(gè) 可以用來準(zhǔn)確定位每一臺(tái)電子秤，因?yàn)樽詣?dòng)化質(zhì)監(jiān)系統(tǒng)支 持同時(shí)質(zhì)監(jiān)多臺(tái)電子秤，所以要能夠準(zhǔn)確方便的定位每一 臺(tái)連接到熱點(diǎn)的電子秤。

本文中米用商店編號(hào)+電子秤編號(hào)的方式來定位電 子秤，每個(gè)商店都有唯一的編號(hào)，并商店中的電子秤都有 —個(gè)編號(hào)，將商店編號(hào)和電子秤編號(hào)做成—個(gè)標(biāo)簽，貼在 電子秤上，并且事先對(duì)電子秤設(shè)置好商店號(hào)和電子秤號(hào)， 以供質(zhì)監(jiān)模塊獲取，如圖6所示。

多個(gè)電子秤質(zhì)監(jiān)模塊連接到手機(jī)時(shí)，手機(jī)端可以看到 當(dāng)前所有連接至手機(jī)WFi網(wǎng)絡(luò)的電子秤列表，并且顯示 出每臺(tái)電子秤的商店編號(hào)+電子秤編號(hào)，與電子秤上的便 簽對(duì)應(yīng)，便可方便準(zhǔn)確地定位每一個(gè)電子秤列表項(xiàng)所對(duì)應(yīng) 的電子秤。

該電子秤列表會(huì)顯示在手機(jī)上，供質(zhì)監(jiān)員選擇，比如 質(zhì)監(jiān)員選擇了列表項(xiàng)1(00000012 + 01)，該項(xiàng)對(duì)應(yīng)編號(hào)為

00000012的商店中1號(hào)電子秤，放置 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)砝碼在該電子秤上，點(diǎn)擊開始質(zhì)監(jiān)，手機(jī)會(huì)發(fā)送命令給該電子秤，電 子秤嵌入的質(zhì)監(jiān)模塊會(huì)讀出當(dāng)前的數(shù)據(jù)，并通過Wii發(fā) 送至手機(jī)，記錄于文件中并顯示給質(zhì)監(jiān)員，表示本次質(zhì)監(jiān) 完成。當(dāng)然質(zhì)監(jiān)員可以對(duì)列表中所有電子秤都放上砝碼， 同時(shí)測(cè)試列表中所有電子秤。

06指令是保留信息，這個(gè)指令是為了傳輸某些比較 復(fù)雜或者協(xié)議設(shè)計(jì)前沒有考慮到的數(shù)據(jù)，是對(duì)前5條指令 的擴(kuò)展，它的格式是IP地址+指令+數(shù)據(jù)長(zhǎng)度+數(shù)據(jù)，對(duì) 于該條指令而言，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是沒有固定格式的，換而言 之該指令可以傳輸任何需要的數(shù)據(jù)，而手機(jī)接收了之后可 以將數(shù)據(jù)作進(jìn)一步解析。

3.2手機(jī)端及后續(xù)處理程序

質(zhì)監(jiān)時(shí)，質(zhì)監(jiān)員在對(duì)應(yīng)的電子秤上放置標(biāo)準(zhǔn)砝碼，用 手機(jī)接收電子秤質(zhì)監(jiān)模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)以固定的 格式存放于文件中，可以根據(jù)需要多測(cè)幾次，至此，現(xiàn)場(chǎng)的 質(zhì)監(jiān)工作完成。

回到質(zhì)監(jiān)局，將手機(jī)連接到質(zhì)監(jiān)局的無線路由器上， 將數(shù)據(jù)文件發(fā)送至電腦端，并對(duì)各個(gè)質(zhì)監(jiān)員提供的數(shù)據(jù)文 件進(jìn)行匯總，集中處理，并將最終結(jié)果存放于數(shù)據(jù)庫中，同 時(shí)將匯總后的質(zhì)監(jiān)數(shù)據(jù)備份保存。

4.結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)化質(zhì)監(jiān)系統(tǒng)能夠方便高效地協(xié)助質(zhì) 監(jiān)人員完成任務(wù)，只需要對(duì)現(xiàn)在使用的電子秤作改裝，嵌 入一個(gè)質(zhì)監(jiān)模塊，任何一款支持W i R熱點(diǎn)的安卓手機(jī)都 可以充當(dāng)質(zhì)監(jiān)工具。

手機(jī)集質(zhì)監(jiān)無線網(wǎng)的AP和數(shù)據(jù)采集終端兩大功能 于一身，充分發(fā)揮了智能手機(jī)的能力，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)監(jiān)系統(tǒng)最 簡(jiǎn)化，大大降低了硬件的復(fù)雜度，把大部分工作量轉(zhuǎn)移到 軟件方面，能夠降低成本，更符合實(shí)際。