基于Windows/Android的多平臺位移測量系統設計與開發

薛晶暖

摘要： 針對傳統的有線位移測量系統存在檢測數據顯示平臺單一、數據實時共享效率低、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。通過構建位移傳感器模塊、單片機系統、基于Windows的PC端數據接收和顯示模塊和基于Android的移動設備數據接收和顯示模塊，以同時滿足PC客戶端和移動設備對位移測量數據的實時顯示需求， 實現位移測量數據共享功能的最大化。

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.

關鍵詞： AD模塊；藍牙模塊；單片機；位移測量系統

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

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

0 引言

現代測量技術越來越追求自動化、集群控制、低功耗測量、多平臺數據觀測等特性。傳統的測量系統一般都是采用有線傳輸，而一般的工業現場或野外測量常因設備繁雜、場地有限、布線成本高等因素，限制了有線測量設備的使用。隨著微電子及通信技術的發展，短距離無線通信以其特有的抗干擾能力強、可靠性高、安全性好、受地理條件限制少、安裝施工簡便靈活等特點，在許多領域得到廣泛的應用。采用無線方式進行數據的傳達，不僅降低施工難度、簡化系統復雜度，還可以減少成本。藍牙技術是信息產業界的一大熱點，它代表了移動通信的一個發展方向，為短距離無線連接提供了一種低成本的解決方案。[1]藍牙屬于短距離的無線數據通信技術，是無線通信技術、數據通信技術、計算機技術和網絡技術的結合。藍牙無線通信技術具有較強的通用性，幾乎所有通信及信息領域相關設備都可以安裝藍牙模塊，為此，藍牙技術在現代生活當中得到了廣泛的應用[2]。

隨著科技水平的快速發展和人們生活水平的不斷提高，人們除了對產品性能要求高之外，對產品的人性化設計水平的要求更是越來越高。為了實現用戶能夠快捷、實時、多渠道的觀測位移數據，本項目進行了多平臺位移快速精確測量系統的設計與開發。

1 多平臺位移測量系統的方案設計

為了實現用戶能夠快捷、實時、多渠道地觀測位移數據，本文進行了多平臺位移快速精確測量系統的設計與開發， 構建了基于Windows的PC端藍牙數據接收和顯示模塊，實現用戶可通過電腦對單片機采集的位移數據進行實時、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行位移數據觀測，構建了基于Android的移動設備的藍牙數據接收和顯示模塊，實現用戶通過手機對單片機采集的位移數據進行實時、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包含了位移傳感器模塊、單片機系統、接收和顯示模塊。通過設計單片機外圍電路，以構建包含AD轉換模塊和藍牙模塊的單片機系統。選擇合適的位移傳感器，設計傳感器外圍電路，實現將位移值轉換成電壓值（模擬量）；通過AD轉換模塊，將表示位移的電壓值（模擬量）轉換成數字量；通過AD接口，實現單片機對數字量的讀取，并將該數字量轉換成位移值；通過藍牙模塊，實現單片機對位移值的發送。該多平臺位移快速精確測量系統的設計方案如圖1所示。

1.1 多平臺位移測量系統的組織結構

PC（Windows）客戶端控制系統組織結構，如圖2所示。 為減小 Windows 客戶端系統的大小，降低軟件復雜度， 提高軟件運行速度，Windows 客戶端系統的組織結構只包含登入管理、系統管理、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的工作流程

多平臺位移測量系統的工作流程，如圖3所示。用戶通過訪問Windows客戶端或者Android客戶端，即可接收到藍牙所發送的數據信息，其中將構建檢測狀態字，目的是減少藍牙發送的數據量，提高發送速度，同時使單片機能夠快速識別用戶需求。

2 多平臺位移測量系統的硬件設計

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械位移量轉換成電信號。為了達到這一效果，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。傳感器滑軌連接穩態直流電壓，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轉換模塊

A/D轉換器是用來通過一定的電路將模擬量轉變為數字量。在此該多平臺位移測量系統當中，我們使用的模擬量是位移量，經過直線位移傳感器轉化為電壓信號。

2.3 單片機模塊

該多平臺位移測量系統使用的單片機是STC89C52單片機，單片機具有實時控制能力強的特點。[3]圖4為單片機最小系統電路，該電路中具有晶振電路和復位電路。

2.4 藍牙模塊

藍牙通信基于 HC-06 系列藍牙芯片實現?；谖灰茩z測控制電路、AD轉換控制電路、 藍牙控制電路和單片機最小系統電路，設計系統硬件電路，如圖5所示。

3 多平臺位移測量系統的應用

本文對上述設計好的多平臺位移測量系統進行開發，構建了單片機系統、AD轉換模塊、藍牙模塊和數據接收顯示模塊，如圖6所示。在Visual studio 2008開發環境下編譯出基于Windows XP/Windows7平臺的人機交互界面及藍牙設備實時控制程序，實現藍牙數據接收和顯示模塊，從而實現對單片機采集數據的實時顯示。在Eclipse開發環境下編譯出基于Android系統的人際交互界面以及藍牙設備實時控制程序，實現藍牙數據接收和顯示模塊，從而實現對單片機采集數據的實時顯示。

本多平臺位移測量系統的運行結果如圖7所示。通過改變位移傳感器桿的長度，可以實時地檢測到位移值的變化。

4 總結

本文設計并開發了一種基于Windows/Android的多平臺位移快速精確測量系統，構建了包含AD轉換模塊、藍牙模塊的單片機系統；選擇合適的位移傳感器，設計傳感器外圍電路，實現了將位移值轉換成電壓值（模擬量）；通過AD轉換模塊，將表示位移的電壓值（模擬量）轉換成數字量；通過AD接口，實現了單片機對數字量的讀取，并將該數字量轉換成位移值；通過藍牙模塊，實現單片機對位移值的發送，構建了基于Windows的PC端藍牙數據接收和顯示模塊，實現了用戶可通過電腦對單片機采集的位移數據進行實時、快速、精確的顯示；構建了基于Android的移動設備的藍牙數據接收和顯示模塊，實現了用戶通過手機對單片機采集的位移數據進行實時、快速、精確的顯示。

參考文獻：

[1]錢志鴻，楊帆，周求湛.藍牙技術原理、開發與應用[M].北京： 北京航空航天大學出版社，2006.

[2]方志平，葉建美，等.單片機應用技術[M].浙江：浙江大學出版社，2015.

[3]杜洪林.論單片機應用系統的可靠性設計[J].電子技術與軟件工程，2016.