采用USB OTG实现手机和无线FM监测模块的通信

何晓东 徐树良

摘要：现有一个无线调频信号监测功能模块，用于测量FM信号的场强。本文设计一个方案，手机通过USB线连接该模块，编写手机APP实现通过手机对该模块的进行参数设置、读取场强等测量数据等功能。

关键词：USB通信;USB OTG

中图分类号：TP311文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）22-0052-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

无线调频信号监测模块（以下简称监测模块）属于无线FM信号监测系统的前端采集部分，无线FM信号监测系统目的是把室外实时监测的FM信号数据通过无线公网发送到远端的数据库保存。设计使用手机USB接口通过USB线连接监测模块，通过开发手机APP用于设置监测模块的监测频率等工作参数、启动/停止监测功能、接收监测数据并显示同时发送到远程数据库。

1 USB OTG简介

USB（通用串行总线）是一个串行通信标准，广泛用于手机、PC等设备。具有传输速度快、热插拔等特点。一个日常的例子：手机通过USB线连接PC机，把手机拍摄的照片等文件传输到PC机保存。USB接口有5根线，分别是电源正、电源负、数据正、数据负、模式。USB通信模式分为USB HOST和USBOTG。

Host模式（主机模式），指在USB通信中PC为USB主机，其他的通信方为USB设备。USB主机控制数据的传输，USB設备只能同USB主机进行通信。例如：手机同PC的连接，PC是USB主机，手机是USB设备，由主机（PC）控制两者间的通信。

OTG模式（无主机模式），指在USB通信中没有USB主机（PC），通过模式线设置将其中的某设备设置为主设备，由主设备管理通信，从而解决没有主机（PC）的情况下USB设备间的通信问题。例如：手机通过USB接口连接U盘。

在OTG模式中，若模式线悬空，则该设备被设置为USB设备。若模式线接地时，该设备被设置为主设备。手机USB接口具备OTG功能，只是通常的USB连接线只用4根线，手机端模式线未接（手机端USB接口芯片模式脚悬空），手机被设置为从设备，当用这种只有4根线USB连接线连接手机和PC机时，PC为主设备。

本方案采用USG OTC线（5线USB连接线），将其中的模式线接地（使手机端USB接口芯片模式脚接地），就能设定手机为主设备，同时监测模块设置为从设备，开发手机APP来使手机同监测模块间的进行通信，发送命令给监测模块和接收监测模块发送的监测数据。

2 监测模块用单片机

监测模块的主控器采用具有USB OTG功能的单片机，型号是STM32F107RC，属于ST公司ARM32位CORTEX-M3芯片，集成USB2.0 0TG接口，主频74兆，RAM 64K，FLASH 256K.其中PA12、PA13分别是USB_OTG_FS_DP和USB_OTG_FS_DM脚，需软件配置为USB DEVICE模式。

3 监测模块USB通信相关程序设计

主要是编写USBD_CustomHID_fops_FS中相关函数实现，主要是USTOM_HID_Recv_FS和USBD_CUSTOM—HID_SendRe-port_FS函数，分别是USB消息接收函数和发送函数。

3.1 接收函数

该函数为接收手机通过USB发送的信息，函数框架为：

static int8_t CUSTOM_HID_Recv_FS（uint8_t*Buf， uint32_t*Len）

{

//端点2接收中断清零

EP2_INT_Comein=0;

//复制接收的信息到用户定义的存储区（在主程序中处理接收的信息）

CopyStr（Buf，Rx_ORDER_Buffer，*Len）;

//修改接收标识为1，表示接收到主机信息

order_stat=l;

//返回结果

return （USBD_OK）;

）

3.2 发送函数

该函数实现通过USB向手机发送信息

static int8_t USBD_CUSTOM_HID_SendReport_FS（uint8_t*report， uint16_t len，uint8_t ep_addr）

{

//直接调用底层函数发送

return USBD_CUSTOM___ HID—SendReport（&hUsbDeviceFS，report， len，ep_addr）;

}

3.3 主程序结构

主程序循环调用dispatch函数，在dispatch函数中检查信息接收标识，处理手机发送的命令，并把结果发送回手机。Dis-patch函数框架如下：

void Dispatch（void）

{//

ifTorder_staty/usbin节点收到信号标识

{

order_stat= 0;//清除接收标识

USB_HandOrder20;//处理接收到的命令（略）

）

if（UpdateMonitory/是否需要新的监测数据

{

UpdateMonitor=0;

uint16_t length=2;//准备数据

UsbUpLoardDataBuffer[0]_ （uint8_t） （hostcommand. comman-did）;//命令ID

UsbUpLoardDataBuffer[l] =seqtag++;length+=ConvertToBytes（hostcommand. freql， &（UsbUpLoardDataBuffer[2]）;，/填充监测频率

length+=FiIIES（&（UsbUpLoardDataBuffer[6]》;//填充监测的信号场强

length+=FiIISN （&（UsbUpLoardD ataBuffer[7]）;//填充监测的信号SN

length=8;//设置数据长度

//发送数据到主设备USBD_CustomHID_fops_FS. SentData（UsbUpLoardDataBuffer，length，CUSTOM_HID_EPIN I_ADDR）;

】

）

4 手机USB通信相关程序设计

接收监测模塊发送的数据线程框架：

class usbRecvMessagThreadextends Thread{

UsbEndpointepln;

UsbDeviceConnectionusbconnection;private Handler messagHandler;//

public usbRecvMessagThread（UsbDeviceConnection connec-tion， UsbEndpointepln， Handler msgHandler）{

this.connection= connection;this.epln= epln;

this.messagHandler= msgHandler;

）

public void run0{

byte[] RecvBuffer= new byte[64];，/创建缓冲区，

intlength= RecvBuff'er.length;

inttimeout= 6000;

while （！Thread.interrupted0）{

intrecvcount = connection. bulkTransfer（epln， RecvBuffer，length， timeout）;//接收数据

if （recvcount<0）{//没有接收到数据，则继续循环

continue;

）

Message message= new Message0;//创建新消息

message.what= Ox2678;

message.obj= RecvBuffer;

messageHandler. sendMessage（message）;//发送接收的消息（在主程序处理）

）

】

）

5 结束语

通过对STM32F107数据手册的研读和参考相关USB OTG的资料和例程，结合监测需求，实现了手机同监测模块的通信，经测试，达到了预期的功能。

参考文献：

[1]周立功.等.USB2.0与OTG规范及开发指南[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[2]王翠萍.Android Studio应用开发实战详解[M].北京：人民邮电出版社。2017.

【通联编辑：闻翔军】

基金项目：安徽省教育厅自然科学重点项目“无线广播信号覆盖监测系统开发”（编号KJ2016A113）

作者简介：何晓东（1968-），男，安徽长丰人，副教授，研究方向为计算机应用技术;徐树良（1986-），男，安徽休宁人，工程硕士，研究方向为计算机应用技术。