基于Windows/Android的多平臺位移測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)

薛晶暖

摘要： 針對傳統(tǒng)的有線位移測量系統(tǒng)存在檢測數(shù)據(jù)顯示平臺單一、數(shù)據(jù)實(shí)時共享效率低、占地面積大等問題，本文研究了一種基于Windows/Android的多平臺位移快速精確測量系統(tǒng)。通過構(gòu)建位移傳感器模塊、單片機(jī)系統(tǒng)、基于Windows的PC端數(shù)據(jù)接收和顯示模塊和基于Android的移動設(shè)備數(shù)據(jù)接收和顯示模塊，以同時滿足PC客戶端和移動設(shè)備對位移測量數(shù)據(jù)的實(shí)時顯示需求， 實(shí)現(xiàn)位移測量數(shù)據(jù)共享功能的最大化。

Abstract： A fast and accurate multi-platform displacement measurement system based on Windows/Android is studied in this paper， because of the problems of the traditional wired displacement measurement system， such as， single detection data display platform， low data real-time sharing efficiency， large space occupation， and so on. This multi-platform displacement measurement system can meet the real-time display needs of PC client and mobile devices on the displacement measurement data through constructing displacement sensor module， single-chip computer system， Windows-based PC-side data receiving and display module and Android-based mobile device data receiving and display module， so as to maximize the displacement measurement data sharing function.

關(guān)鍵詞： AD模塊；藍(lán)牙模塊；單片機(jī)；位移測量系統(tǒng)

Key words： AD module；Bluetooth module；single chip computer；displacement measurement system

中圖分類號：TN99 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）16-0213-03

0 引言

現(xiàn)代測量技術(shù)越來越追求自動化、集群控制、低功耗測量、多平臺數(shù)據(jù)觀測等特性。傳統(tǒng)的測量系統(tǒng)一般都是采用有線傳輸，而一般的工業(yè)現(xiàn)場或野外測量常因設(shè)備繁雜、場地有限、布線成本高等因素，限制了有線測量設(shè)備的使用。隨著微電子及通信技術(shù)的發(fā)展，短距離無線通信以其特有的抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、安全性好、受地理?xiàng)l件限制少、安裝施工簡便靈活等特點(diǎn)，在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。采用無線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳達(dá)，不僅降低施工難度、簡化系統(tǒng)復(fù)雜度，還可以減少成本。藍(lán)牙技術(shù)是信息產(chǎn)業(yè)界的一大熱點(diǎn)，它代表了移動通信的一個發(fā)展方向，為短距離無線連接提供了一種低成本的解決方案。[1]藍(lán)牙屬于短距離的無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)，是無線通信技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合。藍(lán)牙無線通信技術(shù)具有較強(qiáng)的通用性，幾乎所有通信及信息領(lǐng)域相關(guān)設(shè)備都可以安裝藍(lán)牙模塊，為此，藍(lán)牙技術(shù)在現(xiàn)代生活當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng)用[2]。

隨著科技水平的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們除了對產(chǎn)品性能要求高之外，對產(chǎn)品的人性化設(shè)計(jì)水平的要求更是越來越高。為了實(shí)現(xiàn)用戶能夠快捷、實(shí)時、多渠道的觀測位移數(shù)據(jù)，本項(xiàng)目進(jìn)行了多平臺位移快速精確測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)。

1 多平臺位移測量系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)用戶能夠快捷、實(shí)時、多渠道地觀測位移數(shù)據(jù)，本文進(jìn)行了多平臺位移快速精確測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)， 構(gòu)建了基于Windows的PC端藍(lán)牙數(shù)據(jù)接收和顯示模塊，實(shí)現(xiàn)用戶可通過電腦對單片機(jī)采集的位移數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時、快速、精確的顯示；為了解決用戶在沒有電腦的情況下也能進(jìn)行位移數(shù)據(jù)觀測，構(gòu)建了基于Android的移動設(shè)備的藍(lán)牙數(shù)據(jù)接收和顯示模塊，實(shí)現(xiàn)用戶通過手機(jī)對單片機(jī)采集的位移數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時、快速、精確的顯示。如圖1所示，該多平臺位移快速精確測量系統(tǒng)包含了位移傳感器模塊、單片機(jī)系統(tǒng)、接收和顯示模塊。通過設(shè)計(jì)單片機(jī)外圍電路，以構(gòu)建包含AD轉(zhuǎn)換模塊和藍(lán)牙模塊的單片機(jī)系統(tǒng)。選擇合適的位移傳感器，設(shè)計(jì)傳感器外圍電路，實(shí)現(xiàn)將位移值轉(zhuǎn)換成電壓值（模擬量）；通過AD轉(zhuǎn)換模塊，將表示位移的電壓值（模擬量）轉(zhuǎn)換成數(shù)字量；通過AD接口，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對數(shù)字量的讀取，并將該數(shù)字量轉(zhuǎn)換成位移值；通過藍(lán)牙模塊，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對位移值的發(fā)送。該多平臺位移快速精確測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

1.1 多平臺位移測量系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)

PC（Windows）客戶端控制系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)，如圖2所示。 為減小 Windows 客戶端系統(tǒng)的大小，降低軟件復(fù)雜度， 提高軟件運(yùn)行速度，Windows 客戶端系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)只包含登入管理、系統(tǒng)管理、位移檢測和輔助功能 4個子模塊。

1.2 多平臺位移測量系統(tǒng)的工作流程

多平臺位移測量系統(tǒng)的工作流程，如圖3所示。用戶通過訪問Windows客戶端或者Android客戶端，即可接收到藍(lán)牙所發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，其中將構(gòu)建檢測狀態(tài)字，目的是減少藍(lán)牙發(fā)送的數(shù)據(jù)量，提高發(fā)送速度，同時使單片機(jī)能夠快速識別用戶需求。

2 多平臺位移測量系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 變阻值位移傳感器模塊

直線位移傳感器的功能在于把直線機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換成電信號。為了達(dá)到這一效果，通常將可變電阻滑軌定置在傳感器的固定部位，通過滑片在滑軌上的位移來測量不同的阻值。傳感器滑軌連接穩(wěn)態(tài)直流電壓，允許流過微安培的小電流，滑片和始端之間的電壓，與滑片移動的長度成正比。

2.2 AD轉(zhuǎn)換模塊

A/D轉(zhuǎn)換器是用來通過一定的電路將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。在此該多平臺位移測量系統(tǒng)當(dāng)中，我們使用的模擬量是位移量，經(jīng)過直線位移傳感器轉(zhuǎn)化為電壓信號。

2.3 單片機(jī)模塊

該多平臺位移測量系統(tǒng)使用的單片機(jī)是STC89C52單片機(jī)，單片機(jī)具有實(shí)時控制能力強(qiáng)的特點(diǎn)。[3]圖4為單片機(jī)最小系統(tǒng)電路，該電路中具有晶振電路和復(fù)位電路。

2.4 藍(lán)牙模塊

藍(lán)牙通信基于 HC-06 系列藍(lán)牙芯片實(shí)現(xiàn)。基于位移檢測控制電路、AD轉(zhuǎn)換控制電路、 藍(lán)牙控制電路和單片機(jī)最小系統(tǒng)電路，設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路，如圖5所示。

3 多平臺位移測量系統(tǒng)的應(yīng)用

本文對上述設(shè)計(jì)好的多平臺位移測量系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，構(gòu)建了單片機(jī)系統(tǒng)、AD轉(zhuǎn)換模塊、藍(lán)牙模塊和數(shù)據(jù)接收顯示模塊，如圖6所示。在Visual studio 2008開發(fā)環(huán)境下編譯出基于Windows XP/Windows7平臺的人機(jī)交互界面及藍(lán)牙設(shè)備實(shí)時控制程序，實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙數(shù)據(jù)接收和顯示模塊，從而實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)采集數(shù)據(jù)的實(shí)時顯示。在Eclipse開發(fā)環(huán)境下編譯出基于Android系統(tǒng)的人際交互界面以及藍(lán)牙設(shè)備實(shí)時控制程序，實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙數(shù)據(jù)接收和顯示模塊，從而實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)采集數(shù)據(jù)的實(shí)時顯示。

本多平臺位移測量系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果如圖7所示。通過改變位移傳感器桿的長度，可以實(shí)時地檢測到位移值的變化。

4 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)并開發(fā)了一種基于Windows/Android的多平臺位移快速精確測量系統(tǒng)，構(gòu)建了包含AD轉(zhuǎn)換模塊、藍(lán)牙模塊的單片機(jī)系統(tǒng)；選擇合適的位移傳感器，設(shè)計(jì)傳感器外圍電路，實(shí)現(xiàn)了將位移值轉(zhuǎn)換成電壓值（模擬量）；通過AD轉(zhuǎn)換模塊，將表示位移的電壓值（模擬量）轉(zhuǎn)換成數(shù)字量；通過AD接口，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)對數(shù)字量的讀取，并將該數(shù)字量轉(zhuǎn)換成位移值；通過藍(lán)牙模塊，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對位移值的發(fā)送，構(gòu)建了基于Windows的PC端藍(lán)牙數(shù)據(jù)接收和顯示模塊，實(shí)現(xiàn)了用戶可通過電腦對單片機(jī)采集的位移數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時、快速、精確的顯示；構(gòu)建了基于Android的移動設(shè)備的藍(lán)牙數(shù)據(jù)接收和顯示模塊，實(shí)現(xiàn)了用戶通過手機(jī)對單片機(jī)采集的位移數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時、快速、精確的顯示。

參考文獻(xiàn)：

[1]錢志鴻，楊帆，周求湛.藍(lán)牙技術(shù)原理、開發(fā)與應(yīng)用[M].北京： 北京航空航天大學(xué)出版社，2006.

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[3]杜洪林.論單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016.