手机蓝牙寻物.docx
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手机蓝牙寻物
蓝
牙
寻
物
器
学生:
指导教师:
2014年10月16日
摘要
本电路主要有三个模块构成:
手机控制模块、单片机处理模块、蓝牙接收模块、主要采用STC89C52单片机为主要芯片、由HC-06蓝牙转串口模块、蜂鸣模块、LED灯模块和一部安卓手机,通过安卓手机串口通讯助手软件,具有远程控制LED灯和蜂3鸣器的功能,可进行两种形式的提醒操作,并可启动和关闭,具有声光两种感官的提醒功能。
通电后可以用手机发现物体所在位置,并可在发现后关闭提醒,达到蓝牙寻物的目的。
关键词:
STC89C52单片机,Quartus,VerilogHDL编程,HC-06蓝牙接受模块,串口通讯助手,蜂鸣器
目录
第1章系统概述2
1.1背景知识2
1.2设计内容2
1.3设计功能3
1.4设计意义3
第2章系统方案3
2.1方案论证3
2.2方案组成4
2.3STC89C52的介绍4
2.4单片机最小系统5
第3章程序设计6
第4章PCB设计9
第5章调试与测试13
第6章结论与体会13
第1章系统概述
1.1背景知识
近年来随着计算机在社会领域的渗透,单片机也渗透到我们生活的各个领域,带动传统控制检测日新月异更新。
所谓单片机,就是把中央处理器CPU(CentralProcessingUnit)、存储器(Memory)、定时器、I/0(Input/Output)接口电路等一些计算机的主要功能部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。
虽然单片机只是一个芯片,但从组成和功能上看,它已具有了微型计算机系统的含义。
中文“单片机”的称呼由英文名称“SingleChipMicrocomputer”直接翻译而来。
单片机把微型计算机的各主要部分集成在一块芯片上,大大缩短了系统内信号传送距离,从而提高了系统的可靠性及运行速度。
因而在工业测控领域中,单片机系统是最理想的控制系统。
所以,单片机是典型的嵌人式系统,是嵌入式系统低端应用的最佳选择。
根据控制应用的需要,可以将单片机分成为通用型和专用型两种类型。
通用型单片机是一种基本芯片,它的内部资源比较丰富,性能面且适用性强,能覆盖多种应用需求。
用户可以根据需要设计成各种不同应用的控制系统
日新月异的生活下,人们经常在居住的室内找不到日常需要的小东西。
室内蓝牙寻物器能准确是需要找的东西发出信号,从而使寻找精准,快捷。
蓝牙(Bluetooth)是无线网络传输技术的一种,原本是用来取代红外的。
与红外技术相比,蓝牙无需对准就能传输数据,传输距离小于10米(红外的传输距离在几米以内)。
而在信号放大器的帮助下,通讯距离甚至可达100米左右。
基本思路:
通过一个信号发生器,和很多贴于小物体的微型信号接收器,使物体能更好地接收到寻找信号。
1.2设计内容
(1)本系统由STC89C52单片机系统,LED1602,安卓版手机蓝牙寻物,有源蜂鸣器,发光二极管,12M晶振和三极管组成。
(2)绘制系统硬件接线图,并进行系统仿真。
1.3设计功能
(1)以STC89C52系列单片机为核心器件,组成一个可远程遥控的防盗追踪系统
(2)可以实现远程控制发出led灯光和蜂鸣器报警来提醒。
1.4设计意义
先进性:
市场上暂无为室内寻找物品提供方便的产品,蓝牙寻物器填补市场空白,方便了人们的家居生活。
科学性:
室内寻物器,采用一个固定信号发生器控制,可以添加N个接收器。
所需寻找的物体,只需要贴上微信接收器,便可随时与发生器联系起来。
使寻找变得有方向,有目的。
可节约使用者在杂乱无章地寻找中浪费的时间精力。
第2章系统方案
2.1方案论证
方案一:
选用手机发出声音信号,信号通过传感器,再通过ADC转换后由单片机控制led或者蜂鸣器。
方案二:
选用HC-06蓝牙转串口模块,实现串口和手机的通讯。
以STC89C52系列单片机为核心器件,组成一个可远程遥控的防盗追踪系统
可以远程遥控蜂鸣器,实现追踪功能。
及时关闭蜂鸣器和LED灯,节约能源
由于第一种方案功能单一,且ad转换操作性太强。
我们选用HC-06蓝牙转串口模块的方案。
设计时可采用模块化程序设计方法。
模块划分时应遵循下述原则:
(1)每个模块应具有独立的功能,能产生一个明确的结果。
(2)模块之间的控制参数应尽量简单,数据参数应尽量少。
控制参数是指模块进入和推出繁荣条件及方式,数据参数是指模块间的信息交换方式、交换量的多少及交换的频繁程度。
(3)模块长度适中。
模块语句的长度通常在20~100条较合适。
模块太长时,分析和调试比较困难,失去了模块化程序结构的优越性;模块太短则信息交换太频繁,也不合适。
2.2方案组成
硬件部分由复位按钮、蜂鸣器电路、led灯电路、三极管电路、stc89c52单片机最小系统、上拉电阻、蓝牙模块等组成。
软件部分主程序主要由系统初始化段、定时器中断程序、led灯处理、蜂鸣器处理等子程序组成。
2.3STC89C52的介绍
STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器。
STC89C52使用经典的MCS-51内核,但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。
在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
具有以下标准功能:
8k字节Flash,512字节RAM,32位I/O口线,看门狗定时器,内置4KBEEPROM,MAX810复位电路,3个16位定时器/计数器,4个外部中断,一个7向量4级中断结构(兼容传统51的5向量2级中断结构),全双工串行口。
另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。
最高运作频率35MHz,6T/12T可选。
2.4单片机最小系统
为确保微机系统中电路稳定可靠工作,复位电路时必不可少的一部分,复位电路的第一功能是上电复位。
一般微机电路正常工作需要供电电源为5v±5%,即4.75~5.25v。
由于微机电路时时序数字电路,它需要稳定的时钟信号,因此在电源上电时,只有当VCC超过4.75v低于5.25v以及晶体振荡器稳定工作时,复位信号才被撤除,微机电路开始正常工作。
目前为止,单片机复位电路主要由四种类型:
(1)微分型复位电路
(2)积分型复位电路(3)比较器型复位电路(4)看门狗型复位电路。
现在详细介绍看门狗复位电路:
看门狗型复位电路主要利用CPU正常工作时,定时复位计数器,使得计数器的值不超过某一值;当CPU不能正常工作时,由于计数器不能被复位,因此其计数会超过某一值;从而产生复位脉冲,使得CPU恢复正常工作状态。
典型应用的Watchdog复位电路如图所示。
此复位电路的可靠性主要取决于软件设计,即将定时向复位电路发出脉冲的程序放在何处。
一般设计,将此段程序放在定时器中断服务子程序中。
然而,有时这种设计让然会引起程序走飞或工作不正常。
原因主要是:
当程序走飞发生时定时器初始化以及开始中断之后的话,这种走飞情况就有可能不能由Watchdog复位电路校正回来。
因为定时器中断一直在产生,即使程序不正常,Watchdog也能被正常复位。
为此提出定时器加预设的设计方法。
即在初始化时压入堆栈一个地址,在此地址内执行的是一条关中断和一条死循环语句。
在所有不被程序代码占用的地址尽可能地用子程序返回指令RET代替。
这样,当程序走肥厚,其进入陷阱的可能性将大大增加。
而一旦进入陷阱,定时器停止工作并且关闭中断,从而使Watchdog复位电路会产生一个复位脉冲将CPU复位。
当然这种技术用于实时性较强的控制或处理软件中有一定的困难。
第3章程序设计
蓝牙寻物器的设计制作过程中有很多宏器件是由VerilogHDL语言编程而生成的,本章主要介绍生成这些元件的代码。
代码如下:
#include
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
uchartmp=0;
sbitled_g=P2^4;//指示灯绿
sbitled_r=P2^5;//指示灯红
sbitspeaker=P2^6;//蜂鸣器
voiddelay(uinta)
{
uintx,y;
for(x=a;x>0;x--)
for(y=114;y>0;y--);
}
voidinit()//串口初始化
{
ES=0;//关中断
SCON=0x50;//REN=1允许串行接受状态,串口工作模式1,
//10位UART(1位起始位,8位数据位,1位停止位,无奇偶校验),波特率可变
TMOD=0x20;//定时器1工作于方式2,8位自动重载模式,用于产生波特率
TH1=TL1=0xFD;//波特率9600(本次测试采用晶振为11.0592)
PCON&=0x7f;//波特率不倍增
TR1=1;//定时器1开始工作,产生波特率
//TI=0;//发送标志位置0
RI=0;//接收标志位置0
//EA=0;
ES=1;
led_g=1;
led_r=0;
speaker=0;
delay(2000);
led_g=0;
led_r=0;
speaker=1;
}
voidctrl()//接收处理函数
{
if(tmp)
while
(1)
{
led_r=1;//指示灯点亮
speaker=0;//打开蜂鸣器
delay(1000);
led_r=0;//指示灯关闭
speaker=1;//关闭蜂鸣器
delay(1000);
}
}
voidmain()
{
init();
while
(1)
{
if(RI==1)//是否有数据到来
{
RI=0;//串行接收中断标志
tmp=SBUF;//暂存接收到的数据
ctrl();
}
}
}
第4章PCB设计
软件部分设计完成后,我们小组开始着手设计硬件部分电路,根据Quartus设计的整体电路图,我们使用AltiumDesigner软件完成PCB的绘制。
由于绘制PCB图之前需要先生成原理图文件,故将原理图文件放在本章与PCB图一起作解释说明。
本次课程设计是基于STC89C52单片机芯片完成的,其芯片、晶振、蓝牙传输、复位的原理图符号如下图4-1:
图4-1
经过查阅资料和引脚锁定编译出错等几次查找错误后,我们绘出了电源的原理图,如图4-2。
图4-2
其余部位的原理图如下图4-3:
图4-3
编译成功后,我们将原理图导入到PCB文件中,在布线过程中,我们在PCB图中产生了两条飞线,处理飞线时我们多加了2个焊盘,方便连接导线。
经过不断的探索与测试修正最终确定参数设置为普通线宽:
1mm,地线和电源线:
2mm,一般焊盘孔径为0.8mm,尺寸为2.2mm*2.2mm规格,接口P1和P2焊盘孔径为1mm,如图4-4、4-5所示。
图4-4
图4-5
我们将不同功能部件合理分在不同区域,合理排布,方便接入导线和电源线,我们小组的PCB整体电路设计图如下图4-6:
图4-6
第5章调试与测试
实物如图5-1:
图5-1
我们进行了如下的调试:
(1)电路板导电性能是否完好,各连接处有无接触不良。
(2)检查元器件引脚之间有无短路,二极管极性连接有无反向。
(3)电源端对地有无存在短路。
第6章结论与体会
经过20天的不懈努力,我们小组最终完成了蓝牙寻物器的课程设计,看着我们做出来的实物和显示效果,我们很激动也有些遗憾,回顾整个课程设计过程,我们小组总结如下:
课题设计用途:
实现手机在一定距离内对丢失物体的无线搜寻。
课题设计特点:
电源的自行设计,无需外加电源。
课题设计不足:
操作的距离相对较短,不能实现远距离的搜寻过程。
心得体会:
短短几天的课程设计让我们学更加熟悉了QuartusII,MULTISM及AltiumDesigner这些软件,体会到了VHDL编程以及电路焊接的乐趣,也深切感悟到次课程设计对于我们来说,是一种历练与考验。
整个制作过程紧张而又快乐,我们每个人各展所长,发挥自己的价值,把全部的心血浇筑到这个设计上,组长更是为此废寝忘食,整天泡在在实验室而无怨无悔。
但水位计的制作过程并非想象中那么顺利。
刚开题时通过老师上课的讲解,我们有了大致的思路,并且有了总体设计方案。
但在实现过程中却出现了问题,将整个设计分为几个模块后,我们分模块攻克。
通过查资料,写代码,分模块仿真电路之后,发现自己设计的电源很难控制好,不断的调试才查处错误。
除此之外绘制PCB图纸也让我们大伤元气,由于使用AltiumDesigner,操作还不是很娴熟,缺乏一些经验与技巧,布线布了很长的时间,原本花了一天布好的线在经过老师的检查之后瞬时变得一无是处,因不太懂线宽、孔径等一些规则,所以花费了较长时间去更改这些,最后终于满足了一切要求。
焊接电路板的过程还算顺利,但是在此之前的安装元件与检查过程的粗心大意为我们带来了很大的困扰。
首先由于芯片引脚放置点与某一接线柱的距离太近导致芯片无法正常接入电路,我们一度想要放弃这块得来不易的电路板,但又十分不想之前的一切辛苦化为乌有,经过百般周折后芯片终于能够稳固在板子上并能正常工作了。
其次一些接错的原件使我们不得不借来吸锡器将原来焊好的地方弄开在正确放置。
可以说实习是一个艰辛的过程,我们组员既有明确的分工又互帮互助,为了这个项目经常整天泡在实验室。
在完成了项目之后,有一种如释重负的感觉。
项目开发过程最重要的是团队精神,这是小组全体成员的心声,在整个项目文档制作过程中,没有谁能够真正一个人走下去,做项目如此,我们每个人的生活亦是如此,没有人能真正独立于社会生活。
项目团队是我们社会生活的一个缩影,它让我们认识到项目开发需要优秀的团队,需要良好的团队精神。
同时我们必须感谢老师的悉心指导,老师的话与想法总能指引我们正确的方向,在老师的提醒和教导下我们的问题解决的非常快并且总能在老师的提醒下产生一些好的点子。
通过课程设计提高了我们对所学知识的综合应用能力,全面检查并掌握所学内容。
根据课上老师讲授内容,学生在实践中做相应的自主练习。
从理论到实践,巩固了以前学的知识,同时学到了课堂上不能学到的内容,理论与实践的结合,这正是实习的魅力所在。
虽然课程设计的时间很短,一转眼就过去了,在整个课程设计的过程中,非常感谢老师对我们的严格要求和悉心指导,感谢认得的或者不认得的同学的帮忙,也非常感谢我们小组成员,每个人都各尽其职,认真仔细的完成自己负责的每部分工作,我们相互协作,共同努力,虽然有些设计上的遗憾,但是我们学到了很多很多东西,这段时间让我们每个人都受益匪浅。
参考文献
【1】康华光.电子技术基础数字部分.第五版.高等教育出版社,2006.
【2】杨小雪.数字电子技术试验教程.西南交通大学出版社,2011.
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- 手机 蓝牙