STC12C5A60S2单片机在创新实践教学中的应用

雷钢 陈俊民 马志豪

摘 要：阐述了单片机在大学生创新实践教学中的应用，采用STC12C5A60S2单片机为核心，以USB串口供电模块、USB串口下载模块、手机智能控制终端模块、USR-WI-FI232-A2模块、蜂鸣器模块等进行一键寻物系统搭建，实现了上位机与终端设备的数据传输、处理和终端指令的执行的全过程，完成了寻物互联。

关键词：寻物系统;STC12C5A60S2单片机;创新实践

在日常生活中常常会遇到想要的东西却怎么也找不到的情况，尤其是老年人这种情况尤为常见，让人感到内心焦躁，也会带来一定的心理负担，从而影响正常生活，给自己和周围的人带来烦恼。随着科学技术的不断更新与进步，在国家大力提倡大学生创新创业的大背景下，一键直达寻物系统项目应运而生，获得了校创新创业项目立项。它优势在于采用了更先进的Wi-Fi技术取代现有的蓝牙技术，进行寻物系统开发，更快速、更普及、更便捷，只要有Wi-Fi就可以随时定位物品，真正的实现寻物联网。而且装置小巧，基本不会改变物品原来的大小，实用性更强，成本也低。

本设计了具有设计简单、使用方便、成本低廉、体积小巧等特点，具有一定的实用性、商业性和技术性。系统以Android为上位机平台，STC12C5A60S2单片机作为下位机，构建快速寻物系统，对在Wi-Fi模块和手机应用程序之间传输数据进行设计和实现，通过安卓端软件与Wi-Fi硬件之间的无线通讯、Wi-Fi模块与单片机之间的有线通信，构建一个寻物系统。其工作流程图如图1所示。

1 硬件设计

一键寻物系统采用STC12C5A60S2单片机为核心，以USB串口供电模块、USB串口下载模块、手机智能控制终端模块、USR-WI-FI232-A2模块、蜂鸣器模块等进行系统搭建。开发安卓端应用程序，通过WI-FI将数据传递给Wi-Fi模块，USR-WI-FI232-A2模块将讯息发给智能单片机，进而将命令通过相应的接口模块发出，以驱动相应的终端设备，实现对单片机蜂鸣器的控制。在寻找物品时，物品上的蜂鸣器震动，引起寻找者的注意，从而快速的将物品找到。其核心硬件电路如图2所示。

1.1 STC12C5A60S2单片机系统

STC12C5A60S2RC是由STC公司开发的一种高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，其编程指令代码能够与传统8051实现完全兼容，且运行速度提高了8-12倍，内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换，能够在强干扰场合正常工作。由STC12C5A60S2单片机构建的系统中，采用C语言完成程序编写，实现单片机与Wi-Fi模块的串口通信，实现通过Android手机实现单片机拉低拉高IO口电位驱动蜂鸣器报警。通过设计控制蜂鸣器的程序和Wi-Fi通信程序完成对下位机的程序设计。单片机上的固件程序主要是在Wi-Fi模块和手机进行Wi-Fi配对之后，建立了相应的通信通道，进行数据传输，Wi-Fi模块收到手机传来的数据之后，进行调制和解码，然后把字节码数据串口发给单片机，单片机收到对应的数据后，驱动蜂鸣器报警，进而实现寻物的功能。复位电路由电容E1、电阻R1、开关SW1与电源VDD构成，连接主芯片第9脚复位管脚如图2所示。单片机工作电路为时序电路，必须外接震荡电路使其工作，在时钟电路中，主频选用11.059MHz晶振X1与电容C1、C2并联而成，与主芯片第18、19脚相連，如图2所示。

单片机串口通信在传输少量的数据时，指令方面具有巨大的优势。STC12C5A60S2单片机串口的传输方式有四种。本系统通信模式采用串口通信方式1，方式10位数据的异步通信口，其中1位是起始位，8位数据位，一位停止位。

1.2 Wi-Fi模块

本系统采用USR-WI-FI232-A2模组进行Wi-Fi组网，通过简单设置即可实现串口与 WI-FI 之间数据的双向透传。其电路图如图2中wifi模块所示，是一款一体化的 802.11 b/g/n 的模组，通过该模组，传统的串口设备或 MCU 控制的设备可以很方便的接入 WI-FI 无线网络，从而实现物联网络控制与管理。

模块使用3.3v单电源供电，并支持 802.11b/g/n 无线标准和TCP/IP/UDP 网络协议栈，同时该模块最大传输距离为150M，功能十分强大。它可以提供十分灵活的组网方式和网络拓扑，AP即无线接入点，是一个无线网络的中心节点。通常使用的无线路由器就是一个 AP，其它无线终端可以通过 AP 相互连接。STA即无线站点，是一个无线网络的终端。

1.3 蜂鸣器

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，具有坚固的机械外表，对环境温度基本没有要求，对辐射不敏感，抗静电放电，强大的抗电磁干扰性，且价格低廉。其电路图如图2中蜂鸣器电路所示，由三极管Q1、发光管LED1、电阻R2、蜂鸣器B1与主单片机25脚相连。

2 软件设计

在打开手机寻物APP之后，初始化连接Wi-Fi后，输入配对信息，手机就能和寻物器进行自动配对，手机通过UDP连接就能向Wi-Fi模块发送指令，Wi-Fi模块收到指令后就能告诉52单片机驱动蜂鸣器相应了。其工作流程如图1所示。

在Android系统开发中，Android在调用Wi-Fi类去实现Wi-Fi通信的时候，必须在这个属性配置文件中获取相应的Wi-Fi权限。获取在运行配置文件中获取Wi-Fi权限的代码如下：

<！—在Android 6.0之后，使用蓝牙通信，必须打开定位权限 -->

取权限之后，还要在寻物器的应用程序中使用ContextCompat的子类checkSelfPermission类来检查应用程序是否从手机获取相应的权限，如果没有则需要使用ActivityCompat的子类requestPermissions来弹出请求系统弹窗，好让用户选择是否立即开启权限。如果只是在运行配置文件AndroidMainfest.xml中获取Wi-Fi权限，但是没有检查权限，应用程序就会出现秒退的问题。

管理Wi-Fi通信主要有三个类：Wi-FiManager类、Wi-FiInfo类、Wi-FiConfiguration类。其中Wi-FiManager类是Wi-Fi管理类，负责管理Wi-Fi的各种操作，比如断开、连接、搜索等;Wi-FiInfo类是获取当前正在连接的热点的信息比如：IP地址、MAC地址、网关等;Wi-FiConfiguration类是WI-FI网络的配置类，通过这个类可以查看Wi-Fi的网络配置。手机和制定设备建立Wi-Fi连接有四个步骤：初始化、打开关闭Wi-Fi、搜索显示列表、点击列表进行配对。

Wi-Fi初始化主要是获取Wi-FiManager类、Wi-FiInfo类的对象，并对类对象进行实例化，让类在activity里面更好的被调用。打开关闭Wi-Fi主要是通过调用Wi-FiManager类的setWi-FiEnabled（）方法来完成的，搜索周围的Wi-Fi设备和进行广播主要是使用Wi-FiManager类的startScan（）方法来完成的，而获取附近的Wi-Fi设备列表也是通过这个类的getScanResults（）方法完成的，而getScanResults（）方法会返回一个存储设备信息的对象，这个对象可以通过JAVA的基本方法ToString（）转换成字符串。也是使用Wi-FiManager类的reconnect（）方法与制定的ID的网络进行配对，建立通信通道。

在建立连接后，如果需要和Wi-Fi之间进行传输数据，必须使用socket网络编程，本设计使用的是与Wi-Fi模块之间建立UDP连接来进行数据的传输。主要使用了传输信息的DatagramPacket類和使用UDP协议的UDPSocket接口类。

3 结论

市面上大部分的寻物器都是基于蓝牙技术，而本系统创新性的使用Wi-Fi技术来开发寻物器系统，让寻物器反应更加快速、更加普及、同时也能使用路由接入寻物器，让寻物器联网成为现实。引导未来发展的方向，为下一步机器人化做铺垫。本系统还有以下几个方面需要改进：（1）丰富功能;目前只有蜂鸣器报警的功能，以后可以开发Wi-Fi联网寻物功能或者GPS地图寻物功能等。（2）支持更多的操作系统;目前，寻物器系统只开发了Android系统的APP，但是还是有很大一部分用户使用其他操作系统。（3）环境特殊性;蜂鸣器有一定的局限性，在某些情况下，比如黑天的情况下，被寻找物绽放出来光亮更方便于寻找，或者两者相互结合，效率会更高。（4）局限性;Wi-Fi还没有达到全部普及，没有Wi-Fi的地方将无法使用。通过本次创新实践，使得项目组成员对单片机应用有了一个更加深刻的认识，实现了学以致用的目的。

参考文献：

[1]刘昱旻，刘卫国.Android的架构与应用开发[J].科技传播，2011.

[2]李刚.疯狂Android 讲义（第二版）[M].北京电子工业出版社，2013.

[3]余建华，李有文.机械工程与自动化[J].自动化技术，2018（04）：173-175.

[4]罗紫阳，陈鹏.基于单片机控制的超声波测距系统设计与实现[J].数字通信世界，2019（06）：91.

[5]郭宏昌.基于Android手机的实时公交查询系统设计与实现[J].物联网技术，2015.

（项目来源：郑州工程技术学院 2019 年大学生创新创业训练计划 项目编号：201911068036，项目名称：一键直达寻物系统）

作者简介：雷钢（1979-），男，河南郑州人，硕士，副教授，主要研究方向：电子与通信工程。