基于手機(jī)藍(lán)牙通信的虛擬示波器設(shè)計(jì)

1、基于手機(jī)藍(lán)牙通信的虛擬示波器設(shè)計(jì)周長(zhǎng)鎖，侯善剛，張 強(qiáng)(中國(guó)石油大慶煉化公司，黑龍江大慶 163813) 摘要：用單片機(jī)p89lpc938的ad轉(zhuǎn)換功能采集電壓波形數(shù)據(jù)，通過串口藍(lán)牙模塊傳給智能手機(jī)，在手機(jī)上顯示電壓波形?？蓱?yīng)用于電氣測(cè)量回路、可控硅整流等電力電子設(shè)備的檢修維護(hù)工作。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；藍(lán)牙；示波器the dedign of virtual oscilloscope base on bluetooth mobilezhou chang-suo，hou shan-gang，zhang qiang (petroleum china daqing refining&chemical co

2、mpany,heilongjiang daqing 163813 ) abstract: collect voltage waveform data through single-chip(p89lpc938) ad converter, transmit to mobile through the serial port bluetooth module, the mobile shows the voltage waveform. can be applied to the electrical measuring circuit, thyristor and other power el

3、ectronic equipment repair and maintenance work.keywords: microcontroller；bluetooth；oscilloscope0 引言在電氣檢修工作中，有時(shí)要用到示波器查看各種電壓波形，普通的示波器體積大、笨重，最重要的是沒有電氣隔離，操作時(shí)要注意不能觸電。隨著單片機(jī)等電子技術(shù)的發(fā)展，以及智能手機(jī)的普及，設(shè)計(jì)一個(gè)能和手機(jī)配套使用的虛擬示波器，成本低，攜帶使用都方便。1 硬件設(shè)計(jì)電路包括信號(hào)預(yù)處理、單片機(jī)、藍(lán)牙串口模塊和電源4部分，電路原理圖見圖1。圖1：藍(lán)牙虛擬示波器電路原理圖1.1 信號(hào)預(yù)處理單片機(jī)ad轉(zhuǎn)換電壓范圍是03.3v，

4、為了能測(cè)量交流信號(hào)，把輸入信號(hào)地端接rp3調(diào)節(jié)出的1.65v，這樣就能測(cè)到-1.65+1.65v的電壓。實(shí)際工作中電工測(cè)量電壓范圍從幾伏到幾百伏，為此加入了電阻降壓網(wǎng)絡(luò)r1、r2、r4、r5、rp1和rp2，這樣就能測(cè)到60v的電壓，再加上個(gè)有x10擋（放大10倍）的示波器探頭，最大可測(cè)到600v電壓。lm358是雙運(yùn)放，接成電壓跟隨器方式，主要作用是提高輸入阻抗，使示波器標(biāo)入阻抗是1m，否則示波器探頭放到x10擋時(shí)，測(cè)量數(shù)值會(huì)有偏差。運(yùn)放還能起到當(dāng)輸入信號(hào)過大時(shí)，限制輸入到單片機(jī)的信號(hào)幅度，保護(hù)單片機(jī)的作用。共有2個(gè)信號(hào)輸入端，組成雙蹤示波器，可以比較2路信號(hào)的相位關(guān)系。1.2 單片機(jī)選用了

5、飛利浦的單片機(jī)p89lpc938，是基于80c51內(nèi)核的低功耗flash單片機(jī)，其內(nèi)部有7.373mhz振蕩器、復(fù)位電路、8通道10位ad轉(zhuǎn)換器，8k字節(jié)flash程序存儲(chǔ)器、768字節(jié)ram數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這使得外圍電路很簡(jiǎn)潔。為了提高ad轉(zhuǎn)換速度和提高通信波特率的準(zhǔn)確程度，使用了外部12mhz晶振。單片機(jī)的p2.0(ad07)、p2.1(ad06)接雙運(yùn)放lm358的電壓輸出，單片機(jī)的p1.0(txd)、p1.1(rxd)接藍(lán)牙模塊的串口。1.3 藍(lán)牙串口模塊藍(lán)牙串口模塊主要參數(shù)：兼容藍(lán)牙v2.0 規(guī)范、class 2 標(biāo)準(zhǔn)，傳輸距離最大10m，支持spp 服務(wù)（串口）。功能多的藍(lán)牙模塊可更改

6、主從設(shè)置，默認(rèn)為從設(shè)備，可以和電腦或手機(jī)藍(lán)牙連接，還可以更改通信波特率，默認(rèn)是9600bps，可更改為較大的波特率，如115200bps，加快通信速度。默認(rèn)配對(duì)密碼是1234，每次搜索藍(lán)牙模塊前先給藍(lán)牙模塊上電再搜索，再次搜索時(shí)要先把藍(lán)牙模塊重新上電，否則可能搜索不到。1.4 電源電源選用電池，攜帶方便，避免外接電源對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的干擾。經(jīng)三端穩(wěn)壓變?yōu)?.3v給單片機(jī)和藍(lán)牙模塊供電。2 單片機(jī)軟件編程2.1 程序流程單片機(jī)軟件用keil c51編寫，主要流程是等待手機(jī)發(fā)來測(cè)試命令，收到命令后根據(jù)命令采集數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)到內(nèi)部ram，采集完一組數(shù)據(jù)后一起發(fā)送給手機(jī)，這樣一個(gè)測(cè)試周期完成，等待下一個(gè)測(cè)試命令

7、,流程圖見圖2。手機(jī)發(fā)出測(cè)試命令是4個(gè)字節(jié)，首字節(jié)是頭標(biāo)志“0xdb”,第2個(gè)字節(jié)代表量程選擇，如果量程命令是非零字節(jié)，表示量程為15v，如果量程命令是零，表示量程為60v。第3、4字節(jié)是采樣周期數(shù)據(jù)，控制采樣頻率，采樣周期范圍為50us10ms，最高采樣頻率20khz。每通道240個(gè)數(shù)據(jù)，共采集480個(gè)數(shù)據(jù)。2.2 數(shù)字變量程單片機(jī)p89lpc938模數(shù)轉(zhuǎn)換精度是10位，手機(jī)顯示用8位就可以了，利用2位的差別可以實(shí)現(xiàn)4倍的數(shù)字變量程功能。硬件量程為60v，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字是01023，除以4后的范圍是0255，輸入信號(hào)在15v范圍內(nèi)時(shí)，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字是384639，減去384后的范圍還是025

8、5。這樣就實(shí)現(xiàn)了數(shù)字變量程的功能。有了2種量程選擇，再配合示波器表筆上帶的硬件變量程，使用的時(shí)候有4種量程選擇15v、60v、150v和600v，能夠滿足常用的電氣設(shè)備測(cè)量需要。開始初始化端口、定時(shí)器初始化ad轉(zhuǎn)換、串口是否有串口數(shù)據(jù)？繼續(xù)接收余下3個(gè)數(shù)據(jù)yn0.2s內(nèi)收到3個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送采集到得480字節(jié)電壓波形數(shù)據(jù)處理通信數(shù)據(jù)按量程和周期要求開始采集數(shù)據(jù)yn圖2：?jiǎn)纹瑱C(jī)程序流程圖3 手機(jī)軟件編程3.1 開發(fā)環(huán)境配置首先安裝j2se即jdk（jdk-6u22-windows-i586-p.exe），安裝完成后，在“我的電腦屬性高級(jí)”中，配置java環(huán)境變量，設(shè)置3項(xiàng)屬性，java_home,pa

9、th,classpath,若已存在則點(diǎn)擊“編輯”，不存在則點(diǎn)擊“新建”， java_home指明jdk安裝路徑，path使得系統(tǒng)可以在任何路徑下識(shí)別java命令，設(shè)為%java_home%bin;%java_home%jrebin，classpath為java加載類(class or lib)路徑，只有類在classpath中，java命令才能識(shí)別，設(shè)為.;%java_home%lib;%java_home%libtools.jar。接著安裝wtk(sun_java_wireless_toolkit-2_5_2-ml-windows) ，默認(rèn)路徑是c:wtk25。wtk 的全稱是sun j2m

10、e wireless toolkit ，是sun的無(wú)線開發(fā)工具包。以上軟件均可以在sun的官方網(wǎng)站免費(fèi)下載。最后安裝eclipse作為開發(fā)環(huán)境，j2me開發(fā)包工具可以被綁定在這些集成開發(fā)環(huán)境中，進(jìn)一步提高開發(fā)效率。本設(shè)計(jì)用的是eclipse3.6.2和eclipseme1.7.9版本的軟件。3.2 藍(lán)牙連接手機(jī)藍(lán)牙和藍(lán)牙串口模塊之間的連接，是程序設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。這個(gè)連接過程就是創(chuàng)建一個(gè)藍(lán)牙客戶端，分查找設(shè)備、查找服務(wù)、獲得連接url和建立連接4個(gè)主要步驟。具體代碼如下：/查找藍(lán)牙設(shè)備public void myinquiry() try /獲得本地設(shè)備localdevice locald

11、evice = localdevice.getlocaldevice();/獲得發(fā)現(xiàn)代理 discoveryagent = localdevice.getdiscoveryagent(); /開始查找設(shè)備 discoveryagent.startinquiry(discoveryagent.giac, this); catch(exception e) e.printstacktrace(); / discoverylistener接口，記錄已找到藍(lán)牙設(shè)備并顯示public void devicediscovered(remotedevice remotedevice, deviceclass

12、 cod) trysel.append(remotedevice.getfriendlyname(true),null); catch(exception e)sel.append(remotedevice.getbluetoothaddress(),null); finallyremotedevices.addelement(remotedevice); / discoverylistener接口，查找設(shè)備完成public void inquirycompleted(int disctype) if (remotedevices.size() 0) /加入其它代碼，如查找服務(wù) else /查

13、找服務(wù)public void myservices() try remotedevice remotedevice = (remotedevice)remotedevices.elementat(sel.getselectedindex(); discoveryagent.searchservices(attrset, uuidset, remotedevice , this); catch(exception e) e.printstacktrace(); / discoverylistener接口，服務(wù)查找成功，得到連接ulrpublic void servicesdiscovered(i

14、nt transid, servicerecord servrecord)dataelement servicenameelement = servrecordsel.getselectedindex().getattributevalue(0x0100);string _servicename = (string)servicenameelement.getvalue();string servicename = _servicename.trim(); btconnectionurl = servrecordsel.getselectedindex().getconnectionurl(s

15、ervicerecord.noauthenticate_noencrypt, false);/discoverylistener接口，查找服務(wù)完成public void servicesearchcompleted(int transid, int respcode) if (respcode = discoverylistener.service_search_completed) else /打開連接，建立輸入、輸出通道streamconnection connection = (streamconnection)connector.open(btconnectionurl); 經(jīng)過以上步

16、驟，手機(jī)和藍(lán)牙串口模塊建立起了連接，用read、write方法可以互相通信，傳輸數(shù)據(jù)了。 3.3 波形顯示測(cè)試程序用的是三星s3370手機(jī)，屏幕分辨率為320x240，屏幕上、下側(cè)用于顯示手機(jī)狀態(tài)和按鍵信息，實(shí)際可編程使用的分辨率為200x240，上部170x240部分顯示波形，下部30x240顯示量程、周期選擇菜單。按示波器的習(xí)慣把顯示波形的界面畫出格子，通過查格子可以大致判斷波形的幅值和周期。4 結(jié)束語(yǔ)制作了測(cè)試用電路板見圖3，預(yù)留了外接電源插座，使用的是外接4節(jié)1.5v電池。圖3：測(cè)試用電路板正反面圖上電后不接信號(hào)輸入，打開手機(jī)藍(lán)牙，運(yùn)行手機(jī)上的軟件，測(cè)試的結(jié)果應(yīng)該顯示直線，且直線在中間位置，否則調(diào)節(jié)rp3使測(cè)試直線顯示到中間位置，然后2路輸入同樣的10v直流電壓信號(hào)，調(diào)節(jié)rp1、rp2，使直線顯示到正確位置，調(diào)整完畢。對(duì)一個(gè)可控硅調(diào)節(jié)控制電路測(cè)試，手機(jī)顯示見圖4。量程20v表示縱向每格為20v，周期6ms表示橫向每格6ms。2個(gè)按鍵，每按下“測(cè)量”1次，測(cè)量1次并顯示波形，按“退出”則結(jié)束程序的運(yùn)行。按左右按鈕選擇量