分析基于單片機的嵌入式多節點網絡通信系統設計

鄒超然

摘? 要：嵌入式系統將傳統的人為控制系統轉變為機器控制系統，提升了系統的精確性與穩定性，有效地節省了傳統模式產生的損耗問題。隨著電子技術的不斷發展，基于單片機的嵌入式多節點網絡通信系統設計逐漸完善。嵌入式系統設計的核心就是單片機，而stm32作為一種32位微控制器，在嵌入式多節點網絡通信系統應用中的效果顯著。基于此，文章主要對基于單片機的嵌入式多節點網絡通信系統設計進行了簡單的分析論述。

關鍵詞;嵌入式;多節點;網絡通信系統設計;stm32

中圖分類號：TN914 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：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 嵌入式系統

嵌入式系統應用是計算機系統中較為普遍的應用模式，在移植中具有智能化、網絡化的特征。將其與計算機系統有效融合，作為嵌入式系統的核心部件與存儲器以及輸入輸出設備等可編程計算設施共同構成嵌入系統，嵌入在物理設備系統中，其主要就是完成特定的計算機控制功能。單片機是計算機系統的大腦，其主要就是對設備的自動化控制，但是其無法獨立應用，嵌入系統是單片機的主要載體。

嵌入式系統設計具有體積小以及低功耗的特征，其具有成本低廉的優勢，軟件系統便于維護，應用較為靈活，可以滿足客戶的不同需求。主流的嵌入式系統中安裝了各種網絡通信接口，在客戶端中配置了對應的網絡端口系統，其主要特點就是支持TCP/IP協議。

嵌入式系統技術的核心就是計算機技術，在實踐中主要應用了嵌入式處理設備以及對應的硬件設備。在操作之前要加強控制管理，便于設備的操作與控制。在處理中，嵌入式處理設備是嵌入式系統的關鍵，其具有實現外圍功能集中管理的功能，可以保障系統的集成性操作，分析現有的設備運行環境，分析運行需求進行個性化的設計分析，可以保障系統的高效運行，提升運行的質量。嵌入式系統構建與設計中要基于網絡環境為主要基礎，要根據網絡環境進行網絡接口安裝，進而保障嵌入式網絡結構的有效展開。

基于單片機嵌入式的Web服務器，主要就是通過對外網端口設備進行采集實現和通信領域中不同設備之間的數據信息傳輸，以實現信息數據的共享，在網絡資源匱乏的狀況之下，可以通過單片機嵌入的方式進行網絡之間的鏈接，在不同設備之間的通信并不會受到資源的限制與影響。

單片機嵌入方式主要的原理就是利用WEB瀏覽器與嵌入式服務器進行通信，底層主要基于TCP/IP，而上層則主要就是基于HTTP協議為基礎。通過客戶端的JAVA虛擬機解析客戶端的程序組件，根據組件設計應用程序，創建動態的FPRM發送到單片機嵌入服務器中，通過服務器解析HTTP請求，在解析動態的FORM要求處理功能，將其與遠程控制設備應用在管理程序中，實現通信，進而完成對遠程嵌入式系統的合理配置與管理。在遠程控制設備系統中進行數據采集監測，其就會與嵌入式Web服務器等應用程序進行通信，生成了HTML文本，利用瀏覽器現實進行交互處理。

2 嵌入式系統與多節點網絡通信系統設計

2.1 多節點網絡通信系統設計

2.1.1 多節點網絡通信系統框架設計

綜合多節點網絡通信系統的功能需求設置不同的功能模塊，其主要可以分為主控制器、數據傳輸模塊、數據采集模塊以及電源模塊、接口電路模塊。其中信息數據存儲的主要目的就是保存通信網絡節點數據信息，可以有效地解決網絡傳輸帶造成的數據丟失等問題。其主要的責任就是協調復雜網絡通信系統不同功能模塊。

2.1.2 嵌入式多節點網絡通信系統主控制器模塊系統

嵌入式多節點網絡通信系統要根據stm32作為主要控制芯片，在連接過程中全部接口線均為5V電壓，在片內的設定器以及串行總線等相關模塊可以通過設置的方式達到最佳的控制狀態。

2.2 多節點網絡通信系統采集模塊

多節點網絡通信系統的數據采集模塊中，構建數據采集模擬量縮小倍數處理，基于LM324作為四運放集成電路系統，內部主要涵蓋了四組運算放大器，呈現相對獨立的狀態，共用相同的電源。嵌入式多節點網絡通信系統中的數據采集模塊中主要就是利用HCNR200線性光耦進行調節。

2.3 多節點網絡通信系統電源模塊

多節點網絡通信系統中的電源模塊主要的作用就是保障各個模塊系統供電，進而保障節點數據傳輸能耗控制的穩定性。在系統中節點數據傳輸的工作電壓為5V，在進行供電的時候，要通過低壓差線性的穩壓器實現對不同模塊電源的轉換。但是因為穩壓器在運行過程中會產生不同程度的噪音，因此在選擇過程中要分析噪聲輸出以及電流輸出、電壓幅度等相關問題。

低壓差線性穩壓器屬于低功耗的低壓的差線性穩定器械，在其輸入電壓差相對較少的時候，直流輸出的電壓就會維持在穩定值中，其具有較高的自由噪聲以及較高的電源抑制比的優勢。

多節點網絡通信系統整體結構相對較為簡單，主要包括電壓基準源、調整管、保護電路以及氣動電路等零部件。

2.4 嵌入式多節點網絡通信系統設計

綜合多節點網絡通信系統硬件設計分析，可以獲得框架以及各個組成模塊系統，以stm32為核心，合理的利用節點能量，延長網絡生存周期是較為關鍵的內容。

通信節點在運行過程中可以根據能量控制技術手段，利用通信距離大小的方式在兩個信道模式中有效轉換。在運行中節點轉發數據要先接受來自于其他相關通信節點的數據信息，然后再將其發送處理。

簇群內部與簇群之間都是通過無碰撞MAC協議進行通信傳播的，在傳播過程中無需考量碰撞以及重發過程中產生的能量消耗問題。如果節點沒有傳輸任務的時候其呈現休眠的狀態，則可以避免能量消耗等問題。而如果其周邊環境出現了變化或者節點數據傳輸周期到達的時候就會執行監測命令，對傳輸任務進行系統性的監測分析。

3 實驗結果與分析

實驗中受到網絡通信環境等因素的影響，在不同環境中節點傳輸控制的最終效果也具有一定的差異性。其具體如下：

在實驗中分析不同網絡通信環境中的系統設計以及具體的狀況，探究在不同狀況之下節點傳輸控制系統的效果。通過Visual C搭建實驗平臺。

第一，如果在實驗環境中較為復雜，周圍物體較多的環境中，會受到周邊環境因素的干擾與影響，可以將網絡節點傳輸之間控制在10米范圍中。加強對數據信息傳輸的控制，提升整體的靈敏度，分析在此種環境中節點傳輸中能源損耗的誤差比特率。其接收的靈敏度則要設置為2～3秒，通過分析通過不同節點傳輸能耗的誤比特率，其結果如圖1。

通過分析可以發現，此種方式在傳輸過程中誤比特率相對于其他方式來說有著較為顯著的優勢，可以有效的降低數據傳輸過程中的誤比特率。

第二，選擇空曠的場地，設置網絡通信節點距離里為15米，數據接受靈敏度則為1～2秒，通過對比分析不同的方法，了解傳輸能耗控制的具體狀況可以發現，此種方式主要就是通過雙頻結構模式加強對節點數據傳輸過程中能耗的控制，可以有效的提升能耗控制模塊電路系統的邏輯單元性能，利用低頻域的晶體管進行能耗控制模塊的設計方式可以加強對網絡通信系統傳輸能耗的控制。

第三，網絡通信節點傳輸速率是檢驗嵌入式多節點網絡系統設計的主要參數與指標。此方式相對于其他方式來說，網絡通信系統接口模塊可以分為直接連接方式以及間接連接方式，其具有較高的覆蓋率，也可以增強能耗控制的整體覆蓋率。

4 結束語

在網絡通信發展過程中，短波通信系統以及微波通信系統與移動通信網絡在不斷地成熟。而網絡通信系統在發展中存在著不同的利弊，這樣就導致了網絡通信的多樣化，而這種多樣化會在軍事領域、環境監測以及建筑安全、醫療衛生等領域中均有著較為廣泛的應用。而隨著計算機技術高速發展，在社會以及科學的各個領域中嵌入式多節點網絡通信系統也逐漸成為研究的重點內容。文章通過對嵌入式系統的分析，了解了嵌入式系統與網絡通信系統的狀況，通過對網絡通信系統設計、網絡通信系統數據采集模塊、網絡通信系統電源模塊、網絡通信系統軟件設計的分析論述，得出了如果在實驗環境較為復雜，周圍物體較多的環境中，會受到周邊環境因素的干擾與影響，可以利用網絡節點傳輸之間控制在10米范圍中進行處理;選擇空曠的場地和網絡通信節點傳輸速率等是系統設計中較為關鍵的內容，在實踐中會提升覆蓋率，也可以增強能耗控制的整體覆蓋率。

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