介紹了 一種基于手機WiFi熱點(diǎn)的電子秤自動(dòng)化質(zhì)監系統的設計，系統由質(zhì)監模塊和手機模塊組成。質(zhì)監模塊采 用LPC1100作為MCU，HLK-RM04為無(wú)線(xiàn)芯片，從電子秤RS232接口獲取數據，并通過(guò)手機WiFi無(wú)線(xiàn)網(wǎng)發(fā)送至手機 模塊，實(shí)現高效方便的質(zhì)監。

引言

本文設計了一種以LPC1100為主控制器，使用HLK- RM04無(wú)線(xiàn)芯片的電子秤質(zhì)監模塊，連接到手機WFi熱點(diǎn)建 立的局域網(wǎng)，直接將質(zhì)監數據發(fā)送至手機，手機還可以與電 腦互聯(lián)，對質(zhì)監數據進(jìn)行匯總處理，實(shí)現自動(dòng)化質(zhì)監。

1.總體設計

1.1基本原理

通用電子秤內部都會(huì )提供標準的RS232接口，通過(guò) 這個(gè)接口，可以獲取電子秤稱(chēng)重數據，這就為自動(dòng)化質(zhì)監 提供了可能，設計一個(gè)質(zhì)監模塊嵌入電子秤內，將電子秤 實(shí)時(shí)數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)芯片HLK-RM04發(fā)送至手機中。這 個(gè)過(guò)程需要一個(gè)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)，這個(gè)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)由用戶(hù)手機 WiFi熱點(diǎn)建立。質(zhì)監模塊在電子秤通電開(kāi)始工作時(shí)自動(dòng) 運行，不斷檢測質(zhì)監人員的手機無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，一旦檢測到無(wú) 線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的存在，自動(dòng)建立TCP連接，與手機建立聯(lián)系，按 手機發(fā)送的指令檢測標準砝碼的重量，并將檢測結果回送 至手機中，質(zhì)監員就可以隨時(shí)高效率方便地同時(shí)檢測多臺 電子秤，并且質(zhì)監員回到質(zhì)監局后，可以將手機上記錄的 數據傳送至電腦，進(jìn)行匯總處理。質(zhì)監系統整體示意圖如圖1所示。

1.2質(zhì)監模塊組成

整個(gè)系統由若干個(gè)質(zhì)監模塊和一部智能手機組成，共 同組成全自動(dòng)的質(zhì)監系統，實(shí)現對多臺電子秤同時(shí)質(zhì)監。

質(zhì)監模塊由Cortex-M0系列LPC1100主控制器、HLK- RM04無(wú)線(xiàn)芯片、變壓電路、RS232轉化電路、按鍵電路、 指示燈等模塊組成，如圖2所示。

上電復位后，主程序開(kāi)始運行，首先向HLK-RM04 無(wú)線(xiàn)芯片發(fā)送信號，使它進(jìn)入AT+指令集設置模式，進(jìn)行初始化設置，包括需要連接的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的名稱(chēng)和密 碼、啟動(dòng)DHCP、主設備的IP和建立TCP連接的端口號 等，設置完成后，重啟無(wú)線(xiàn)芯片，無(wú)線(xiàn)芯片不斷查找指定的 局域網(wǎng)，找到后自動(dòng)連接，而主程序一直監聽(tīng)，如果質(zhì)監員 要檢測電子秤，就會(huì )打開(kāi)手機WiR熱點(diǎn)，建立無(wú)線(xiàn)局域 網(wǎng)，并在電子秤上放置標準砝碼，無(wú)線(xiàn)芯片檢測到該網(wǎng)絡(luò ) 會(huì )自動(dòng)連接上，質(zhì)監員通過(guò)手機質(zhì)監程序發(fā)送開(kāi)始質(zhì)監的 指令，主程序收到后，會(huì )開(kāi)始與電子秤RS232接口進(jìn)行通 信，將電子秤測出的數據發(fā)送至質(zhì)監員手機，至此該電子 秤的質(zhì)監工作完成。

2.硬件設計

2.1質(zhì)監模塊

質(zhì)監模塊MCU從電子秤RS232接口獲取數據，經(jīng)過(guò)處 理后，通過(guò)UART串口發(fā)送至模塊上的WiFi芯片，由WiFi 芯片將數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)發(fā)送至質(zhì)監人員的手機。MCU選用 基于第二代ARM Cortex-MO內核的微控制器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(lái)連接WiFi芯片和MCU，實(shí)現兩 者之間的數據傳輸，以及MCU對WiFi的控制。質(zhì)監模塊選用的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(wú)線(xiàn)網(wǎng)）模 塊 HLK-RM04。HLK-RM04 實(shí)現了 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)和串口之間的轉換，MCU可 以通過(guò)對串口操作實(shí)現WiFi芯片的 配置、無(wú)線(xiàn)通信的目的。WFi控制模 塊主要是將MCU的UART _TX、

UART_RX與HLK-RM04的對應的 引腳相連，實(shí)現兩者之間串行異步通 信。SW1與SW2是按鈕開(kāi)關(guān)，給 HLK-RM04提供重新啟動(dòng)和恢復出 廠(chǎng)設置這兩個(gè)信號。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提供電源，本文中質(zhì) 監模塊就是利用這兩根引腳供電，使用一個(gè)電壓轉換電 路，把電子秤提供的電壓轉化為十5 V和十3.3 V，分別為 HLK-RM04 和 LPC1100 供電。

2.2手機模塊

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

正常情況下，能夠穩定運行的無(wú)線(xiàn)AP —般是無(wú)線(xiàn)路 由器，但是在本系統中，需要測試的對象可能是全市所有 的電子秤，不可能在每個(gè)測試地點(diǎn)放置無(wú)線(xiàn)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充當 無(wú)線(xiàn)AP，將數據采集和無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)這兩種功能合二為一， 這將帶來(lái)極大的便利。但是手機作為便攜式設備，又是電 池供電，能不能長(cháng)時(shí)間穩定地充當無(wú)線(xiàn)AP昵？本文以 HTC one型號手機為例進(jìn)行可行性分析，用手機建立熱 點(diǎn)，即創(chuàng )建無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)，在電腦上運行 WireLessMon 獲耳又 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)的強度信息，不斷改變手機和電腦的距離，繪制如 圖4所示的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)信號強度圖。

理論上無(wú)線(xiàn)信號強度超過(guò)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 是手機為中心，半徑5 m的圓形區域。

就一般農貿市場(chǎng)而言，半徑5 m可以覆 蓋好幾個(gè)攤位，完全能夠支持多臺電子秤同 時(shí)測試。測試過(guò)程中，手機滿(mǎn)電狀態(tài)可以連 續開(kāi)啟WLAN熱點(diǎn)2小時(shí)以上，實(shí)際使用 過(guò)程中，在不用的時(shí)候可以暫時(shí)關(guān)閉熱點(diǎn)， 完全能滿(mǎn)足使用的需要。

3.軟件設計

3.1質(zhì)監模塊

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，如果出現異常，則對應的指示 燈顯示為紅色。然后調用WiFi子程序對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熱點(diǎn)，如果搜索完畢會(huì ) 自動(dòng)進(jìn)行連接，并與手機建立TCP連接，主程序進(jìn)入監聽(tīng) 階段，采用被動(dòng)應答的方式，循環(huán)監聽(tīng)WFi收到的指令， 并對當前的指令進(jìn)行解析和回復，同時(shí)開(kāi)啟定時(shí)器，如果 一段時(shí)間沒(méi)有收到手機發(fā)送的心跳包，主程序默認測試結 束，重新進(jìn)入開(kāi)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(guò)該接口，MCU既可以對HLK-RM04進(jìn)行配置也 可以收發(fā)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)的數據。MCU采用AT指令集的方式配 置HLK-RM04，將配置的參數數據寫(xiě)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 使其進(jìn)入AT指令集模式，MCU可以直接將配置字符串 通過(guò)UART端口發(fā)送給HLK-RM04。

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

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

②連接完成，說(shuō)明質(zhì)監模塊已經(jīng)和質(zhì)監人員的手機 處于同一個(gè)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)內。

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

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

⑤手機端作為TCP服務(wù)端，開(kāi)啟監聽(tīng)，并采用多線(xiàn) 程的方式同時(shí)與多個(gè)HLK-RM04連接。

由此可見(jiàn)，配置字符串的內容主要包括WiFi熱點(diǎn)的 用戶(hù)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，這樣可以避免出現重 復IP的情況，更加靈活方便。因為手機WFi建立的無(wú)線(xiàn) 網(wǎng)段是192. 168. 137. 0，所以手機的IP地址固定是192. 168. 137. 1，HLK-RM04作為客戶(hù)端只要固定設置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)監模塊與電子秤通信

質(zhì)監模塊通過(guò)電子秤提供的RS232接口與電子秤進(jìn) 行通信，質(zhì)監模塊發(fā)送請求，電子秤將標簽信息發(fā)送給質(zhì) 監模塊，標簽信息是在電子秤中預先設置好的一系列數 據，比如重量、價(jià)格、商家名稱(chēng)、電子秤號、條形碼等。電子 秤在稱(chēng)重完成后，會(huì )打印出本次稱(chēng)重的標簽信息，所以質(zhì) 監模塊可以通過(guò)獲取電子秤的標簽信息來(lái)提取質(zhì)監所需 的有效數據。

3.1.4質(zhì)監模塊與手機通信

通信雙方，無(wú)線(xiàn)模塊采用被動(dòng)應答的方式，被動(dòng)接收 手機發(fā)送的指令，并對指令解析、回復，而手機采用主動(dòng)發(fā) 送指令的方式。手機發(fā)送的指令格式如下：

其中IP地址部分采用4字節，指令采用單字節，參數 個(gè)數單字節，每個(gè)參數占用4字節。指令共包括開(kāi)始、心 跳包、獲取電子秤信息、獲取重量、結束、保留信息這6種， 因為采用了 TCP可靠傳輸方式，所以不需要校驗。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，手機每隔一段時(shí)間會(huì )發(fā)送一個(gè)心跳 包給質(zhì)監模塊，使質(zhì)監模塊知道手機是否正在進(jìn)行質(zhì)檢，如果指定時(shí)間沒(méi)有收到心跳包，無(wú)線(xiàn)模塊默認質(zhì)檢已經(jīng)結束， 就會(huì )回到主程序開(kāi)始處重新執行，等待新一輪的質(zhì)檢。

03指令是獲取電子秤的商店編號和電子秤號，這個(gè) 可以用來(lái)準確定位每一臺電子秤，因為自動(dòng)化質(zhì)監系統支 持同時(shí)質(zhì)監多臺電子秤，所以要能夠準確方便的定位每一 臺連接到熱點(diǎn)的電子秤。

本文中米用商店編號+電子秤編號的方式來(lái)定位電 子秤，每個(gè)商店都有唯一的編號，并商店中的電子秤都有 —個(gè)編號，將商店編號和電子秤編號做成—個(gè)標簽，貼在 電子秤上，并且事先對電子秤設置好商店號和電子秤號， 以供質(zhì)監模塊獲取，如圖6所示。

多個(gè)電子秤質(zhì)監模塊連接到手機時(shí)，手機端可以看到 當前所有連接至手機WFi網(wǎng)絡(luò )的電子秤列表，并且顯示 出每臺電子秤的商店編號+電子秤編號，與電子秤上的便 簽對應，便可方便準確地定位每一個(gè)電子秤列表項所對應 的電子秤。

該電子秤列表會(huì )顯示在手機上，供質(zhì)監員選擇，比如 質(zhì)監員選擇了列表項1(00000012 + 01)，該項對應編號為

00000012的商店中1號電子秤，放置 個(gè)標準砝碼在該電子秤上，點(diǎn)擊開(kāi)始質(zhì)監，手機會(huì )發(fā)送命令給該電子秤，電 子秤嵌入的質(zhì)監模塊會(huì )讀出當前的數據，并通過(guò)Wii發(fā) 送至手機，記錄于文件中并顯示給質(zhì)監員，表示本次質(zhì)監 完成。當然質(zhì)監員可以對列表中所有電子秤都放上砝碼， 同時(shí)測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 復雜或者協(xié)議設計前沒(méi)有考慮到的數據，是對前5條指令 的擴展，它的格式是IP地址+指令+數據長(cháng)度+數據，對 于該條指令而言，傳輸的數據是沒(méi)有固定格式的，換而言 之該指令可以傳輸任何需要的數據，而手機接收了之后可 以將數據作進(jìn)一步解析。

3.2手機端及后續處理程序

質(zhì)監時(shí)，質(zhì)監員在對應的電子秤上放置標準砝碼，用 手機接收電子秤質(zhì)監模塊發(fā)送的數據，并將數據以固定的 格式存放于文件中，可以根據需要多測幾次，至此，現場(chǎng)的 質(zhì)監工作完成。

回到質(zhì)監局，將手機連接到質(zhì)監局的無(wú)線(xiàn)路由器上， 將數據文件發(fā)送至電腦端，并對各個(gè)質(zhì)監員提供的數據文 件進(jìn)行匯總，集中處理，并將最終結果存放于數據庫中，同 時(shí)將匯總后的質(zhì)監數據備份保存。

4.結語(yǔ)

本文設計的自動(dòng)化質(zhì)監系統能夠方便高效地協(xié)助質(zhì) 監人員完成任務(wù)，只需要對現在使用的電子秤作改裝，嵌 入一個(gè)質(zhì)監模塊，任何一款支持W i R熱點(diǎn)的安卓手機都 可以充當質(zhì)監工具。

手機集質(zhì)監無(wú)線(xiàn)網(wǎng)的AP和數據采集終端兩大功能 于一身，充分發(fā)揮了智能手機的能力，實(shí)現了質(zhì)監系統最 簡(jiǎn)化，大大降低了硬件的復雜度，把大部分工作量轉移到 軟件方面，能夠降低成本，更符合實(shí)際。