基于蓝牙的无线数据采集系统设计毕业论文Word文档格式.docx

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蓝牙是取代数据电缆的短距离无线通信技术，可以支持物体与物体之间的通信，工作频段是全球开放的2．4GHz频段，可以同时进行数据和语音传输，传输速率可达到10Mb／s，使得在其范围内的各种信息化设备都能实现无缝资源共享。

蓝牙技术的应用被认为非常广泛而且极具潜力。

它可以应用于无线设备（如PDA、手机、智能电话、无绳电话）、图像处理设备（照相机、打印机、扫描仪）、

安全产品（智能卡、身份识别、票据管理、安全检查）、消费娱乐（耳机、MP3、游戏）汽车产品（GPS、ABS、动力系统、安全气袋）、家用电器（电视机、电冰箱、电烤箱、微波炉、音响、录像机）、医疗健身、建筑、玩具等领域。

蓝牙行业对于市场的持续增长感到欣慰，现在没有人再质疑它的生命力。

2002年，400余种蓝牙产品的销量总共达到了3000万件；

而2003年的数字是2002年的2倍。

In-Stat／MDR公司预测，蓝牙市场的规模在2007年将膨胀到6亿件。

爱立信技术授权公司的总裁MariaKhorsand表示：

“在如此艰难的经济环境下，蓝牙是少数仍在增长的产品之一”

第二章无线数据采集系统硬件设计

2.1系统的整体设计方案

根据课题的设计要求，提出系统设计的整体方案，其系统框图如图2.1所示。

图2.1系统的整体设计方案

整个系统由信号采集模块DS18B20、中心控制模块STM32、蓝牙模块HC-05及外围电路组成。

信息采集模块是本设计系统的一个关键点，关系着采集信息的质量和精度。

模拟信号的采集电路通常由跟随器、模拟开关、A/D转换器、缓冲器等部分组成。

被采集的信号经由A/D转换成数字信号后存入存储器，电路的整个时序由逻辑控制模块协调控制。

主控制模块由STM32及其外围电路构成。

STM32是控制模块的核心部分，主要完成数据的存储、计算及其相应的逻辑控制，并实现与蓝牙模块的通信等重要任务。

蓝牙模块主要负责数据的发送与接收，完成数据的无线通信。

2.2系统的整体结构

系统的整体机构如图2.2、2.3所示。

图2.2系统整体结构图--采集模块部分

图2.3系统整体结构图—控制模块部分

2.3系统的整体功能设计图

系统的硬件原理图如下图2.4和2.5所示。

图2.4采集系统原理图

图2.5控制系统原理图

第三章温度传感器模块

3.1温度传感器的分类及其型号

温度传感器（temperaturetransducer）是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。

温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。

按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。

3.1.1接触式温度传感器

接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称温度计。

温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。

一般测量精度较高。

在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。

但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差，常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。

它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。

在日常生活中人们也常常使用这些温度计。

随着低温技术在国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等部门的广泛应用和超导技术的研究，测量120K以下温度的低温温度计得到了发展，如低温气体温度计、蒸汽压温度计、声学温度计、顺磁盐温度计、量子温度计、低温热电阻和低温温差电偶等。

低温温度计要求感温元件体积小、准确度高、复现性和稳定性好。

利用多孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成的渗碳玻璃热电阻就是低温温度计的一种感温元件，可用于测量1.6～300K范围内的温度。

例如图3.1。

图3.1温度传感器

3.1.2非接触式温度传感器

它的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。

这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速（瞬变）对象的表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。

最常用的非接触式测温仪表基于黑体辐射的基本定律，称为辐射测温仪表。

辐射测温法包括亮度法（见光学高温计）、辐射法（见辐射高温计）和比色法（见比色温度计）。

各类辐射测温方法只能测出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。

只有对黑体（吸收全部辐射并不反射光的物体）所测温度才是真实温度。

如欲测定物体的真实温度，则必须进行材料表面发射率的修正。

而材料表面发射率不仅取决于温度和波长，而且还与表面状态、涂膜和微观组织等有关，因此很难精确测量。

在自动化生产中往往需要利用辐射测温法来测量或控制某些物体的表面温度，如冶金中的钢带轧制温度、轧辊温度、锻件温度和各种熔融金属在冶炼炉或坩埚中的温度。

在这些具体情况下，物体表面发射率的测量是相当困难的。

对于固体表面温度自动测量和控制，可以采用附加的反射镜使与被测表面一起组成黑体空腔。

附加辐射的影响能提高被测表面的有效辐射和有效发射系数。

利用有效发射系数通过仪表对实测温度进行相应的修正，最终可得到被测表面的真实温度。

最为典型的附加反射镜是半球反射镜。

球中心附近被测表面的漫射辐射能受半球镜反射回到表面而形成附加辐射，从而提高有效发射系数式中ε为材料表面发射率，ρ为反射镜的反射率。

至于气体和液体介质真实温度的辐射测量，则可以用插入耐热材料管至一定深度以形成黑体空腔的方法。

通过计算求出与介质达到热平衡后的圆筒空腔的有效发射系数。

在自动测量和控制中就可以用此值对所测腔底温度（即介质温度）进行修正而得到介质的真实温度。

非接触测温优点：

测量上限不受感温元件耐温程度的限制，因而对最高可测温度原则上没有限制。

对于1800℃以上的高温，主要采用非接触测温方法。

随着红外技术的发展，辐射测温逐渐由可见光向红外线扩展，700℃以下直至常温都已采用，且分辨率很高。

图3.2非接触式温度传感器举例

3.1.3常见温度传感器

（1）模拟式温度传感器：

其原理是将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片IC上，具有实际尺寸小、使用方便、灵敏度高、线性度好、响应速度快等优点。

常见模拟式温度传感器有LM3911、LM335、LM45、AD22103（电压输出型）；

AD590（电流输出型）等。

LM135\235\335系列是美国国家半导体公司（NS）生产的一种高精度易校正的集成温度传感器，是电压输出型温度传感器，工作特性类似于齐纳稳压管。

该系列器件灵敏度为10mV/K，具有小于1Ω的动态阻抗，工作电流范围从400μA到5mA，精度为1℃，LM135的温度范围为-55℃～+150℃，LM235的温度范围为-40℃～+125℃，LM335为-40℃~+100℃。

封装形式有TO-46、TO-92、SO-8。

该器件广泛应用于温度测量、温差测量以及温度补偿系统中。

AD590是美国模拟器件公司的电流输出型温度传感器，供电电压范围为3~30V，可以承受44V正向电压和20V反向电压，测温范围为-55℃～+150℃，输出电流为223μA~423μA，输出电流变化1μA相当于温度变化1℃，最大非线性误差为±

0.3℃，响应时间仅为20μs，重复性误差低至±

0.05℃，功耗约为2mW,输出电流信号的传输距离可达到1km以上，作为一种高阻电流源，最高可达20MΩ，所以它不必考虑选择开关或CMOS多路转换器所引入的附加电阻造成的误差,适用于多点温度测量和远距离温度测量的控制。

（2）数字式温度传感器：

其原理是将敏感元件、A/D转换单元、存储器等集成在一个芯片上，直接输出反应被测温度的数字信号，使用方便，但响应速度较慢（100ms数量级）。

DS18B20是美国Dallas半导体公司生产的世界上第一片支持“一线总线”接口的数字式温度传感器，供电电压范围为3～5.5V，测温范围为-55℃～+125℃，可编程的9～12位分辨率，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，出厂设置默认为12位，在12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字。

3.2温度传感器的选型

DS18B20因为其将敏感元件、A/D转换单元、存储器等集成在一个芯片上，直接输出反应被测温度的数字信号，使用方便等优点符合本设计特点，所以选用DS18B20数字式温度传感器。

DS18B20主要特征：

•独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯

•简单的多点分布应用

•无需外部器件

•可通过数据线供电

•零待机功耗

•测温范围-55~+125℃，以0.5℃递增。

华氏器件-67~+2570F，以0.90F递增

•温度以9位数字量读出

•温度数字量转换时间200ms（典型值）

•用户可定义的非易失性温度报警设置

•报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件

•应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系统

DS18B20内部框图如图3.3

图3.3DS18B20内部框图

DS1820有三个主要数字部件：

•64位激光ROM，

•温度传感器，

•非易失性温度报警触发器TH和TL。

器件用如下方式从单线通讯线上汲取能量：

在信号线处于高电平期间把能量储存在内部电容里，在信号线处于低电平期间消耗电容上的电能工作，直到高电平到来再给寄生电源（电容）充电。

寄生电源有两个优点：

•进行远距离测温时，无需本地电源供电；

•可以在没有常规电源的情况下度ROM，要想使DS18B20能够进行精确的温度转换，I/O口必须在转化期间供电。

DS1820通过一种片上温度测量技术来测量温度。

图3.4示出了温度测量电路的方框图。

图3.4测温电路方框图

表3.1温度/数据关系表

DS1820是这样测温的：

用一个高温度系数的振荡器确定一个门周期，内部计数器在这个门周期内对一个低温度系数的振荡器的脉冲进行计数来得到温度值。

计数器被预置到对应于-55℃的一个值。

如果计数器在门周期结束前到达0，则温度寄存器（同样被预置到-55℃）的值增加，表明所测温度大于-55℃。

第四章STM32F103处理器

4.1STM32处理器简介：

STM32处理器基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3内核。

按性能分成两个不同的系列：

STM32F103“增强型”系列和STM32F101“基本型”系列。

增强型系列时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品；

基本型时钟频率为36MHz，以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能，是16位产品用户的最佳选择。

两个系列都内置32K到128K的闪存，不同的是SRAM的最大容量和外设接口的组合。

时钟频率72MHz时，从闪存执行代码，STM32功耗36mA，是32位市场上功耗最低的产品，相当于0.5mA/MHz。

STM32采用ARM公司的高性能Cortex-M3内核1.25DMips/MHz,而ARM7TDMI只有0.95DMips/MHz，一流的外设1μs的双12位ADC，4兆位/秒的UART，18兆位/秒的SPI，18MHz的I/O翻转速度，低功耗在72MHz时消耗36mA（所有外设处于工作状态），待机时下降到2μA，最大的集成度复位电路、低电压检测、调压器、精确的RC振荡器等简单的结构和易用的工具。

4.2STM32重要参数：

•2V-3.6V供电

•容忍5V的I/O管脚

•优异的安全时钟模式

•带唤醒功能的低功耗模式

•内部RC振荡器

•内嵌复位电路

•工作温度范围：

•-40℃至+85℃或105℃

4.3STM32性能特点：

•Cortex-M3采用了哈佛结构，拥有多重总线，可以进行并行处理，因而提升了整体性能。

•有完全基于硬件进行中断处理，最多可减少12个时钟周期数，在实际应用中可减少70％中断。

•Cortex-M3在支持传统的JTAG基础上更采用了新型的单线调试（SingleWire）技术，专门拿出一个引脚来做调试，从而节约了大笔的调试工具费用。

•Cortex．M3中还集成了大部分存储器控制器，这样工程师可以直接在MCU外连接Flash，降低了设计难度和应用障碍。

•Cortex．M3处理器支持新型ARMThumb–2指令集，由于Thumb–2指令集融合了Thumb指令集和ARM指令集，使32位指令集的性能和16位指令集的代码密度取得了平衡。

•Cortex．M3处理器支持两种处理器的操作模式，还支持两级特权操作，大大提高了系统的安全性和稳定性。

•内部集成了硬件乘法器和除法器，在运算效率上大大提高。

•最高72MHzCPU多达20K字节SRAM2x12位ADC温度传感PWM定时器CANUSB

第五章TFT彩色液晶显示屏

TFT液晶屏为每个像素都设有一个半导体开关，其加工工艺类似于大规模集成电路。

由于每个像素都可以通过点脉冲直接控制，因而，每个节点都相对独立，并可以进行连续控制，这样的设计不仅提高了显示屏的反应速度，同时可以精确控制显示灰度，所以TFT液晶的色彩更逼真。

5.1TFTLCD介绍

TFT（ThinFilmTransistor）是指薄膜晶体管，意即每个液晶像素点都是由集成在像素点后面的薄膜晶体管来驱动，从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息，是目前最好的LCD彩色显示设备之一，其效果接近CRT显示器，是现在笔记本电脑和台式机上的主流显示设备。

TFT的每个像素点都是由集成在自身上的TFT来控制，是有源像素点。

因此，不但速度可以极大提高，而且对比度和亮度也大大提高了，同时分辨率也达到了很高水平。

TFT-LCD液晶显示屏是薄膜晶体管型液晶显示屏，也就是“真彩”（TFT）。

TFT液晶为每个像素都设有一个半导体开关，每个像素都可以通过点脉冲直接控制，因而每个节点都相对独立，并可以连续控制，不仅提高了显示屏的反应速度，同时可以精确控制显示色阶，所以TFT液晶的色彩更真。

TFT为薄膜晶体管有源矩阵液晶显示器件。

TFT液晶显示器在每个像素点上设计一个场效应开关管，这样就容易实现真彩色、高分辨率的液晶显示器件。

现在的TFT型液晶一般都实现了18bit以上的彩色（218色），甚至达到24bit彩色；

在分辨率上，实现VGA（640×

480）、SVGA（800×

600）、XGA（1024×

768）、SXGA（1280×

1024），甚至UXGA（1600×

1200）都已成为现实。

5.2TFT特点

TFT的亮度好，对比度高，层次感强，颜色鲜艳。

缺点是比较耗电，成本较高。

TFT型的液晶显示器主要的构成包括：

萤光管、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶体管等等。

5.3驱动芯片

采用ST7793驱动芯片驱动，该芯片是一种万色单片机/驱动控制器、图形型液晶。

它由720源线和432栅线驱动电路。

该芯片能够直接连接到外部微处理器，并接受8位/9位/16位/18位并行接口、SPI和MDDI。

显示数据可以存储在240x432x18位片上显示数据RAM。

它可以执行显示数据RAM读/写操作与外部时钟，以尽量减少功耗。

此外，由于用于驱动液晶的集成电源电路，能够使显示系统具有最少组件。

5.3.1芯片特点

•单片TFT-LCD控制器/驱动器与片上帧存储器显示器的RGB分辨率：

240×

432（H）×

（V）

•帧内存大小：

432×

18位=1866240位

•液晶驱动输出电路

源输出：

240个RGB通道

输出：

432通道

公共电极输出

•显示颜色（颜色模式）

彩色：

262k，RGB=（666）最大，空闲模式下

颜色：

彩色，降低RGB=（111），空闲模式

•用于各种显示数据输入格式的可编程像素颜色格式（颜色深度）

16位/像素：

RGB=（565）

8位/像素：

RGB=（666）

•接口

8080系列单片机的并行接口（8位，9位、16位和18位）

16/18RGB接口（vsyncx，hsyncx，dotclk，启用，DB[17点]）串行外设接口（SPI接口）

垂直同步接口（8080系列单片机的接口+vsyncx）

fmark接口（8080系列单片机的接口+fmark）

MDDI（1型）

•显示功能

部分显示功能

彩色显示功能

垂直滚动功能

•LC介质类型选项

LC型-MVA

LC型-反射

透射型液晶

•芯片内建电路

DC直流转换器

非易失（NV）内存存储初始寄存器设置和出厂默认值（模块ID模块版本等）

用于显示时钟产生的内部振荡器

定时控制器

•内置内存的LCD初始寄存器设置

8位ID

7位闪烁的调整

•驱动算法

点反转

柱反演

•宽电源电压范围

-I/O电压（VDDI到DGND）：

1.65v~VDD

对数字电路的电压（VDDDGND）：

2.5v~3.3v

对模拟电路的电压（VDDA至AGND）：

•片上电源系统

源电压：

+6.4～-4.2v

VCOM水平：

AGND

门驱动器的高水平（VGH至AGND）：

+12.16v~+15.05v

门驱动的低水平（VGL至AGND）：

-12.37v~-7.7v

•齿轮装配优化布局

•操作温度范围：

−30º

C+85º

C

•低功率消耗

第六章HC-05蓝牙模块

6.1HC-05蓝牙模块介绍

蓝牙模块实物图如图6.1，蓝牙模块引脚图如图6.2

图6.1产品实物图图6.2引脚对应图

HC-05蓝牙模块的特点：

•采用CSR主流蓝牙芯片，蓝牙V2.0协议标准

•输入电压:

3.6V--6V,禁止超过7V

•波特率为1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600，115200用户可设置

•带连接状态指示灯,LED快闪表示没有蓝牙连接;

LED慢闪表示进入AT命令模式

•板载3.3V稳压芯片,输入电压直流3.6V-6V;

未配对时,电流约30mA（因LED灯闪烁,电流处于变化状态）；

配对成功后,电流大约10mA

•用于GPS导航系统，水电煤气抄表系统，工业现场采控系统

•可以与蓝牙笔记本电脑、电脑加蓝牙适配器等设备进行无缝连接

•HC-05嵌入式蓝牙串口通讯模块（以下简称模块）具有两种工作模式：

命令响应工作模式和自动连接工作模式，在自动连接工作模式下模块又可分为主（Master）、从（Slave）和回环（Loopback）三种工作角色。

当模块处于自动连接工作模式时，将自动根据事先设定的方式连接的数据传输；

当模块处于命令响应工作模式时能执行下述所有AT命令，用户可向模块发送各种AT指令，为模块设定控制参数或发布控制命令。

通过控制模块外部引脚（PIO11）输入电平，可以实现模块工作状态的动态转换。

6.2蓝牙配置

6.2.1配置方法

①连线方式：

USB转TTL模块（下载器）与HC-05蓝牙模块的连接方法如下：

蓝牙模块　USB转TTL模块

RXD<

--------->

TXD

TXD<

RXD

VCC<

VCC

GND<

GND

注意：

交叉连接

②设置步骤

进入AT指令模式（所有AT指令都必须换行）

设置串口波特率115200，无校验位，无停止位

修改蓝牙名称、密码