基于Windows/Android的多平台位移测量系统设计与开发

薛晶暖

摘要： 针对传统的有线位移测量系统存在检测数据显示平台单一、数据实时共享效率低、占地面积大等问题，本文研究了一种基于Windows/Android的多平台位移快速精确测量系统。通过构建位移传感器模块、单片机系统、基于Windows的PC端数据接收和显示模块和基于Android的移动设备数据接收和显示模块，以同时满足PC客户端和移动设备对位移测量数据的实时显示需求， 实现位移测量数据共享功能的最大化。

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.

关键词： AD模块；蓝牙模块；单片机；位移测量系统

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

中图分类号：TN99 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）16-0213-03

0 引言

现代测量技术越来越追求自动化、集群控制、低功耗测量、多平台数据观测等特性。传统的测量系统一般都是采用有线传输，而一般的工业现场或野外测量常因设备繁杂、场地有限、布线成本高等因素，限制了有线测量设备的使用。随着微电子及通信技术的发展，短距离无线通信以其特有的抗干扰能力强、可靠性高、安全性好、受地理条件限制少、安装施工简便灵活等特点，在许多领域得到广泛的应用。采用无线方式进行数据的传达，不仅降低施工难度、简化系统复杂度，还可以减少成本。蓝牙技术是信息产业界的一大热点，它代表了移动通信的一个发展方向，为短距离无线连接提供了一种低成本的解决方案。[1]蓝牙属于短距离的无线数据通信技术，是无线通信技术、数据通信技术、计算机技术和网络技术的结合。蓝牙无线通信技术具有较强的通用性，几乎所有通信及信息领域相关设备都可以安装蓝牙模块，为此，蓝牙技术在现代生活当中得到了广泛的应用[2]。

随着科技水平的快速发展和人们生活水平的不断提高，人们除了对产品性能要求高之外，对产品的人性化设计水平的要求更是越来越高。为了实现用户能够快捷、实时、多渠道的观测位移数据，本项目进行了多平台位移快速精确测量系统的设计与开发。

1 多平台位移测量系统的方案设计

为了实现用户能够快捷、实时、多渠道地观测位移数据，本文进行了多平台位移快速精确测量系统的设计与开发， 构建了基于Windows的PC端蓝牙数据接收和显示模块，实现用户可通过电脑对单片机采集的位移数据进行实时、快速、精确的显示；为了解决用户在没有电脑的情况下也能进行位移数据观测，构建了基于Android的移动设备的蓝牙数据接收和显示模块，实现用户通过手机对单片机采集的位移数据进行实时、快速、精确的显示。如图1所示，该多平台位移快速精确测量系统包含了位移传感器模块、单片机系统、接收和显示模块。通过设计单片机外围电路，以构建包含AD转换模块和蓝牙模块的单片机系统。选择合适的位移传感器，设计传感器外围电路，实现将位移值转换成电压值（模拟量）；通过AD轉换模块，将表示位移的电压值（模拟量）转换成数字量；通过AD接口，实现单片机对数字量的读取，并将该数字量转换成位移值；通过蓝牙模块，实现单片机对位移值的发送。该多平台位移快速精确测量系统的设计方案如图1所示。

1.1 多平台位移测量系统的组织结构

PC（Windows）客户端控制系统组织结构，如图2所示。 为减小 Windows 客户端系统的大小，降低软件复杂度， 提高软件运行速度，Windows 客户端系统的组织结构只包含登入管理、系统管理、位移检测和辅助功能 4个子模块。

1.2 多平台位移测量系统的工作流程

多平台位移测量系统的工作流程，如图3所示。用户通过访问Windows客户端或者Android客户端，即可接收到蓝牙所发送的数据信息，其中将构建检测状态字，目的是减少蓝牙发送的数据量，提高发送速度，同时使单片机能够快速识别用户需求。

2 多平台位移测量系统的硬件设计

2.1 变阻值位移传感器模块

直线位移传感器的功能在于把直线机械位移量转换成电信号。为了达到这一效果，通常将可变电阻滑轨定置在传感器的固定部位，通过滑片在滑轨上的位移来测量不同的阻值。传感器滑轨连接稳态直流电压，允许流过微安培的小电流，滑片和始端之间的电压，与滑片移动的长度成正比。

2.2 AD转换模块

A/D转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变为数字量。在此該多平台位移测量系统当中，我们使用的模拟量是位移量，经过直线位移传感器转化为电压信号。

2.3 单片机模块

该多平台位移测量系统使用的单片机是STC89C52单片机，单片机具有实时控制能力强的特点。[3]图4为单片机最小系统电路，该电路中具有晶振电路和复位电路。

2.4 蓝牙模块

蓝牙通信基于 HC-06 系列蓝牙芯片实现。基于位移检测控制电路、AD转换控制电路、 蓝牙控制电路和单片机最小系统电路，设计系统硬件电路，如图5所示。

3 多平台位移测量系统的应用

本文对上述设计好的多平台位移测量系统进行开发，构建了单片机系统、AD转换模块、蓝牙模块和数据接收显示模块，如图6所示。在Visual studio 2008开发环境下编译出基于Windows XP/Windows7平台的人机交互界面及蓝牙设备实时控制程序，实现蓝牙数据接收和显示模块，从而实现对单片机采集数据的实时显示。在Eclipse开发环境下编译出基于Android系统的人际交互界面以及蓝牙设备实时控制程序，实现蓝牙数据接收和显示模块，从而实现对单片机采集数据的实时显示。

本多平台位移测量系统的运行结果如图7所示。通过改变位移传感器杆的长度，可以实时地检测到位移值的变化。

4 总结

本文设计并开发了一种基于Windows/Android的多平台位移快速精确测量系统，构建了包含AD转换模块、蓝牙模块的单片机系统；选择合适的位移传感器，设计传感器外围电路，实现了将位移值转换成电压值（模拟量）；通过AD转换模块，将表示位移的电压值（模拟量）转换成数字量；通过AD接口，实现了单片机对数字量的读取，并将该数字量转换成位移值；通过蓝牙模块，实现单片机对位移值的发送，构建了基于Windows的PC端蓝牙数据接收和显示模块，实现了用户可通过电脑对单片机采集的位移数据进行实时、快速、精确的显示；构建了基于Android的移动设备的蓝牙数据接收和显示模块，实现了用户通过手机对单片机采集的位移数据进行实时、快速、精确的显示。

参考文献：

[1]钱志鸿，杨帆，周求湛.蓝牙技术原理、开发与应用[M].北京： 北京航空航天大学出版社，2006.

[2]方志平，叶建美，等.单片机应用技术[M].浙江：浙江大学出版社，2015.

[3]杜洪林.论单片机应用系统的可靠性设计[J].电子技术与软件工程，2016.