基于Android平台的现场压力采集器

纪启国

（安徽城市管理职业学院信息工程系，安徽 合肥 230011）

基于Android平台的现场压力采集器

纪启国

（安徽城市管理职业学院信息工程系，安徽 合肥 230011）

基于国内基础设施大量建设，以及在地震中由于许多不达标建筑造成的安全事件频繁地发生，这就要求我们对于建筑材料与生产工艺的过程要实施更为严格和便捷的监控。目前具有Android系统的智能手机使用普遍，它不仅价格低且属于开放的操作系统，如果把它作为实时监控终端设备将可对建筑过程提供便捷及时的监控。

Android；嵌入式；程序设计；传感测量

引言

建筑材料力方面的参数是最重要的参数之一，随着建筑材料的日新月异与新工艺的不断发展，增加检测设备的灵活性、通用性和便携性就显得至关重要，本系统是以Android智能终端作为客户端，实现现场压力的采集，采用这种方式既可以满足实时采集监控又方便操作，是一个非常好的选择。因为Android系统［1］具有开源性，是其它系统无法比拟的，我们可以根据客户提出的需求，或客户可以根据特定现场需要，对采集软件等进行二次开发，实现交互式管理监测，这样不仅提高了本系统的实用性，也使本系统在使用进更加灵活。所以实行采样单元与计算分析单元分开，采样单元以电池供电通过蓝牙把采样力值和现场的环境参数发送到Android的手机上，通过手机的软件计算和分析，绘制成图形或数据报告，并且还可以通过3G或GSM把数据发送到公司的数据中心或保存在手机中。

一、系统硬件组成及工作原理

系统主要采用了高性能数字信号处理器DSPIC30F3012作为核心处理器，采用汇承信息的HC－07作为蓝牙信号收发器，小米1的MIUI为手机平台。系统结构框图如图1所示，首先，系统通过外部压力传感器、湿度传感器和湿度传感器把现场检测到的压力、温度和湿度的模拟信号数据转换成电压信号。其次，单片机只要通过AD模数转换功能单元对送来的压力信号、湿度信号和湿度信号进行电压信号采样，利用AD转换器把其采集到的数据转换成数字信号，通过蓝牙模块发送到智能手机终端，传出的这些数据将在终端上显示或进行简单的处理。最后，我们可以通过3G／GSM实时发送到公司的数据中心，中心根据发来的数据进行汇总判断，如果出现问题，可以回发警告信息提醒，从而达到数据中心对现场情况进行实时和严格的监控，确保工程建筑的施工质量。

图1 系统结构框图

1、DSPIC30F3012单片机

采用DSPIC30F3012单片机，首先通过AD单元对压力、湿度、湿度三个传感器收集的数据进行采样，将采集到的信号通过设计好的程序进行处理，然后将结果通过蓝牙模块发送到智能手机终端。本系统采用高性能改进型RISC CPU，其内部闪存程序空间有24 KB，片上数据RAM最大可达2 KB，1 KB的非易失性数据EEPROM，可以用来保存与传感器和测量过程中的相关数据，保存更换手机后或平台也可以直接工作。减少外加存储芯片，从而减小线路板体积保证更好的便捷性，片内DSP内核含有两个具备可选饱和逻辑的40位宽累加器，17位x 17位单周期硬件小数／整数乘法器，保证数据的处理实时性，其12位模数转换器，8个通道可满足大部分测量精度可以保证接入大量环境参数传感器［2］。它的外设也非常丰富，包括高灌电流／拉电流I／O引脚：25 mA／25 mA，3个16位定时器／计数器；16位输入捕捉功能；16位比较／PWM输出功能两个带有FIFO缓冲区的可寻址UART模块［3］，其引脚如图2所示。

图2 DSPIC30F3012单片机引脚图

图3 HC－07模块引脚图

2、蓝牙模块

系统的蓝牙模块采用的了广州汇承公司的HC－07模块，封装引脚如图3，该模块技术成熟，低成本。其体积小且灵敏度高，可达到－80dBm－4－＞6dBm，且输出功率可调，它的标准功率为Class 2，传输距离为10米，因自带2．4GHz天线，所以用户无需外加，该模块采用了UART接口与单片机直连，运用AT指令实现连接通讯，整个模块设置简单［4］。

3、传感器

传感器分为压力传感器和温湿度传感器两块，前者是把检测到的压力物理量转换成电压信号，后者是把检测到的温度物理量转换成相应的电压信号。首先，压力传感器采用RS传感器461－367，其压力范围0～40bra，精度为0．25%。电源电压10V［5］。模拟输出0～5V。有四个引脚分别为正负电源和信号输出正和负，其电路原理图如图4所示。

图4

其次，温湿度传感器的温度传感器采用合肥三晶电子的NTC热敏电阻［6］。其参数为：R25＝10K，B＝3950，电路原理图如图5所示。湿度传感器：采用电阻式传感器HIS－06N。供电电压：AC 0～5V＠0．5K～2K，测量范围：20～90%RH．湿度传感器特性：45．8KΩ＠ （50%RH 25℃1KHZ）湿度检测精度：＋／－5%RH，湿度传感器的供电电压力由DSPIC30F3012的PWM产生的1K方波，其电路图如图6所示。三个传感器的相应的被测电压分别连接上的DSPIC30F3012的3个AD引脚。

图5

图6

4、手机平台

终端采用小米智能手机，它包含了有1GB RAM＋4GB ROM，有蓝牙2．1，GPS，主要是它有2．3和4．0的版本，可以用于测试软件的兼容性。

二、系统软件设计

1、单片机软件设计

下位机软件采用了多模块设计，各功能部分相对明确，软件包括主程序、中断程序和相关处理程序 （如计算温度值，计算压力值，计算湿度值，蓝牙设置，蓝牙通讯等）组成。采用这种设计，程序可读性好，且二次开发相对简单，其主程序流程图和蓝牙通讯模块中断程序流程图如图7所示。

图7

2、Android软件设计

该系统主要由数据接收，数据处理，传感器校准，数据中心实时通讯。系统中的上位机的软件部分中的模块划分如图8所示。

图8

蓝牙通信：与采集单元通讯。读数字信号控制器送来的各传感器的值，并对系统各种参数进行设置或读取。

TCP通信：该系统的数据处理结果和重要的读数，通过手机通讯网络发送到数据中心。并接收数据中心发来的指令、警告或消息。

主显示：它能把用户需要的实测数据读取出来或绘制成图形，使整个测试过程易读，直观。

系统参数设置：对测量中的警告与步骤参数的设置，满足不同实际要求。

各模块校准：主要指的压力传感器。因为客户可能会根据实际测试的场合或环境不同，更换相应的传感器，而每种传感器的电气性能有差异，提供模块校准就可以满足不同的测力的要求。

数据处理：主要测量完成后对测量过程中的压力值，进行计算，分析，并且保存。

三、统界面设计

1、主界面设计

主界面设计如图9所示，显示当前样品序号，校准方式，下位机的电池电量，力值的单位，实时的温度与湿度，实时力值，以及与目标力值的差别百分数。其中，Start按键：实验开始和结束，数据分析与处理也实时运行。（开始后按键名称变成Stop）．Rest按键：实验开始前，力值清零。Save按键：保存实验数据与分析结果。

图9 主界面设计

图10 菜单设计

2、菜单设计

菜单设计如图10所示．包括有 （Setup：设置界面；LogData：保存的数据浏览与处理；Operations：运行系数设置；Calibration：力值校准；Job＃：样品的序号）

3、设置界面设计

图11 设置界面设计

图12 校准设置

设置界面设计如图11，其中包括：C－Factor：校准方式：十点或系数；AutoSave：自动保存开关；Auto zero：自动清零开关；PeakValue：显示最大值；Search devices：扫描下位机

4、校准设置

Sensor Span Factor－K：系数校准

Rated Capacity （kN）：额定范围 Rated OutPut（mv／v）：额定输出参数

10 points Linearisation－F10：十点线性校准

Range（kN）：额定范围Points：校准点数

5、十点核准：

图14

输入当前力值，按Enter记录当前电压毫伏值，依次记录十点。

6、蓝牙接收数据代码：

结论

为了检验本套系统的稳定性与实用性，以及抗干扰能力，提供一台样机给建筑检验单位实用。现场运行良好，实时采集的力值没有发生大的误差值。实验结果也可以实时发到建筑单位数据中心的服务器上，远程监控运行情况良好。

［1］蔡睿妍·Arduino的原理及应用［J］．电子设计工程，2012（16）：155－157．

［2］余敏，李伟，程亮亮·小张力动态检测系统设计［J］．工业控制计算机，2011，24（1）．

［3］http：／／www．elecfans．com／emb／xitong／20100919223434．htmReto MeierAndroid4．［EB／OL］．

［4］任小洪，傅成华，胡科·基于蓝牙技术的无线数据采集系统设计［J］．测控技术，2009，28（1）．

［5］吕浩杰，胡国清，邹卫等·高性能MEMS电容压力传感器的设计及其热分析［J］．光学精密工程，2010，18（5）．

［6］彭俊珍，林凤华·NTC热敏电阻的温度测量技术及线性电路［J］．湖北职业技术学院学报，2008，11（3）．

Field Pressure Collector Based on Android Platform

Ji Qiguo
（Department of Information Engineering，Anhui Occupational college of City Management，Hefei230011，Anhui，China）

Based on a large number of domestic infrastructure constructed，as well as many security incidents caused by substandard buildings frequently occur in the earthquake，which requires us to implement more stringent and convenient monitoring in the process of building materials and production technology．With Android Smartphone generally at present，it is not only low prices and an open operating system．Taking it as a real－time monitoring of terminal equipment will be able to provide convenient and timely monitoring；this system is intelligent terminal with Android as a client to realize the collection of the pressure．

Android；Embedded；Programming；Sensor measurement

王德红）

G641

A

1673－9507（2014）01－0129－04

2013－09－12

纪启国 （1980．07～），男，安徽皖明光市人，安徽城市管理职业学院信息工程系讲师，硕士研究生。研究方向：图像处理，电路与系统。