0 引言
随着高新技术的日益发展，嵌入式技术是目前发展最快的信息技术之一，其对制造业的发展和传统产业的技术提升起到了很重要的作用[1]。
当今嵌入式系统中少不了对TTL串口数据的处理与传输，甚至在嵌入式系统开发阶段也少不了利用TTL串口数据对整个系统进行调试与维护，在当前大环境下，一种有效且便捷的数据传输方式显得尤为重要。若能将TTL串口数据直
接无线传输到接收方，那么，对于开发过程来说，调试中就可以省去杂乱的连线过程，让开发与调试变得方便；对于嵌入式产品成型后的TTL数据传输来说，本设计可提供一种使用简单、小巧便携、传输稳定的无线TTL传输器。
1 传输系统总体架构设计方案
本传输器形成的传输系统总体架构图如图1所示。本传输器的传输方式为一对一或多对一组网透传，需建立1个网络中心节点（即SoftAP）和一个或多个与其相关的无线终端（即
Station）。本设计中SoftAP与Station都采用ESP8266-12F搭建。在传输时，需将某一个系统作为主控系统且为其配备的WiFi传输器工作在SoftAP模式下，其他需与该AP组网通信的一个或多个系统作为子系统，配备的WiFi传输器工作在Station模式下，所有子系统可以同时连接该主系统的AP。
如此，当某子系统需要将TTL数据无线传输到主系统时，只需要将数据直接以TTL的方式透传给与其配备的Station传输器，该传
图1 传输系统总体架构图输器将TTL信号转换为无线
35设计与研发图2 单个传输器的硬件实现总体架构图WiFi数据发送到与其连接的SoftAP传输器，SoftAP传输器再将WiFi信号转换为TTL信号直接透传给主系统。同样，当主系统需要将TTL数据下发至与其相连的子系统时，主系统将TTL数据透传给与其相连的SoftAP传输器，该传输器将TTL数据转换为无线WiFi信号，以广播的方式发送到空间中，与该SoftAP相连的Station都会同时接收到该WiFi数据，各Station将WiFi数据转换为TTL数据透传给各子系统，子系统自行判断该数据是否为有效数据。2 传输器硬件设计方案本传输系统中单个传输器的硬件实现总体架构图如图2所示。SoftAP模式传输器与Station模式传输器的硬件电路完全一样，区别在于下文会提到的软件部分。硬件部分主要由开关电源供电部分、ESP8266-12F无线WiFi发送部分、FT232串口数据转换部分共3个主要部分组成。2.1 开关电源供电部分开关电源相对于线性电源来说,显著的优点就是效率高、体积小、重量轻[2]。
考虑到ESP8266-12F无线WiFi模块的供电为DC3.3V，且在信号不佳的情况下发送信号时有可能会产生峰值达1.5A的电流，本设计选用杰华特微电子公司的开关电源芯片JW5033。JW5033的续流能力可达2A，且封装仅为TSOT23-6大小，可以说是为本设计量身定做。
电路电压输入范围为4.7V-18V，使用一个绿色LED来作为电源指示灯；电路电压输出为+3.3V，经示波器测试显示，该电路输出电压纹波稳定在50mV以内，是一个非常稳定的电源供给。
2.2 ESP8266-12F无线WiFi发送部分
ESP8266模块内置32位CPU,能够独立运行,也可以作为从机搭载于其他主机MCU运行,可以广泛应用于智能家居、工业无线控制、无线传感器等领域[4]。
ESP8266-12F模块内部高度集成，包括天线、电源管理、晶振电路等，其外围电路非常简单，模块本身尺寸非常小巧，在设计产品时可以将PCB的占用面积降到最小。为了尽量减少元器件的使用从而减少PCB面积的占用，达到设计小巧的目的。
2.3 FT232串口数据转换部分
当传输对象有PC机时，需要将本传输器插接到PC机上，
362019.10USB接口具有传输速度快、占用资源少及真正的即插即用等优点。基于FT232芯片的USB产品开发不需要开发者考虑USB的标准、固件编程及驱动程序的编写,能够使研发人员在最短和周期内开发出相应的USB产品[3]。本设计选用FT232芯片作为USB和串行I/O口之间协议转换的主芯片。PC机接收外部信号的过程为：ESP8266-12F无线WiFi模块接收到已经配对好的目标传输器的WiFi信号，ESP8266-12F将该WiFi信号转换为TTL串口信号，FT232将该TTL信号转为USB信号，通过USB接口传输给PC机；同理，PC机向外发送信号的过程与之相反。实现以上功能的具体电路使用官方手册推荐电路。当接收外部数据时蓝色指示灯闪烁，当向外部发送数据时绿色指示灯闪烁，当接收与发送同时进行时，两灯同时闪烁。3 传输器软件设计方案本设计中的软件设计主要针对ESP8266-12F。软件中采用UDP的方式来透传数据。该传输系统存在SoftAP与Station两种工作模式的传输器，所以在进行软件设计时需要包含两个部分：SoftAP传输部分、Station传输部分。本设计的SoftAP部分的程序设计中，需在初始化函数中添加UART串口初始化、SoftAP初始化、UDP初始化等一系列系统初始化函数来初始化模块。同时启用UART接收回调函数，当UART收到非命令协议的数据时，经进入UART接收回调函数中调用UDP发送，将数据通过UDP透传出去；当UART接收到本设计定义的命令协议时，按照不同的命令执行相应操作，不将命令透传（命令功能包括：修改AP的SSID以及密码、修改Station链接目标的SSID以及密码、查询链接状态、修改UART波特率等）；同样，在UDP配置时需启用UDP接收回调函数，当收到UDP消息时进入UDP接收回调函数中调用UART发送，将数据通过UART透传到TTL接口。
Station部分与SoftAP部分在程序设计上不同的是在初始化时将模块设定为Station模式。
4 传输器实物测试
本设计实物PCB设计为U盘大小，长7.2cm、宽2.2cm。本次测试采用相距10米且隔一道墙的两个房间中的两台PC机相互通信的方式。当通过自定命令将AP的SSID以及密码配置好，将Station的目标AP设置为该SSID并给予其链接密码，使该Station传输器与该SoftAP传输器连接。之后通过串口助手发送任何非命令协议的数据，在另一端的PC机串口助手上丝毫不差的把数据显示了出来，表示数据透传成功，且达到一般WiFi的传输距离与穿墙能力。
5 结束语
本文设计与实现的针对TTL串口数据以无线WiFi的方式透传的传输器，能够直接将嵌入式系统的TTL串口数据转换为无线WiFi信号并以一对一或一对多的广播方式传输到接收方。若接收方为PC机，本传输器还设有USB转TTL接口，
（下转第7页）
2019.10设计与研发块主要用于给驱动电路和控制电路隔离供电，系统实物模型如图6所示。器检测隧道内通风情况，从而智能控制隧道风机工作，达到降低能耗目的。2 实验2.1 系统能量平衡控制策略整个系统的能量流动关系如图5所示，其中Psource为发电Pinv为逆变器输单元的功率总和（含风光互补发电和储能）；Pdc为保持直流母线稳定所需要的功率和直流负出的功率；3 结论本设计主要应用于公路隧道节能方面，另外在山区高架桥也可采用同样思路，构造光伏发电系统，达到节能降耗目的。根据《国家高速公路网规划》，未来高速公路建设的70%将在西部和中西部地区，而在山区高速公路建设中，隧道所占比例很大。这些地区经济相对落后，建成后的高速公路短期内交通量小，若使用原始的隧道照明控制系统，势必造成严重的能源浪费。这种智能照明控制技术能在车流量较小时节省大量电能，适用于多数山区高速公路隧道。同时，太阳能和风能作为一种绿色能源，越来越受到人们的重视，并逐渐被广泛运用于日常生活中。这种“自给自足”的供电方式既节约了电力资源和隧道运营成本，也保证了隧道车辆的正常通行不受天气等因素影响，同时也越来越广泛的应用于交通运输、建筑行业和居民生活等，具有重要的实用价值。图5 系统能量分配示意图Ppv为光伏电池组输出功率；Pwp为风力发载消耗功率之和；Psto为储能装置的功率；Pbat为锂电池输出电机组输出功率；Psc为超级电容输出功率。功率，各单元之间功率满足以下关系式： Psource=Pinv+Pdc Psto=Psource−Ppv−Pwp 1 τs+1 Psc=Psto−Pbat Pbat=Psto
（1）（2）（3）（4）
参考文献[1]刘亚军,史玲娜,涂耘,安文娟.从CIE88—2004看《公路隧道照明设计细则》的先进性[J].公路交通技术,2016,(06):154-158.[2]王少飞，涂耘.我国公路隧道照明技术的发展与创新[J].
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2.2 系统食物模型
图6 系统食物模型图
硬件电路主要包括双向DC/DC模块、直流稳压模块、逆变模块、滤波模块、红外检测器（检测车辆）、电源模块、STM32控制模块等构成。双向DC/DC恒流充放电采用PI控制，其驱动芯片选用IR2110；核心控制模块采用STM公司的STM32F103芯片，主要用于根据红外检测器的信号调节降压变换器的占空比，进而调节降压变换器的输出电压；电源模
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可将传输器直插到PC机的USB接口接收数据。相比现有的串口数据无线传输器，本设计具有使用简单、小巧便携、传输稳定等优点。
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参考文献
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