邹超然
摘 要:嵌入式系统将传统的人为控制系统转变为机器控制系统,提升了系统的精确性与稳定性,有效地节省了传统模式产生的损耗问题。随着电子技术的不断发展,基于单片机的嵌入式多节点网络通信系统设计逐渐完善。嵌入式系统设计的核心就是单片机,而stm32作为一种32位微控制器,在嵌入式多节点网络通信系统应用中的效果显著。基于此,文章主要对基于单片机的嵌入式多节点网络通信系统设计进行了简单的分析论述。
关键词;嵌入式;多节点;网络通信系统设计;stm32
中图分类号:TN914 文献标志码:A 文章编号:2095-2945(2019)16-0093-02
Abstract: The embedded system changes the traditional man-made control system into the machine control system, improves the accuracy and stability of the system, and effectively saves the loss problem caused by the traditional mode. With the continuous development of electronic technology, the design of embedded multi-node network communication system based on single chip microcomputer is gradually improved. The core of embedded system design is single chip microcomputer. stm32, as a 32-bit microcontroller, has a remarkable effect in the application of embedded multi-node network communication system. Based on this, this paper mainly analyzes and discusses the design of embedded multi-node network communication system based on single chip microcomputer.
Keywords: embedded; multi-node; network communication system design; stm32
1 嵌入式系统
嵌入式系统应用是计算机系统中较为普遍的应用模式,在移植中具有智能化、网络化的特征。将其与计算机系统有效融合,作为嵌入式系统的核心部件与存储器以及输入输出设备等可编程计算设施共同构成嵌入系统,嵌入在物理设备系统中,其主要就是完成特定的计算机控制功能。单片机是计算机系统的大脑,其主要就是对设备的自动化控制,但是其无法独立应用,嵌入系统是单片机的主要载体。
嵌入式系统设计具有体积小以及低功耗的特征,其具有成本低廉的优势,软件系统便于维护,应用较为灵活,可以满足客户的不同需求。主流的嵌入式系统中安装了各种网络通信接口,在客户端中配置了对应的网络端口系统,其主要特点就是支持TCP/IP协议。
嵌入式系统技术的核心就是计算机技术,在实践中主要应用了嵌入式处理设备以及对应的硬件设备。在操作之前要加强控制管理,便于设备的操作与控制。在处理中,嵌入式处理设备是嵌入式系统的关键,其具有实现外围功能集中管理的功能,可以保障系统的集成性操作,分析现有的设备运行环境,分析运行需求进行个性化的设计分析,可以保障系统的高效运行,提升运行的质量。嵌入式系统构建与设计中要基于网络环境为主要基础,要根据网络环境进行网络接口安装,进而保障嵌入式网络结构的有效展开。
基于单片机嵌入式的Web服务器,主要就是通过对外网端口设备进行采集实现和通信领域中不同设备之间的数据信息传输,以实现信息数据的共享,在网络资源匮乏的状况之下,可以通过单片机嵌入的方式进行网络之间的链接,在不同设备之间的通信并不会受到资源的限制与影响。
单片机嵌入方式主要的原理就是利用WEB浏览器与嵌入式服务器进行通信,底层主要基于TCP/IP,而上层则主要就是基于HTTP协议为基础。通过客户端的JAVA虚拟机解析客户端的程序组件,根据组件设计应用程序,创建动态的FPRM发送到单片机嵌入服务器中,通过服务器解析HTTP请求,在解析动态的FORM要求处理功能,将其与远程控制设备应用在管理程序中,实现通信,进而完成对远程嵌入式系统的合理配置与管理。在远程控制设备系统中进行数据采集监测,其就会与嵌入式Web服务器等应用程序进行通信,生成了HTML文本,利用浏览器现实进行交互处理。
2 嵌入式系统与多节点网络通信系统设计
2.1 多节点网络通信系统设计
2.1.1 多节点网络通信系统框架设计
综合多节点网络通信系统的功能需求设置不同的功能模块,其主要可以分为主控制器、数据传输模块、数据采集模块以及电源模块、接口电路模块。其中信息数据存储的主要目的就是保存通信网络节点数据信息,可以有效地解决网络传输带造成的数据丢失等问题。其主要的责任就是协调复杂网络通信系统不同功能模块。
2.1.2 嵌入式多节点网络通信系统主控制器模块系统
嵌入式多节点网络通信系统要根据stm32作为主要控制芯片,在連接过程中全部接口线均为5V电压,在片内的设定器以及串行总线等相关模块可以通过设置的方式达到最佳的控制状态。
2.2 多节点网络通信系统采集模块
多节点网络通信系统的数据采集模块中,构建数据采集模拟量缩小倍数处理,基于LM324作为四运放集成电路系统,内部主要涵盖了四组运算放大器,呈现相对独立的状态,共用相同的电源。嵌入式多节点网络通信系统中的数据采集模块中主要就是利用HCNR200线性光耦进行调节。
2.3 多节点网络通信系统电源模块
多节点网络通信系统中的电源模块主要的作用就是保障各个模块系统供电,进而保障节点数据传输能耗控制的稳定性。在系统中节点数据传输的工作电压为5V,在进行供电的时候,要通过低压差线性的稳压器实现对不同模块电源的转换。但是因为稳压器在运行过程中会产生不同程度的噪音,因此在选择过程中要分析噪声输出以及电流输出、电压幅度等相关问题。
低压差线性稳压器属于低功耗的低压的差线性稳定器械,在其输入电压差相对较少的时候,直流输出的电压就会维持在稳定值中,其具有较高的自由噪声以及较高的电源抑制比的优势。
多节点网络通信系统整体结构相对较为简单,主要包括电压基准源、调整管、保护电路以及气动电路等零部件。
2.4 嵌入式多节点网络通信系统设计
综合多节点网络通信系统硬件设计分析,可以获得框架以及各个组成模块系统,以stm32为核心,合理的利用节点能量,延长网络生存周期是较为关键的内容。
通信节点在运行过程中可以根据能量控制技术手段,利用通信距离大小的方式在两个信道模式中有效转换。在运行中节点转发数据要先接受来自于其他相关通信节点的数据信息,然后再将其发送处理。
簇群内部与簇群之间都是通过无碰撞MAC协议进行通信传播的,在传播过程中无需考量碰撞以及重发过程中产生的能量消耗问题。如果节点没有传输任务的时候其呈现休眠的状态,则可以避免能量消耗等问题。而如果其周边环境出现了变化或者节点数据传输周期到达的时候就会执行监测命令,对传输任务进行系统性的监测分析。
3 实验结果与分析
实验中受到网络通信环境等因素的影响,在不同环境中节点传输控制的最终效果也具有一定的差异性。其具体如下:
在实验中分析不同网络通信环境中的系统设计以及具体的状况,探究在不同状况之下节点传输控制系统的效果。通过Visual C搭建实验平台。
第一,如果在实验环境中较为复杂,周围物体较多的环境中,会受到周边环境因素的干扰与影响,可以将网络节点传输之间控制在10米范围中。加强对数据信息传输的控制,提升整体的灵敏度,分析在此种环境中节点传输中能源损耗的误差比特率。其接收的灵敏度则要设置为2~3秒,通过分析通过不同节点传输能耗的误比特率,其结果如图1。
通过分析可以发现,此种方式在传输过程中误比特率相对于其他方式来说有着较为显著的优势,可以有效的降低数据传输过程中的误比特率。
第二,选择空旷的场地,设置网络通信节点距离里为15米,数据接受灵敏度则为1~2秒,通过对比分析不同的方法,了解传输能耗控制的具体状况可以发现,此种方式主要就是通过双频结构模式加强对节点数据传输过程中能耗的控制,可以有效的提升能耗控制模块电路系统的逻辑单元性能,利用低频域的晶体管进行能耗控制模块的设计方式可以加强对网络通信系统传输能耗的控制。
第三,网络通信节点传输速率是检验嵌入式多节点网络系统设计的主要参数与指标。此方式相对于其他方式来說,网络通信系统接口模块可以分为直接连接方式以及间接连接方式,其具有较高的覆盖率,也可以增强能耗控制的整体覆盖率。
4 结束语
在网络通信发展过程中,短波通信系统以及微波通信系统与移动通信网络在不断地成熟。而网络通信系统在发展中存在着不同的利弊,这样就导致了网络通信的多样化,而这种多样化会在军事领域、环境监测以及建筑安全、医疗卫生等领域中均有着较为广泛的应用。而随着计算机技术高速发展,在社会以及科学的各个领域中嵌入式多节点网络通信系统也逐渐成为研究的重点内容。文章通过对嵌入式系统的分析,了解了嵌入式系统与网络通信系统的状况,通过对网络通信系统设计、网络通信系统数据采集模块、网络通信系统电源模块、网络通信系统软件设计的分析论述,得出了如果在实验环境较为复杂,周围物体较多的环境中,会受到周边环境因素的干扰与影响,可以利用网络节点传输之间控制在10米范围中进行处理;选择空旷的场地和网络通信节点传输速率等是系统设计中较为关键的内容,在实践中会提升覆盖率,也可以增强能耗控制的整体覆盖率。
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