【導(dǎo)讀】殊場合的信息測量。藍牙技術(shù)作為一種短距離無線通信技術(shù)，跳頻更快，數(shù)據(jù)包更短，技術(shù)更穩(wěn)定。而且藍牙技術(shù)具有一整套全新的協(xié)議體系，可以應(yīng)用于更多的場景。本論文研究、設(shè)計并實現(xiàn)了基于藍牙的無線測量系統(tǒng)。主要包括以下內(nèi)容:. 分析了藍牙技術(shù)的特點、核心協(xié)議的組成體系、藍牙通信原理、藍牙。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、以及應(yīng)用中的移動性與安全性等。采集器系統(tǒng)硬件以低功耗AVR單片機ATmega128L和藍牙通信模塊為核心，還包含溫度傳。感器、在線編程接口等，進行了電路原理圖設(shè)計、PCB設(shè)計以及PCB板調(diào)試。集、藍牙數(shù)據(jù)通信等功能?？刂贫塑浖饕M行了藍牙串口通信與數(shù)據(jù)信息處理的設(shè)計與實現(xiàn)。制端通過串口接藍牙模塊與采集器進行藍牙無線通信.信相結(jié)合的方式。通過測試，本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多路傳感器數(shù)據(jù)采集，藍牙無線據(jù)傳輸，監(jiān)控端對接收數(shù)據(jù)進行

　　

【正文】 在外部媒介中的應(yīng)用程序搬移到 ATmega128L 的 Flash 代碼區(qū)，搬移成功后自動去執(zhí)行代碼，完成自啟動，這為產(chǎn)品化后程序的升級和維護提供了極大的方便。 Aimega128L 單片機 有一整套的編程和系統(tǒng)開發(fā)工具支持 :C 語言編譯器、宏匯編器、程序調(diào)試 /模擬器、在線仿真器和評估板。 Atmega128L 單片機既可以采用匯編語言開發(fā)，又以采用 C 語言開發(fā)，兩種方法都有各自的優(yōu)點。 下開發(fā)實現(xiàn)的，下面分別對采集器軟件各部分的實現(xiàn)細節(jié)進行說明。 采集器軟件流程 采集器軟件流程如圖 所示。首先，系統(tǒng) _[電啟動后，進行系統(tǒng)初始化 。然后，查詢藍牙模塊是否建立正確連接，建立藍牙通信路徑 。等待控制端發(fā)送的采集命令，采用中斷方式啟動一次數(shù)據(jù)采集和發(fā)送過程 。在發(fā)送結(jié)束后，查詢是否有終止采集命令 ，如果有，則結(jié)束主程序，否則繼續(xù)等待采集命令 。在數(shù)據(jù)采集或發(fā)送過程中，檢測電池電量是否充足，若電量不足，則結(jié)束主程序。 27 系統(tǒng)初始化 系統(tǒng)初始化只執(zhí)行一次，對采集器硬件設(shè)備進行初步的設(shè)置，包括單片機 ADC 模塊、 USART 接口、 1/0 接口和中斷向量。進行通信之前首先要對 USART 進行初始化設(shè)置。初始化過程通常包括波特率的設(shè)定、幀結(jié)構(gòu)的設(shè)定、以及根據(jù)需要使能接收器或發(fā)送器。對于中斷驅(qū)動的 USART 操作，在初始化時首先要清零全局中斷標志位 (全局中斷被屏蔽 )。重 新改變 USART 的設(shè)置應(yīng)該在沒有數(shù) 據(jù)傳輸?shù)那闆r下進行。數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu) LLIUCSRB 和 UCSRC 寄存器中的 UCSZZ:0、 UPMI:0 USB 設(shè)定， uSART 的字長位 UCSz2:0 確定了數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)位數(shù) 。校驗?zāi)Ｊ轿?UPMI:O 用于使能與決定校驗的類型 。USBS 位設(shè)置幀有一位或兩位結(jié)束位。接收器忽略第二個停止位，因此幀錯誤 (FE)只在第一個結(jié)束位為“ 0”時被檢測到。 接收與發(fā)送必須使用相同的設(shè)置，設(shè)置的任何改變都可能破壞正在進行的數(shù)據(jù)傳送與接收。 部分實現(xiàn)代碼如下 : 28 數(shù)據(jù)傳送模塊 數(shù)據(jù)傳送模塊在接收到數(shù)據(jù)采集模塊遞交的各路傳 感器數(shù)據(jù)后，通過 USART 口連接的藍牙模塊對數(shù)據(jù)進行傳送。 USART 控制和狀態(tài)寄存器 UCSRnA的 TXC標志位可以用來檢驗一個數(shù)據(jù)幀的發(fā)送是否己經(jīng)完成， RXC 標志位可以用來檢驗接收緩沖器中是否還有數(shù)據(jù)未讀出。在每次發(fā)送數(shù)據(jù)之前，即寫發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器 UDR 前， TXC 標志位必須 清零。發(fā)送數(shù)據(jù)時，置位 UCSRB 寄存器的發(fā)送允許位 TXEN 將使能 USART 發(fā)送器。使能后 TXD引腳的通用陽功能即被 USART 功能所取代，成為發(fā)送器的串行輸出引腳。如果使用同步發(fā)送模式，施加于 XCK 引腳上的時鐘信號即為數(shù)據(jù)發(fā)送的時鐘。然后 ，將以 5 到 8 個數(shù)據(jù)位的方式發(fā)送幀，首先將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)加載到發(fā)送緩存器將啟動數(shù)據(jù)發(fā)送，加載過程即為 CPU 對 UDR 寄存器的寫操作。當(dāng)移位寄存器可以發(fā)送新一幀數(shù)據(jù)時，緩沖的數(shù)據(jù)將轉(zhuǎn)移到移位寄存器。當(dāng)移位寄存器處于空閑狀態(tài) (沒有正在進行的數(shù)據(jù)傳輸 )，或前一幀數(shù)據(jù)的最后一個停止位傳送結(jié)束，它將加載新的數(shù)據(jù)。一旦移位寄存器加載了新的數(shù)據(jù)，就會按照設(shè)定的波特率完成數(shù)據(jù)的發(fā)送。接收數(shù)據(jù)時，置位 UCSRB寄存器的接收允許位 RXEN 即可啟動 USART 接收器。接收器使能后 RXD的普通引腳功能被 USART功能所取代，成為接收器的 串行輸入口。如果使用同步操作， XCK引腳上的時鐘被用為傳輸時鐘。然后，將以 5 到 8 個數(shù)據(jù)位的方式接收幀，一旦接收器檢測到一個有效的起始位，便開始接收數(shù)據(jù)。起始位后的每一位數(shù)據(jù)都將以所設(shè)定的波特率或 xCK 時鐘進行接收，直到收到一幀數(shù)據(jù)的第一個停止位。接收到的數(shù)據(jù)被送入接收移位寄存器。第二個停止位會被接收器忽略。接收到第一個停止位后，接收移位寄存器就包含了一個完整的數(shù)據(jù)幀。這時移位寄存器中的內(nèi)容將被轉(zhuǎn)移到接收緩沖器中，通過讀取 UDR 就可以獲得接收緩沖器的內(nèi)容。 數(shù)據(jù)傳送的部分實現(xiàn)代碼如下 29 設(shè)計 控制端軟件流程 本系統(tǒng)設(shè)計中， PC 機控制端的應(yīng)用程序是在 VisualC++環(huán)境下實現(xiàn)的，采用高效率的多線程編程方式，實現(xiàn)對采集器工作控制、藍牙串口數(shù)據(jù)通信、信息提取與處理、圖形顯示與分析等功能。 控制端軟件主程序流程圖 所示。 首先按照采集器端的串行數(shù)據(jù)格式對串口通信參數(shù)進行設(shè)置 。然后，按照設(shè)定的參數(shù)打開指定的串口 。周期性的向串口發(fā)送命令，控制采集器的數(shù)據(jù)采集和傳送過程 。采集器完成一次數(shù)據(jù)采集并通過 30 藍牙通信模塊將數(shù)據(jù)傳送到 PC機， PC機通過串口進行數(shù)據(jù)讀取 。將取回的數(shù)據(jù)按照采集器發(fā) 送的數(shù)據(jù)格式進行解析，提取三路傳感器的信息，并分別進行處理、分析和顯示。 初始化串口控件 本文的 PC 機串口編程是使用 MFC 的 MSComm 控件實現(xiàn)的。 MSComm 控件是微軟公司開發(fā)的專門用于串行通信的控件，它是串行通信程序和 PC 機串口之間的橋梁，對串口的基本操作包括創(chuàng)建、設(shè)置、打開、關(guān)閉、以及數(shù)據(jù)讀寫等。 首先，在程序中創(chuàng)建 MSComm通信控件，然后使用控件提供的對 Windows串口通訊驅(qū)動程序的API 函數(shù)接口，只需要設(shè)置和監(jiān)視 MSC0mm 控件的屬性和事件。對串口的初始化設(shè)置包括端口選擇、波特率、奇 偶校驗方式和數(shù)據(jù)幀格式等參數(shù)。需要使用的 Mseomm 控件屬性包括 :Create()、Getportopen()、 Setportopen()、 SetlnBuffersize()、 SetoutBuffersizeO、 SetlnPutLenO、 SetlnPutMode()、SetRThreshold()、 SetsettingsO、 SetoutBufferCountO 等。 部分實現(xiàn)代碼如下 : ’ 采集設(shè)置與啟動 在控制端軟件中采用多線程的方法來實現(xiàn)對采集器控制、藍牙串口通信和數(shù)據(jù)處理顯示等功能。主線程 負責(zé)接收采集器傳送的各路傳感器的數(shù)據(jù)信息，由于采集數(shù)據(jù)不需要 連續(xù)接收，所以主線程只是在串口接收數(shù)據(jù)緩存器有數(shù)據(jù)的時候才‘讀取數(shù)據(jù)，并將其存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，當(dāng)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)接收到一個完整的數(shù)據(jù)包時，就會把數(shù)據(jù)包傳送給數(shù)據(jù)處理模塊，對數(shù)據(jù)進行提取、處理和顯示。 由于控制端要以設(shè)定的時間間隔循環(huán)向采集器發(fā)送采集命令，為了提高程序的執(zhí)行效率，需要 31 開設(shè)獨立的輔助線程 (采集控制線程 )。主線程啟動的輔助線程負責(zé)控制采集器啟動采集程序，由于控制信息需要周期發(fā)送，控制線程一旦啟動就會周期性的發(fā)送采集命令。每當(dāng)主窗口點擊查詢控件 時，就會觸發(fā)事件通知采集控制線程，這時采集控制線程就會從串口發(fā)送采集命令，并通過藍牙模塊傳送到采集器，采集器便開始按設(shè)定的周期對多路傳感器數(shù)據(jù)進行循環(huán)采集和發(fā)送。 部分實現(xiàn)代碼如下 : 數(shù)據(jù)接收與處理 (1)控件實現(xiàn)數(shù)據(jù)包接收 使用 MSC0mm 控件實現(xiàn)串口通信，主要是向串口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。發(fā)送數(shù)據(jù)時，使用 SetoutPuto函數(shù)，將待發(fā)送數(shù)據(jù)放入發(fā)送緩沖區(qū)，然后串口硬件電路根據(jù)設(shè)定的波特率，以一定的時間間隔不斷從發(fā)送緩沖區(qū)獲取數(shù)據(jù)，然后將其通過 COM口發(fā)送出去。接收數(shù)據(jù)時，串口硬件電路根據(jù) COM端口線路狀態(tài)，自動從端口獲取數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)依次放入接收緩沖區(qū)中 (硬件電路這些操作并不受任何軟件控制 )。然后， MSC0mm 控件監(jiān)測接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)長度，當(dāng)發(fā)現(xiàn)其大于 RThresho 記屬性值時，產(chǎn)生 OnComm 事件，并且將 CommEvent 屬性值設(shè)置為 2，以通知串口程序接收緩沖區(qū)中收到的數(shù)據(jù)。為避免緩沖區(qū)溢出等問題，必須合理設(shè)置 reshold 屬性值、 InputLen 屬性值，結(jié)合 32 InBuffereount 屬性值，采用合理的讀取數(shù)據(jù)方法。 部分實現(xiàn)代碼如下 : (2)接收數(shù)據(jù)解析與提取 在系統(tǒng)中規(guī)定 了采集器與控制端之間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。在數(shù)據(jù)傳送中必須采用統(tǒng)一結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)格式，即接收數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)與采集數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)一致。所以在對接收數(shù)據(jù)包進行解析的時候，數(shù)據(jù)處理模塊要根據(jù)接收數(shù)據(jù)包的結(jié)構(gòu)定義從數(shù)據(jù)包中提取出所需的有效數(shù)據(jù)。 由于發(fā)送端的數(shù)據(jù)包含三路傳感器信息，并且按順序循環(huán)存儲，因此，需確定數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)開始標志，接下來依次提取三路有效數(shù)據(jù)，分別將其分開處理。數(shù)據(jù)開始標志為系統(tǒng)定義的握手信號，以特定字符標志。 數(shù)據(jù)顯示與分析 如果能夠?qū)Σ杉降亩嗦窋?shù)據(jù)分開并進行實時圖形顯示，對于了解系統(tǒng)的工作狀態(tài)以便 做出相應(yīng)的調(diào)整，將非常有實際意義，這就需要把數(shù)據(jù)接收與顯示進行同步。用多線程技術(shù)，把數(shù)據(jù)接收與顯示放到不同的線程中實現(xiàn)，只須解決兩者間的協(xié)調(diào)同步，就可以滿足數(shù)據(jù)接收與顯示的實時同步。在控制器軟件中，數(shù)據(jù)接收是由主線程實現(xiàn)的，而顯示是由顯示線程實現(xiàn)的，兩者通過全局數(shù)據(jù)對象進行數(shù)據(jù)的共享。 數(shù)據(jù)接收線程將采集數(shù)據(jù)放到共享數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，而顯示操作從共享數(shù)據(jù)緩沖區(qū)取出數(shù)據(jù)進行顯示。為了解決數(shù)據(jù)接收與顯示的實時同步，必須首先解決兩線程間的數(shù)據(jù)共享問題。在程序中聲明了一個全局數(shù)據(jù)對象，作為接收存儲操作和顯示取數(shù)操作共同 作用的全局對象，同時使用臨界區(qū)作為兩線程間共享全局數(shù)據(jù)時的同步對象。利用 C++類封裝所需的共享數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，向共享緩沖區(qū) 33 寫數(shù)據(jù)和從共享緩沖區(qū)提取數(shù)據(jù)等操作，同時封裝同步對象，以解決全局數(shù)據(jù)對象在數(shù)據(jù)存儲與提取數(shù)據(jù)兩種操作上的相互協(xié)調(diào)問題 第四章 測試與結(jié)果 硬件測試 軟件測試 系統(tǒng)通信測試 本章小結(jié) 第五章 結(jié)論與展望 主要成果與結(jié)論 不足及下一步研究方向 前景展望 34 附錄 A 系統(tǒng)電路圖 35 溫度傳感器 ds1820 的匯編程序 晶振： 12M TEMPER_L EQU 36H TEMPER_H EQU 35H TEMPER_NUM EQU 60H FLAG1 BIT 00H DQ BIT AAA:MOV SP,70H LCALL GET_TEMPER LCALL TEMPER_COV LJMP AAA NOP 。讀出轉(zhuǎn)換后的溫度值 GET_TEMPER: SETB DQ 。 定時入口 BCD:LCALL INIT_1820 JB FLAG1,S22 LJMP BCD 。 若 DS18B20 不存在則返回 36 S22:LCALL DELAY1 MOV A,0CCH 。 跳過 ROM 匹配 0CC LCALL WRITE_1820 MOV A,44H 。 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令 LCALL WRITE_1820 NOP LCALL DELAY LCALL DELAY CBA:LCALL INIT_1820 JB FLAG1,ABC LJMP CBA ABC:LCALL DELAY1 MOV A,0CCH 。 跳過 ROM 匹配 LCALL WRITE_1820 MOV A,0BEH 。 發(fā)出讀溫度命令 LCALL WRITE_1820 LCALL READ_18200 。READ_1820 RET 。讀 DS18B20 的程序 ,從 DS18B20 中讀出一個字節(jié)的數(shù)據(jù) READ_1820: MOV R2,8 RE1: CLR C SETB DQ NOP NOP CLR DQ NOP NOP NOP SETB DQ MOV R3,7 DJNZ R3,$ MOV C,DQ MOV R3,23 DJNZ R3,$ RRC A DJNZ R2,RE1 RET 。寫 DS18B20 的程序 WRITE_1820: MOV R2,8 37 CLR C WR1: CLR DQ MOV R3,6 DJNZ R3,$ RRC A MOV DQ,C MOV R3,23 DJNZ R3,$ SETB DQ NOP DJNZ R2,WR1 SETB DQ RET 。讀 DS18B20 的程序 ,從 DS18B20 中讀出兩個字節(jié)的溫度數(shù)據(jù) READ_18200: MOV R4,2 。 將溫度高位和低位從 DS18B20 中讀出 MOV R1,36H 。 低位存入 36H(TEMPER_L),高位存入 35H(TEMPER_H) RE00: MOV R2,8 RE01: CLR C SETB DQ NOP NOP CLR DQ NOP NOP NOP SETB DQ MOV R3,7 DJNZ R3,$ MOV C,DQ MOV R3,23 DJNZ R3,$ RRC A DJNZ R2,RE01 MOV @R1,A DEC R1 DJNZ R4,RE00 RET 。將從 DS18B20 中讀出的溫度數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換 TEMPER_COV: