毕业设计(论文)基于WIFI Soc的无线通信模块系统程序设计.doc
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1、南 京 工 程 学 院毕业设计说明书(论文)作 者: 学 号: 系 部: 通信工程学院 专 业: 通信工程 题 目: 基于WIFI Soc的无线通信模块 系统程序设计 指导教师: 评阅者: 2010 年 6月 南 京 System Programming for WIFI Soc Wireless CommunicationModelA Dissertation Submitted toNanjing Institute of TechnologyFor the Academic Degree of Bachelor of ScienceByDongliang Ni Supervised by
2、Engineer Junsheng YueCollege of Communication EngineeringNanjing Institute of Technology 摘要在无线网络的高速发展中,802.11标准已经成为了全球无线网络发展的主流方向之一,与此同时,在当前数字信息技术和网络技术高速发展的后PC时代,嵌入式系统己经深入到生活和工作的方方面面,嵌入式应用拉近人与计算机的距离,形成一个人机和谐的工作与生活环境,并将发挥更大的作用。现在的物联网用途广泛,编辑多个领域,本文的设计可以看作是物联网的一个小分支。本文正是结合WIFI网络和嵌入式ARM系统的优势和特点,通过对WIFI网
3、络IEEE 802.11协议规范和嵌入式arm uCOS-II系统深入分析和理解,将两者结合,设计基于WIFI soc的无线通信模块系统。文中给出了系统原理图和程序代码,对系统的实现做了阐述,详细介绍了HLK-WIFI-RS232M01无线模块的WIFI接入和 TinyM0Cortex-M0的复位、初始化、发送和接收的子程序,以及802.11协议栈的部分实现,并给出了验证结果。关键词:物联网;WIFI Soc RS232M01;802.11协议;ARM TinyM0Cortex-M0AbstractRapid development in wireless networks, the 802.
4、11 standard has become the mainstream of global wireless networks one direction, at the same time, in the current digital information technology and network technology, the rapid development of post-PC era, embedded systems have been deep into the life and work all aspects of embedded applications t
5、o narrow the distance between people and computers to form a man-machine harmonious working and living environment, and will play a greater role. The Internet of Things is now widely used, edit many areas, this design can be seen as a small branch network objects.This is the combination of WIFI netw
6、orks and embedded ARM systems and characteristics of something, through the IEEE 802.11 protocol standard WIFI network and embedded arm uCOS-II system, in-depth analysis and understanding, the two combine, design is based on wireless communication module WIFI soc system.In this paper, the system sch
7、ematic and program code, implementation of the system has been discussed, details of the HLK-WIFI-RS232M01 wireless module WIFI access and TinyM0-Cortex-M0 reset, initialize, send and receive subroutine, and some 802.11 protocol stack implementation, and gives the validation results.Key word:Interne
8、t of things ;WIFI Soc RS232M01;ARM TinyM0Cortex-M0; 802.11 Protocols目录第一章 绪论11.1 引言11.2 现状和发展方向21.3 研究方向5第二章 系统总体设计62.1 系统设计方案62.1 硬件平台概述72.1.1 Tiny M0概述72.1.2 串口WIFIHLK-WIFI-RS232M0概述92.2 硬件连接电路10第三章 软件设计与实现133.1 系统结构133.2 软件总体设计163.2 初始化程序设计173.2.1 目标板初始化173.2.2 引脚初始化193.2.3 串口初始化213.3 UART数据收发程序设
9、计233.3.1 UART 数据发送程序233.3.2 UART 数据接收程序243.4 WIFI模块程序设计263.4.1 发送数据到WIFI模块263.4.2 扫描网络283.4.3 加入网络293.4.4 断开网络303.4.5 TCP连接313.4.6 复位323.4.7 参数配置333.4.8 WIFI数据帧处理37第四章 系统测试394.1 测试平台介绍394.1.1 TKStudio集成开发环境394.1.2 TKScope CK100仿真器404.1.3 K-Flash的使用414.1.4 串口调试助手434.2 系统硬件连接444.3 系统软件测试454.3.1 编译工具设置
10、454.3.2 仿真器设置474.3.3 软件编译链接514.3.4 软件调试524.3.5 网络测试56第五章 总结与展望58致谢60参考文献:61附录TinyM0电路原理图62第一章 绪论1.1 引言物联网的概念是在1999年提出的。当时基于互联网、RFID技术、EPC标准,在计算机互联网的基础上,利用射频识别技术、无线数据通信技术等,构造了一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网“Internet of things”(简称物联网),这也是在2003年掀起第一轮华夏物联网热潮的基础。2009年1月28日,奥巴马就任美国总统后,与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”,作为仅有的两名代表之一
11、,IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”这一概念,建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。而今天,“智慧的地球”战略被不少美国人认为与当年的“信息高速公路”有许多相似之处,同样被他们认为是振兴经济、确立竞争优势的关键战略。该战略能否掀起如当年互联网革命一样的科技和经济浪潮,不仅为美国关注,更为世界所关注。可以说,物联网描绘的是充满智能化的世界。在物联网的世界里,物物相连、天罗地网。物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中,具体地说,就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中,然后将“物联网”与现有的互联网整合起来,实现人类社会与物理系
12、统的整合,在这个整合的网络当中,存在能力超级强大的中心计算机群,能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制,在此基础上,人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活,达到“智慧”状态,提高资源利用率和生产力水平,改善人与自然间的关系。当Wi-Fi /IEEE 802.11b/g 的无线网络信号,像一片“无线云彩”一样覆盖我们的每一个城市上空和覆盖我们每一个家庭,每一个商业楼宇的时候,一个全新的景象,向我们展示了下列的图画: 千家万户家庭中的各种电表,水表,煤气表内的无线单片机,通过Wi-Fi无线网络,以很低功耗,和供电公司等能源通过者保持着网络实时联系,家庭内的数字显示系
13、统,会通知你,何时能源价格最低,你可以使用低价格能源付费,同时如果你的能源设备出现问题,能源公司也会第一时间抢修。 缴费和抄表,更是全自动中完成. 都市林立的商业大楼内部,数以万计的工作无线传感器,包括安防,温度,湿度,烟雾报警等等,全部采用已经具有的WI-FI网络进行自动无线连接,中心控制系统,根据这些无线传感器的大量的信息,调节空调系统,监控大楼安全,是商业大厦更安全,更节能. 巨大的物流仓库,大型货车,铲车来来往往, 每件货物上都安装了具有定位功能的WI-FI无线单片机芯片,通过仓库内已经布设的802.11无线网络,每件货物都可以精确的定位,也可以容易获得货物的详细信息 听起来好像不可能
14、,但这正是已经广泛普及的802.11标准自组织无线网络和Wi-Fi无线单片机带给你的,今天就可以在你手中实现的实实在在的现实场境。 面对这样的场境,我们会感慨万千,这不正是电子工程师们多年来的“将一切用无线连接起来的”的梦想吗?当一片片“无线云彩”密布我们城市上空时,当我们熟悉的ARM单片机,装上Wi-Fi的智慧的时候, 我们的梦想正在加速变成现实 802.11标准和WI-FI技术和ARM 32位无线单片机的结合,给单片机技术的发展,带来了一场全新的革命,由此而产生的巨大市场和广泛的应用,是我们每个电子工程师都应该关注的。1.2 现状和发展方向2009年10月24日,在中国第四届中国民营科技企
15、业博览会上,西安优势微电子公司宣布:中国的第一颗物联网的中国芯“唐芯一号”芯片研制成功,中国已经攻克了物联网的核心技术。唐芯一号芯片是一颗2.4G超低功耗射频可编程片上系统PSoC,可以满足各种条件下无线传感网、无线个域网、有源RFID等物联网应用的特殊需要,为我国的物联网产业的发展奠定了基础。物联网的发展,也是以移动技术为代表的普适计算和泛在网络发展的结果,带动的不仅仅是技术进步,而是通过应用创新进一步带动经济社会形态、创新形态的变革,塑造了知识社会的流体特性,推动面向知识社会的下一代创新(创新2.0)形态的形成。移动及无线技术、物联网的发展,使得创新更加关注用户体验,用户体验成为下一代创新
16、的核心。开放创新、共同创新、大众创新、用户创新成为知识社会环境下的创新新特征,技术更加展现其以人为本的一面,以人为本的创新随着物联网技术的发展成为现实。 作为物联网的积极推动者的欧盟则梦想建立“未来物联网”。欧盟信息社会和媒体司2009年5月公布的未来互联网2020:一个业界专家组的愿景报告指出,欧洲正面临经济衰退、全球竞争、气候变化、人口老龄化等诸多方面的挑战,未来互联网不会是万能灵药,但我们坚信,未来互联网将会是这些方面以及其他方面解决方案的一部分甚至是主要部分。报告谈及的未来物联网的四个特征:未来互联网基础设施将需要不同的架构,依靠物联网的新Web服务经济将会融合数字和物理世界从而带来产
17、生价值的新途径,未来互联网将会包括物品,技术空间和监管空间将会分离。涉及物联网的就有两项。作者认为,当务之急是:摆脱现有技术的束缚,价值化频谱,信任和安全至关重要,用户驱动创新带来社会变化,鼓励新的商业模式。然而目前的物联网依旧存在着问题1、国家安全问题中国大型企业、政府机构,如果与国外机构,进行项目合作,如何确保企业商业机密、国家机密不被泄漏?这不仅是一个技术问题,而且还涉及到国家安全问题,必须引起高度重视。 2、隐私问题 在物联网中,射频识别技术是一个很重要的技术。在射频识别系统中,标签有可能预先被嵌入任何物品中,比如人们的日常生活物品中,但由于该物品(比如衣物)的拥有者,不一定能够觉察该
18、物品预先已嵌入有电子标签以及自身可能不受控制地被扫描、定位和追踪,这势必会使个人的隐私问题受到侵犯。3、商业模式 物联网商用模式有待完善。4、物联网的政策和法规。物联网不是一个小产品,也不是只是一个小企业可以做出来,做起来,它不仅需要技术,它更是牵涉到各个行业,各个产业,需要多种力量的整合。这就需要国家的产业政策和立法上要走在前面,要制定出适合这个行业发展的政策和法规,保证行业的正常发展。5、技术标准的统一与协调。我们都知道互联网发展到今天,有一件事是解决的非常好,就是标准化问题解决的非常好,全球进行传输的协议TCP/IP协议,路由器协议,终端的构架与操作系统,这些都解决的非常好,因此,我们可
19、以在全世界任何一个角落,使用每一台电脑连接到互联网中去,可以很方便的上网。物联网发展过程中,传感、传输、应用各个层面会有大量的技术出现,可能会采用不同的技术方案。如果各行其是,那结果是灾难的,大量的小而破的专用网,相互无法连通,不能进行联网,不能形成规模经济,不能形成整合的商业模式,也不能降低研发成本。因此,尽快统一技术标准,形成一个管理机制,这是物联网马上就要面对问题,开始时,这个问题解决得好,以后就很容易,开始解决不好,积重难返,那么以后问题就很难解决。这个问题和第一问题又是相关联,如果政府没有专门的部门来管理和协调,没有相应的政策和法规,何来标准的统一与协调? 6、管理平台的形成。物联网
20、是什么?我们经常会说RFID,这只是感知,其实感知的技术已经有,虽然未必说成熟,但是开发起来并不难。但是物联网的价值在什么地方?在于网,而不在于物。7、应用的开发。物联网的价值不是一个可传感的网络,而是必须各个行业参与进来进行应用,不同行业,会有不同的应用,也会有各自不同的要求,这些必须根据行业的特点,进行深入的研究和有价值的开发。Wi-Fi(wlan 无线局域网)作为当今无线领域最为热门的一个技术, 已经应用到各行各业中。它使用TCP 标准通讯,技术成熟可靠,传输速率快,各种配套的网络设备十分丰富,使用者接受程度最高, 全球免费使用,是区域无线通讯的首选方案。目前,国内外对WIFI无线局域网
21、的研究主要集中在以下几个方面:(1)无线局域网标准的制定:现在的无线局域网标准比较多,共有12个标准(8021l、80211aj和8021In),局面比较混乱,迄今还没有一个统一的标准,一定程度上阻碍了无线局域网的发展。(2)无线局域网服务质量QoS的提高:由于无线局域网带宽和速率的限制和有线网络相比,要想在无线网络上畅快淋漓地运行语音和视频这类对带宽有着巨大胃口的应用,就必须为无线网络引入QoS服务保障机制。通过对WLAN的MAC层协议提出改进,以支持多媒体传输,支持所有WLAN无线广播接口的服务质量QOS保证机制。(3)无线局域网安全的研究:由于无线局域网采用电磁波作为载体,在空气中传输数
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