基于蓝牙的无线数据检测装置设计毕业论文(编辑修改稿)

基于蓝牙的无线数据检测装置设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

物 理 总 线 驱 动 程 序物 理 总 线 固 件物 理 总 线硬 件 图 蓝牙 较低软件层概述 图 在进行数据传输时的 路径，可以看出 蓝牙 主机 通过主机控制器驱动程序来访问蓝牙模块里的主机控制器 ，运行 HCI以上的协议软件。 而由 蓝牙设备来完成 HCI以下的功能 ，二者之间 连接交互功能是 通过传输层 来实现的。 主机 的 HCI驱动程序 和 蓝牙硬件上 的 HCI固件 进行 数据和命令 交换 时，主机 只会 收到 基于 HCI事件的异步通知， 但是却 不管正在使用 的 控制传输层 是哪来的。 HCI事件 可以 在事件发生 的时候 立 即向 主机 发出通知信号 ，当主机 判断出有 事件发生 后，为了 确定 所 发生的事件 究竟 是哪个 ，就会 立即 处理和分析所 接收的事件分组。 当主机控制器 执行完大部分所接受的指令后 ，它就 会立即 向主机发送 一个 事件 指令，向主机报告它已经执行完指令。 蓝牙的 HCI技术以“ 指令 — 应答”为传输机制 , HCI 在 传输数据、命令和事8 件 时，都是先对它们进行分组 ,然后再传输。 按照 HCI分组 所涉及类别，可以分为 HCI指令分组 ,HCI事件分组 ,HCI数据分组三类，其中 HCI数据分组 又可以 分 为 ACL 数据分组和 SCO 数据分组两类 [8]。 主机控制器传输层 是对各不同的物理介质分别进行定义，有以下四种： （ 1）、 HCI USB传输层 （ 2）、 HCI RS232传输层 （ 3）、 HCI UART传输层 （ 4）、 HCI SD传输层 蓝牙设备之间建立通信，是通过实现蓝牙协议完成的。 蓝牙协议栈 的实现过程 必须 包含 HCI部分，它 为 蓝牙上层协议控制底层 提供硬件 接口。 蓝牙设备通过 HCI 进行数据收发通信的全过程 如图 示。 蓝 牙 主 机其 他 高 层 协 议H C I 高 层 协 议物 理 总 线 驱 动 程序 （ U A R T 、U S B 等 ）蓝 牙 主 机其 他 高 层 协 议H C I 高 层 协 议物 理 总 线 驱 动 程序 （ U A R T 、U S B 等 ）物 理 总 线 固 件（ U A R T 、 U S B等 ）物 理 总 线 固 件（ U A R T 、 U S B等 ）基 带 控 制 器固 件 链 路管 理 器H C I 固 件基 带 控 制 器固 件 链 路管 理 器H C I 固 件物 理 总 线 硬 件 物 理 总 线 硬 件H C I物 理接 口H C I物 理接 口用 户 数 据主 机 1主 机 2天 线天 线 图 蓝牙软件协议栈的数据传输过程 3 系统的设计与实现 硬件电路的结构直接影响系统的 性能，关系到系统其它各部分功能的实现，是其它各模块的基础。 硬件部分通过单片机系统控制着本模块的工作时序。 由于 单片机对各种类别 数据的收集过程与原理几乎9 是类似的， 仅仅是所用的传感器原理和采集的数据类型不同， 故而本文 用超声波模块实现 距离数据 和用DS18B20实现温度数据 的收集与发送为例，来 完成蓝牙模块之间的无线传输。 本设计 系统主要实现数据的采集和无线发送 ,综合考虑系统运行的可靠性、工作性能、功耗等因素 ,并结合自己所了解的相关知识，选择 了由 美国 Atmel公司 研发 的 AT89S52芯片 作为数据采集端的控制器。 利用单片 机实现数据采集和对蓝牙模块的控制，运用蓝牙技术实现无线传输，避免了在野外现场铺设设备之间 连线 所带来的麻烦，而且也为工作人员提供了方便，不需要再对复杂的连线进行定期检查 与核对 ，而且 减少了 因 工作人员 接线 存在失误所造成的设备损失。 本系统的 数据 采集模块主要完成数据的采集，并把采集到的数据送入无线发射模块。 接收端主要通过蓝牙模块，对另一模块发送的数据进行接收。 整个 系统框图如图 蓝 牙 模 块 P C 机电 源蓝 牙 模 块显 示 模 块电 源传 感 器A T 8 9 S 5 2 单片 机 图 本 系统设计的 硬件电路 是建立在 单片机和蓝牙模块 基础上 的 ， 运用单片机来实现智能控制、蓝牙模块来实现传输。 数据采集部分由位于现场的传感器、单片机 控制部分 、电源部分、 显示部分、蓝牙模块等构成；无线传输部分 是利用 蓝牙模块 带有 微带天线 ，通过软件编程实现单片机对其控制并使得 无线射频 链接 建立通信 ，进而进行数据的无线传输 ； 数据接收的 末端 是 利用蓝牙模块、串口通信与 PC机相连，将 蓝牙模块 收到的数据传输到 PC机作进一步的处理。 系统设计的技术背景 如今的社会是 信息 科技 迅速 发展 的 时代 ， 应用在 各个 领域中 的功能设备都需要对 各种信息 进行 感知、采集、转换、处理 和 传输 ，因此处理信息的设备已经 成为 社会中 不可缺少的工具。 数据采集系统 一般由传感器设备和中心控制器组成，由传感器设备组成的数据采集端完成对所需数据的采集，然后由中心控制器来处理所采集的数据。 常见的数据采集系统有电压数据采集、电流数据采集、温度数据采集、湿度数据采集、压力数据采集等。 系 统的设计方法 其基本思想是：用系统的思想，系统工程的方法结构化、模块化、自顶向下对信息系统进行分析与设计。 对于系统的整体设计，无论是硬件部分的电路设计，还是软件方面的控制程序，都是采用模块化10 的设计方法。 所谓模块化设计 思想 ，简单地说就是将 具有 某些 基本 要素 的模块或者系统按照一定的规律进行 组合， 从而形成满足 特定功能的 子 系统， 然后 将 这些组合而成的 子系统作为 一个个 通用性的模块 ，并结合生产要素及要求再对它们进行组合来 构成新的系统。 系统硬件电路包括主设备和从设备两个部分，主设备和从设备又由各个相互独立的模块组成。 系统控制 程序也包括主设备和从设备两个部分。 采用模块化的设计方法要对系统进行先分析后综合，先设计小模块，后综合为系统，实现系统所要求的功能。 按照这一设计方法，系统设计思路变得清晰、明朗，由易到难，由简单到复杂，可以大大提高整个系统的设计效率。 4 硬件电路 各模块 的 设计 本设计包括数据采集端、无线传输和 PC机接收端三个部分，数据采集端和 PC机数据接收端的 整体电路图分别 见附录 所示。 单片机最小系统 本系统 的数据采集部分使用 美国 Atmel公司的 AT89S52单片机 作为控制器。 AT89S52单片机的工作 电压 比较低，只需 要 5V直流电源 ， 内部提供 8位 高 性能 CMOS， 采用 高密度、非易失性存储技术 ，兼容标准MCS51指令系统，集成了 8k bytes的只读程序存储器（ PEROM）和 256 bytes的随机存取数据存储器（ RAM） 于芯片的 内 部 ， 可以进行反复擦写和在线编程，给用户提供了许多方便。 单片机最小系统主要由时钟电路、复位电路以及 AT89S52组成，具体电路如下图。 P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78R S T9P 3 .0 ( R X D )10P 3 .1 ( T X D )11P 3 .2 ( I N T 0 )12P 3 .3 ( I N T 1 )13P 3 .4 ( T 0 )14P 3 .5 ( T 1 )15P 3 .6 ( W R )16P 3 .7 ( R D )17X T A L 218X T A L 119G N D20( A 8 ) P 2 .021( A 9 ) P 2 .122( A 1 0 ) P 2 .223( A 1 1 ) P 2 .324( A 1 2 ) P 2 .425( A 1 3 ) P 2 .526( A 1 4 ) P 2 .627( A 1 5 ) P 2 .728P S E N29A L E / P R O G30E A / V P P31( A D 7 ) P 0 .732( A D 6 ) P 0 .633( A D 5 ) P 0 .534( A D 4 ) P 0 .435( A D 3 ) P 0 .336( A D 2 ) P 0 .237( A D 1 ) P 0 .138( A D 0 ) P 0 .039V C C40U1A T 8 9 S 5 2Y11 2 M H zC43 0 pC53 0 pR41 0 KV C CC O M1R12R23R34R45R56R67R78R89RP1K+ C31 0 μV C CP 0 .0P 0 .1P 0 .2P 0 .3P 0 .4P 0 .5P 0 .6P 0 .7V C CP 2 .7P 2 .6P 2 .4P 2 .3P 2 .2P 2 .1P 2 .0S0S W P BS2S E T U PS C KM I S OM O S IR E S E TS C LS D AR 1 11 0 KR 1 21 0 KV C CP 2 .5 图 单片机最小系统 11 单片机最小系统 的复位 有上电复位和按键手动复位两种。 从图中可以看出，此系统的复位通过手动来控制的，当需要复位时，只需按一下 复位键，此时给单片机的 RESET引脚一个高电平， 使单片机回复到初始状态。 单片机最小系统的晶振 作用是为 整个 系统提供基本的时钟信号 ，使得各部分保持同步。 本设计采用单片机芯片内部的时钟电路方式，通过在 XTAL XTAL2引脚上外接 晶振和电解电容 ， 便可以使其 内部的振荡电路产生自激振荡。 超声波电路 本 模块使用 得是 DYPME007超声波测距模块 ，它 的 两个 发生器探头 是 利用 压电式超声波 原理 ， 主要是利用 压电晶体的谐振 特性 ， 发生器 的 内部结构如图。 将 脉冲信号 施加到它的两个极端 ， 如果当 所加 频率等于 内部压电晶片 固有 的 振荡频率 时 ，压电晶片 就 会发生共振 现象 ， 此时 共振板 就会被它带动起来 一起 振动， 于是 就 产生 了 超声波。 然而 ，如果两电极间 没有 外加电压，当 发出的 超声波 经发射回来，被 金属片共振板接收到， 压电晶片 就会发生 振动， 并 将 振动所产生的机械能转换为电信号，此时该端就成为 超声波 的 接收器了。 图 压电式超声波发生器 图 超声波测距模块外观图 DYPME007超声波测距模块可提供 ，图 DYPME007外 观，主要由两个压电式 超声波 探头 和 控制电路 组成。 其基本工作原理为给予此超声波测距模块一触发信号后发射超声波，当超声波投射到物体而反射回来时，模块 接收到就立即产生一个回应信号 信号， 根据发射信号与接收信号 的时间差， 然后按照传播速率公式 来判定物体的距离。 超声波 测距模块的 工作的时序图 如图。 图 超声波模块工作的时序图 12 此模块在 使用时只需要 5V电源供应、 0V 地线连接、触发信号输入、与回响信号输出等四支接脚。 它的 测角度 最佳范围是 在大约 30度宽 ，此时 可 以 得到最佳的距离感测距离。 超声波探头接收到超声波后，通过声电转换，产生一正弦信号，其频率为传感器的中心频率，即40kHz。 其板上接线方式为， VCC、 trig（控制端）、 echo（接收端） 、 out（空脚）、 GND。 使用 此模块的 方法 很 简单， 当 一个控制口发 出 一个 10US以上的高电平，就可以在接收口等待高电平输出。 当输出端一有信号输出就可以开定时器计 ，当此口变为低电平时就可以读定时器的值， 这两次定时器之间的时间差就是 此次测距的时间， 然后就 可算出距离。 DS18B20 温度传感器 本设计采用 数字式温度传感器 DS18B20来实现温度的测量 ， 连接此传感器 仅需一条数据线 就可以 进行数据传输， 和 单片机连接 容易 ，可以 省去 A/D模块，降低 了 硬件 设计的成本，简化系统电路。 另外，数字式温度传感器的 测量精度 比较 高、测量范围广。 单片机 对 DS18B20传感器 的 访问流程是：先对 DS18B20进行 初始化，再进行 ROM操作命令，最后再对存储器和数据操作。 DS18B20每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议，如主机控制 DS18B20完成温度转换这一过程，根据 DS18B20的通讯协议，须经三个步骤：每一次读写之前都要对 DS18B20进行复位，复位成功后发送一条 ROM指令，最后发送 RAM指令，这样才能对 DS18B20进行预定的操作。 图 DS1。