基于STM32的電路板通信方式檢測系統設計*

劉光碩 張路 劉海波 鄧自寧

北方民族大學 計算機科學與工程學院 寧夏 銀川 750000

引言

隨著嵌入式技術和通信技術的發展，電路板被廣泛運用到各個行業。隨之而來的電路板檢測技術也變得越來越重要，它影響各行各業的發展，其中電路板通信方式的檢測顯得尤為重要。它承擔著傳輸數據的重要作用，如果出現問題，整個系統將會癱瘓。由于常用的通信方式不是插電即用，無法通過檢測電氣信號來判斷其好壞，所以現有的檢測儀器，如萬用表、示波器以及ICT在線監測儀器等都無法很好地實現對通信方式的檢測。本文介紹了對常用通信方式進行二次開發形成一個固件庫，利用固件庫中的接口檢測通信方式。該固件庫中包含了ZIGBEE[2]、WIFI[1]、LORA[3]等常用通信方式的設備初始化、設備參數以及數據傳輸等方法。用戶通過調用上述方法實現檢測儀器與通信方式的無線連接，進而檢測通信方式是否出現故障。

1 器件選型

1.1 中控芯片

本系統選用ST公司出品的STM32F1系列芯片STM32F103 ZET6作為中控芯片。該芯片擁有體積小，功能強以及開發簡單的特點。芯片提供了5路串口，可供系統同時連接5種通信方式。F1系列芯片的開發采用標準硬件庫，通過硬件庫提供的接口實現系統開發，方便快捷。

1.2 LORA模塊

LORA模塊選擇ATK-LORA-01。模塊具有廣播與數據監聽的功能將模塊地址設置為 0xFFF，可以監聽相同信道上的所有模塊的數據傳輸，發送的數據，可以被相同信道上任意地址的模塊收到，從而起到廣播和監聽的作用。

模塊設計是采用高效的ISM 頻段射頻 SX1278 擴頻芯片，模塊的工作頻率為410~441Mhz，以1Mhz頻率為步進信道，共32個信道，可通過 AT 指令在線修改串口速率，發射功率、空中速率、工作模式等各種參數，并且支持固件升級功能。

ATK-LORA-01 模塊具有： 體積小、 靈敏度高、 支持低功耗省電的優點。

1.3 Wi-Fi模塊

Wi-Fi模塊選擇ATK-ESP8266。ATK-ESP8266 是正點原子團隊推出的一款高性能的 UART-WiFi（串口-無線）模塊，ATK-ESP8266 板載了正點原子團隊自主開發的 ATK-ESP-01 模塊，該模塊通過FCC、CE認證，可直接用于產品出口歐美地區，ATK-ESP8266模塊支持3種工作模式，分別是STA模式、AP模式以及STA+AP模式。該模塊可以通過AT指令對模塊的功能進行修改，響應成功后會返回OK。該模塊的頻率范圍為2.402~2.480Ghz，空中速率是1Mbps，工作電壓為2V到3V，通過密碼連接配對、數據加密[4]。

除此之外，ATK-ESP8266的開發資料較為全面，使用廣泛，有利于學習和使用。

1.4 BLE模塊

BLE模塊選用ATK-BLE01，支持一對多廣播、iBeacon功能、微信搖一搖周邊定位，支持無線喚醒和串口喚醒，支持2.0~3.6V直流電壓供電范圍，模塊集郵票孔和排針焊接孔， 排針焊接孔方便用戶測試，支持模塊發射功率設置，范圍：－14dBm到+8dBm，支持多種天線形式：板載天線、外置 IPEX 天線座、外置天線，支持AT指令配置參數，支持本地固件升級[5]。

2 系統軟件設計

軟件設計分為兩大部分，第一部分是主流通信方式設備初始化，設備連接以及數據發送等方法的二次開發。第二部分是人際交互與串口的設計。

第一部分：Wi-Fi、BLE和LORA通信方式都有自己的使用程序，包括設備初始化、發送指令、發送數據、獲得IP和恢復出廠設置等。在這一部分需要繼承3種通信方式的使用程序形成常用通信方式固件庫，通過調用固件庫中的接口達到快速、方便連接通信模塊目的。

第二部分：在上一部分中介紹了相關通信方式的模塊，為了增加通用性，本系統通過LVGL設計串口界面，利用串口界面設置串口參數和通信參數，將參數通過串口傳送給外接通信方式，可以為簡單的通信方式進行初始化[6]。

系統運行時先進行初始化，包括ZIGBEE、BLE、WIFI以及LORA設備的初始化，初始化完成后根據用戶選擇通信方式進行檢測，在選擇BLE時，系統進入下一步，根據系統提示，用戶選擇是否使用串口檢測，使用串口檢測時，系統要進行串口初始化程序，然后在串口檢測界面進行數據輸入，用戶輸入完成后，系統根據用戶設置的數據進行設備檢測。若是不選擇串口檢測，系統會進入BLE設置界面，在BLE設置界面設置藍牙的相關參數，之后開始掃描藍牙，進行藍牙配對，藍牙配對成功后，進行數據傳輸，檢測是否能夠進行通信，若是能夠進行通訊則說明BLE設備正常[7]。

Wi-Fi、LORA與上述模塊操作基本類似，Zig Bee模塊與上述不同，現下使用的Zig Bee模塊是協調器與終端的組合，終端采集數據，將數據發送給協調器，中控芯片通過協調器得到終端發送的數據，所以在檢測Zig Bee模塊時，無法使用模塊搜索的方式，只能通過串口進行檢測，雖然Zig Bee協調器中封裝了協議，但是與中控芯片的通信是通過串口透明傳輸進行的，所以只需要設置串口參數，連接協調器即可，如果能夠檢測到數據則說明模塊正常，檢測不到數據則說明設備損壞。

如圖1所示，Zig Bee、BLE、Wi-Fi以及LORA模塊是同時連接在儀器上面的，所以在開發時要注意串口的使用。以上四種通信方式都是通過串口與單片機相連接，F1系列芯片串口數量存在不足的情況，本系統為拓展串口數量，通過軟件模擬的方式，將普通的IO口模擬成為串口，通過模擬的串口實現多種通信方式的連接[8]。

圖1 檢測流程圖

為了更好地進行人機交互，本系統使用LVGL作為GUI來構建人機交互界面。

littleVGL是剛開始流行的一個小型開源嵌入式GUI庫，具有界面精美，消耗資源小，可移植度高，響應式布局等特點，全庫采用純C語言開發，而且 littleVGL 庫的更新速度非常快，隨著 littleVGL 的認知度越來越大，官方資料也逐漸豐富起來。LVGL具有非常豐富的內置控件，像buttons、charts、lists、sliders、images等，支持多個和多種顯示設備，例如同步顯示在多個彩色屏或單色屏上，為加速GUI設計，提供教程、案例和主題，支持響應式布局，可以縮小到最小內存（64 kB Flash，16 kB RAM），支持PC模擬器，硬件獨立于任何微控制器或顯示器。

LVGL的使用條件為16、32或64位的單片機（微控制器）或處理器，微處理器的主頻最好高于16MHz，Flash/ROM：如果只用little VGL核心組件的話，則至少需要64kB的容量，如果想完整使用的話，最好保證 180kB 以上的容量[9]。

3 結束語

由于電路板通信方式不能通過簡單的高低電平實現檢測，所以只能通過對芯片編程實現通信功能來檢測通信模塊，本文利用STM32芯片對現有通信方式進行二次開發，以此應對主流通信方式的檢測。除此之外，本系統還可以通過串口發送數據來實現通信模塊的初始化，增加了系統的通用性。