李昌澤+王軍民

摘要：本文以Arduino開(kāi)發(fā)板和Android系統(tǒng)手機(jī)為研究方向，設(shè)計(jì)Arduino開(kāi)發(fā)板硬件設(shè)計(jì)與板載程序，以及編寫基于Android系統(tǒng)手機(jī)的APK，用手機(jī)端程序通過(guò)藍(lán)牙模塊對(duì)Arduino 開(kāi)發(fā)板進(jìn)行控制，對(duì)電火花震源工作中的高壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，開(kāi)發(fā)板端采集數(shù)據(jù)回顯到Android手機(jī)終端，以便工作人員對(duì)電火花震源工作電壓情況進(jìn)行了解。

關(guān)鍵詞：Android；Arduino；藍(lán)牙

引言

近年來(lái)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品發(fā)展迅速，而手機(jī)的普及與Android系統(tǒng)的廣泛使用更是為智能家居提供了支持。利用藍(lán)牙通訊10米的通訊距離與低功耗、低成本等優(yōu)勢(shì)是兩者相互通訊的一個(gè)極為簡(jiǎn)單的方法。通過(guò)這個(gè)方法，可以使安全便捷的對(duì)電火花震源的充放電各個(gè)模塊的電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及早的發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部存在的電壓異常。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

Arduino[1]是一塊基于開(kāi)放源代碼的USB接口SimpleI/O接口板。Arduino UNO是Arduino USB接口系列的最新版本，作為Arduino平臺(tái)的參考標(biāo)準(zhǔn)模板。UNO的處理器核心是ATmega328，同時(shí)具有14路數(shù)字輸入/輸出口（其中6路可作為PWM輸出），6路模擬輸入，一個(gè)16MHz晶體振蕩器，一個(gè)USB口，一個(gè)電源插座，一個(gè)ICSP header和一個(gè)復(fù)位按鈕。該系統(tǒng)的硬件主要由Arduino UNO主控板、藍(lán)牙串口模塊和Voltage Sensor電壓傳感器模塊組成。

1.Arduino開(kāi)發(fā)板

Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開(kāi)源電子原型平臺(tái)。包含硬件（各種型號(hào)的Arduino板）和軟件（Arduino IDE）。它構(gòu)建于開(kāi)放原始碼simpleI/O介面版，并且具有使用類似Java、C語(yǔ)言的Processing/Wiring開(kāi)發(fā)環(huán)境。該平臺(tái)的特點(diǎn)是具有跨平臺(tái)性、簡(jiǎn)單清晰、開(kāi)放性和發(fā)展迅速。

Arduino UNO可以通過(guò)3種方式供電，而且能自動(dòng)選擇供電方式。1）外部直流電源通過(guò)電源插座供電。2）電池連接電源連接器的GND和VIN引腳。3）USB接口直接供電。

Arduino具有14路數(shù)字輸入輸出口：工作電壓為5V，每一路能輸出和接入最大電流為40mA。每一路配置了20-50K歐姆內(nèi)部上拉電阻（默認(rèn)不連接）。除此之外，有些引腳有特定的功能串口信號(hào)RX、TX：與內(nèi)部 ATmega8U2 USB-to-TTL芯片相連，提供TTL電壓水平的串口接收信號(hào)。

2.HC-06藍(lán)牙串口模塊

核心模塊使用HC-06從模塊，引出接口包括VCC，GND，TXD，RXD。紅色led燈指示藍(lán)牙連接狀態(tài)，閃爍表示藍(lán)牙未連接，常亮表示藍(lán)牙已連接并打開(kāi)了端口。底板為3.3V LDO，接口電平為3.3V，輸入電壓3.6-6V，未配對(duì)時(shí)電流約30mA，配對(duì)后約10mA。空曠地有效距離超過(guò)10米。配對(duì)以后當(dāng)全雙工串口使用，無(wú)需了解任何藍(lán)牙協(xié)議，但僅支持8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無(wú)奇偶校驗(yàn)的通信格式。在未建立藍(lán)牙連接時(shí)支持通過(guò)AT指令設(shè)置波特率、名稱、配對(duì)密碼，設(shè)置的參數(shù)掉電保存。藍(lán)牙連接以后自動(dòng)切換為透?jìng)髂Ｊ健?/p>

3.Voltage Sensor 電壓傳感器模塊

Voltage Sensor 電壓傳感器模塊主要參數(shù)：電壓檢測(cè)范圍：DC0.02445V-25V，電壓模擬分辨率：0.00489V，DC輸入接口：端子正接VCC，負(fù)接GND，輸出接口：“+”接5V，“-”接GND，“s”接Arduino的AD引腳。該模塊的電壓監(jiān)測(cè)范圍只有0-25V，需要通過(guò)不同的分壓電阻配合才能完成對(duì)不同模塊的電壓的監(jiān)測(cè)。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與通信

1.Android控制采集軟件設(shè)計(jì)

Android[2]是一種基于Linux的自由及開(kāi)放源代碼的操作系統(tǒng)，主要使用于移動(dòng)設(shè)備，如智能手機(jī)和平板電腦。本文通過(guò)工具軟件E4A完成在移動(dòng)端軟件的設(shè)計(jì)，個(gè)性化定制了界面與所需功能。完成了GUI設(shè)計(jì)與詢問(wèn)打開(kāi)手機(jī)藍(lán)牙、搜索可配對(duì)藍(lán)牙從機(jī)、配對(duì)藍(lán)牙從機(jī)、發(fā)送測(cè)距指令、接受回傳數(shù)據(jù)、保存數(shù)據(jù)等功能。

2.Arduino采集傳輸軟件設(shè)計(jì)

Arduino端的軟件是通過(guò)Arduino IDE[3]完成，主要的功能為通過(guò)輪詢方式等待接受Android端的采集指令、驅(qū)動(dòng)測(cè)壓模塊完成測(cè)量、對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和驅(qū)動(dòng)藍(lán)牙模塊回顯數(shù)據(jù)至手機(jī)端。再通過(guò)數(shù)字引腳控制一顆黃色led等，做連接測(cè)試與檢測(cè)用。

3.通信過(guò)程與結(jié)果

將硬件部分組裝完畢后，接通電源，藍(lán)牙模塊紅色指示燈開(kāi)始閃爍，檢測(cè)燈黃色led燈持續(xù)亮燈；打開(kāi)Android手機(jī)端測(cè)距APP，打開(kāi)手機(jī)藍(lán)牙，搜索設(shè)備，連接硬件組件中藍(lán)牙模塊，顯示連接成果，藍(lán)牙模塊紅色led燈常亮；點(diǎn)擊測(cè)試1按鈕，黃色led燈熄滅，點(diǎn)擊測(cè)試2按鈕，黃色led燈點(diǎn)亮；證明系統(tǒng)連接正常后，點(diǎn)擊接受數(shù)據(jù)按鈕，測(cè)壓模塊開(kāi)始測(cè)壓，在經(jīng)過(guò)Arduino處理后將被測(cè)電壓通過(guò)藍(lán)牙模塊回顯至手機(jī)APP中的數(shù)據(jù)顯示框中，單擊一次完成一次測(cè)量，得到各個(gè)模塊工作中的電壓，多次結(jié)果可同時(shí)顯示在顯示框中，APP可以完成清空顯示框與保存顯示框中數(shù)據(jù)至手機(jī)SD卡。

結(jié) 語(yǔ)

本文中的數(shù)據(jù)采集與藍(lán)牙通信系統(tǒng)是基于Android系統(tǒng)與Arduino平臺(tái)的一套軟硬件配套操作系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過(guò)手機(jī)APP控制硬件部分完成數(shù)據(jù)采集與處理，并通過(guò)藍(lán)牙回顯至手機(jī)APP中。傳輸過(guò)程簡(jiǎn)單穩(wěn)定，采集精度受環(huán)境與采集模塊影響，數(shù)據(jù)精度可由軟件控制。該套方案成本低廉、功耗極低、可移植性強(qiáng)，通過(guò)Arduino平臺(tái)豐富強(qiáng)大的功能，結(jié)合電火花震源的工作，可以安全有效的完成對(duì)設(shè)備內(nèi)部各個(gè)器件模塊的電壓監(jiān)測(cè)，但是由于電火花內(nèi)部高壓設(shè)備復(fù)雜，對(duì)于藍(lán)牙的傳輸有一定的影響，通信有效范圍不能達(dá)到10米以上，對(duì)野外實(shí)時(shí)操作與監(jiān)控有一定的距離限制。

參考文獻(xiàn)：

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[3]楊繼志，郭敬.Arduino的互動(dòng)產(chǎn)品平臺(tái)創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2012，12（04）：39-41.endprint