采用USB OTG實現(xiàn)手機和無線FM監(jiān)測模塊的通信

何曉東 徐樹良

摘要：現(xiàn)有一個無線調(diào)頻信號監(jiān)測功能模塊，用于測量FM信號的場強。本文設計一個方案，手機通過USB線連接該模塊，編寫手機APP實現(xiàn)通過手機對該模塊的進行參數(shù)設置、讀取場強等測量數(shù)據(jù)等功能。

關鍵詞：USB通信;USB OTG

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）22-0052-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

無線調(diào)頻信號監(jiān)測模塊（以下簡稱監(jiān)測模塊）屬于無線FM信號監(jiān)測系統(tǒng)的前端采集部分，無線FM信號監(jiān)測系統(tǒng)目的是把室外實時監(jiān)測的FM信號數(shù)據(jù)通過無線公網(wǎng)發(fā)送到遠端的數(shù)據(jù)庫保存。設計使用手機USB接口通過USB線連接監(jiān)測模塊，通過開發(fā)手機APP用于設置監(jiān)測模塊的監(jiān)測頻率等工作參數(shù)、啟動/停止監(jiān)測功能、接收監(jiān)測數(shù)據(jù)并顯示同時發(fā)送到遠程數(shù)據(jù)庫。

1 USB OTG簡介

USB（通用串行總線）是一個串行通信標準，廣泛用于手機、PC等設備。具有傳輸速度快、熱插拔等特點。一個日常的例子：手機通過USB線連接PC機，把手機拍攝的照片等文件傳輸?shù)絇C機保存。USB接口有5根線，分別是電源正、電源負、數(shù)據(jù)正、數(shù)據(jù)負、模式。USB通信模式分為USB HOST和USBOTG。

Host模式（主機模式），指在USB通信中PC為USB主機，其他的通信方為USB設備。USB主機控制數(shù)據(jù)的傳輸，USB設備只能同USB主機進行通信。例如：手機同PC的連接，PC是USB主機，手機是USB設備，由主機（PC）控制兩者間的通信。

OTG模式（無主機模式），指在USB通信中沒有USB主機（PC），通過模式線設置將其中的某設備設置為主設備，由主設備管理通信，從而解決沒有主機（PC）的情況下USB設備間的通信問題。例如：手機通過USB接口連接U盤。

在OTG模式中，若模式線懸空，則該設備被設置為USB設備。若模式線接地時，該設備被設置為主設備。手機USB接口具備OTG功能，只是通常的USB連接線只用4根線，手機端模式線未接（手機端USB接口芯片模式腳懸空），手機被設置為從設備，當用這種只有4根線USB連接線連接手機和PC機時，PC為主設備。

本方案采用USG OTC線（5線USB連接線），將其中的模式線接地（使手機端USB接口芯片模式腳接地），就能設定手機為主設備，同時監(jiān)測模塊設置為從設備，開發(fā)手機APP來使手機同監(jiān)測模塊間的進行通信，發(fā)送命令給監(jiān)測模塊和接收監(jiān)測模塊發(fā)送的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

2 監(jiān)測模塊用單片機

監(jiān)測模塊的主控器采用具有USB OTG功能的單片機，型號是STM32F107RC，屬于ST公司ARM32位CORTEX-M3芯片，集成USB2.0 0TG接口，主頻74兆，RAM 64K，F(xiàn)LASH 256K.其中PA12、PA13分別是USB_OTG_FS_DP和USB_OTG_FS_DM腳，需軟件配置為USB DEVICE模式。

3 監(jiān)測模塊USB通信相關程序設計

主要是編寫USBD_CustomHID_fops_FS中相關函數(shù)實現(xiàn)，主要是USTOM_HID_Recv_FS和USBD_CUSTOM—HID_SendRe-port_FS函數(shù)，分別是USB消息接收函數(shù)和發(fā)送函數(shù)。

3.1 接收函數(shù)

該函數(shù)為接收手機通過USB發(fā)送的信息，函數(shù)框架為：

static int8_t CUSTOM_HID_Recv_FS（uint8_t*Buf， uint32_t*Len）

{

//端點2接收中斷清零

EP2_INT_Comein=0;

//復制接收的信息到用戶定義的存儲區(qū)（在主程序中處理接收的信息）

CopyStr（Buf，Rx_ORDER_Buffer，*Len）;

//修改接收標識為1，表示接收到主機信息

order_stat=l;

//返回結(jié)果

return （USBD_OK）;

）

3.2 發(fā)送函數(shù)

該函數(shù)實現(xiàn)通過USB向手機發(fā)送信息

static int8_t USBD_CUSTOM_HID_SendReport_FS（uint8_t*report， uint16_t len，uint8_t ep_addr）

{

//直接調(diào)用底層函數(shù)發(fā)送

return USBD_CUSTOM___ HID—SendReport（&hUsbDeviceFS，report， len，ep_addr）;

}

3.3 主程序結(jié)構(gòu)

主程序循環(huán)調(diào)用dispatch函數(shù)，在dispatch函數(shù)中檢查信息接收標識，處理手機發(fā)送的命令，并把結(jié)果發(fā)送回手機。Dis-patch函數(shù)框架如下：

void Dispatch（void）

{//

ifTorder_staty/usbin節(jié)點收到信號標識

{

order_stat= 0;//清除接收標識

USB_HandOrder20;//處理接收到的命令（略）

）

if（UpdateMonitory/是否需要新的監(jiān)測數(shù)據(jù)

{

UpdateMonitor=0;

uint16_t length=2;//準備數(shù)據(jù)

UsbUpLoardDataBuffer[0]_ （uint8_t） （hostcommand. comman-did）;//命令ID

UsbUpLoardDataBuffer[l] =seqtag++;length+=ConvertToBytes（hostcommand. freql， &（UsbUpLoardDataBuffer[2]）;，/填充監(jiān)測頻率

length+=FiIIES（&（UsbUpLoardDataBuffer[6]》;//填充監(jiān)測的信號場強

length+=FiIISN （&（UsbUpLoardD ataBuffer[7]）;//填充監(jiān)測的信號SN

length=8;//設置數(shù)據(jù)長度

//發(fā)送數(shù)據(jù)到主設備USBD_CustomHID_fops_FS. SentData（UsbUpLoardDataBuffer，length，CUSTOM_HID_EPIN I_ADDR）;

】

）

4 手機USB通信相關程序設計

接收監(jiān)測模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)線程框架：

class usbRecvMessagThreadextends Thread{

UsbEndpointepln;

UsbDeviceConnectionusbconnection;private Handler messagHandler;//

public usbRecvMessagThread（UsbDeviceConnection connec-tion， UsbEndpointepln， Handler msgHandler）{

this.connection= connection;this.epln= epln;

this.messagHandler= msgHandler;

）

public void run0{

byte[] RecvBuffer= new byte[64];，/創(chuàng)建緩沖區(qū)，

intlength= RecvBuff'er.length;

inttimeout= 6000;

while （！Thread.interrupted0）{

intrecvcount = connection. bulkTransfer（epln， RecvBuffer，length， timeout）;//接收數(shù)據(jù)

if （recvcount<0）{//沒有接收到數(shù)據(jù)，則繼續(xù)循環(huán)

continue;

）

Message message= new Message0;//創(chuàng)建新消息

message.what= Ox2678;

message.obj= RecvBuffer;

messageHandler. sendMessage（message）;//發(fā)送接收的消息（在主程序處理）

）

】

）

5 結(jié)束語

通過對STM32F107數(shù)據(jù)手冊的研讀和參考相關USB OTG的資料和例程，結(jié)合監(jiān)測需求，實現(xiàn)了手機同監(jiān)測模塊的通信，經(jīng)測試，達到了預期的功能。

參考文獻：

[1]周立功.等.USB2.0與OTG規(guī)范及開發(fā)指南[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004.

[2]王翠萍.Android Studio應用開發(fā)實戰(zhàn)詳解[M].北京：人民郵電出版社。2017.

【通聯(lián)編輯：聞翔軍】

基金項目：安徽省教育廳自然科學重點項目“無線廣播信號覆蓋監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)”（編號KJ2016A113）

作者簡介：何曉東（1968-），男，安徽長豐人，副教授，研究方向為計算機應用技術;徐樹良（1986-），男，安徽休寧人，工程碩士，研究方向為計算機應用技術。