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1、手机虚拟示波器0 引言在电气检修工作中，有时要用到示波器查看各种电压波形，普通的示波器体积大、笨重，最重要的是没有电气隔离，操作时要注意不能触电。随着单片机等电子技术的发展，以及智能手机的普及，设计一个能和手机配套使用的虚拟示波器，成本低，携带使用都方便。1 硬件设计电路包括信号预处理、单片机、蓝牙串口模块和电源4部分，电路原理图见图1。图1：蓝牙虚拟示波器电路原理图1.1 信号预处理单片机AD转换电压范围是03.3V，为了能测量交流信号，把输入信号地端接RP3调节出的1.65V，这样就能测到-1.65+1.65V的电压。实际工作中电工测量电压范围从几伏到几百伏，为此加入了电阻降压网络R1、R
2、2、R4、R5、RP1和RP2，这样就能测到60V的电压，再加上个有x10挡（放大10倍）的示波器探头，最大可测到600V电压。LM358是双运放，接成电压跟随器方式，主要作用是提高输入阻抗，使示波器标入阻抗是1M，否则示波器探头放到x10挡时，测量数值会有偏差。运放还能起到当输入信号过大时，限制输入到单片机的信号幅度，保护单片机的作用。共有2个信号输入端，组成双踪示波器，可以比较2路信号的相位关系。1.2 单片机选用了飞利浦的单片机P89LPC938，是基于80C51内核的低功耗FLASH单片机，其内部有7.373MHz振荡器、复位电路、8通道10位AD转换器，8K字节Flash程序存储器、
3、768字节RAM数据存储器，这使得外围电路很简洁。为了提高AD转换速度和提高通信波特率的准确程度，使用了外部12MHz晶振。单片机的P2.0(AD07)、P2.1(AD06)接双运放LM358的电压输出，单片机的P1.0(TXD)、P1.1(RXD)接蓝牙模块的串口。1.3 蓝牙串口模块蓝牙串口模块主要参数：兼容蓝牙V2.0 规范、CLASS 2 标准，传输距离最大10M，支持SPP 服务（串口）。功能多的蓝牙模块可更改主从设置，默认为从设备，可以和电脑或手机蓝牙连接，还可以更改通信波特率，默认是9600bps，可更改为较大的波特率，如115200bps，加快通信速度。默认配对密码是1234，
4、每次搜索蓝牙模块前先给蓝牙模块上电再搜索，再次搜索时要先把蓝牙模块重新上电，否则可能搜索不到。1.4 电源电源选用电池，携带方便，避免外接电源对测量数据的干扰。经三端稳压变为3.3V给单片机和蓝牙模块供电。2 单片机软件编程2.1 程序流程单片机软件用Keil C51编写，主要流程是等待手机发来测试命令，收到命令后根据命令采集数据并存储到内部RAM，采集完一组数据后一起发送给手机，这样一个测试周期完成，等待下一个测试命令,流程图见图2。手机发出测试命令是4个字节，首字节是头标志“0xDB”,第2个字节代表量程选择，如果量程命令是非零字节，表示量程为15V，如果量程命令是零，表示量程为60V。第
5、3、4字节是采样周期数据，控制采样频率，采样周期范围为50us10ms，最高采样频率20kHz。每通道240个数据，共采集480个数据。2.2 数字变量程单片机P89LPC938模数转换精度是10位，手机显示用8位就可以了，利用2位的差别可以实现4倍的数字变量程功能。硬件量程为60V，对应转换后的数字是01023，除以4后的范围是0255，输入信号在15V范围内时，转换后的数字是384639，减去384后的范围还是0255。这样就实现了数字变量程的功能。有了2种量程选择，再配合示波器表笔上带的硬件变量程，使用的时候有4种量程选择15V、60V、150V和600V，能够满足常用的电气设备测量需要
6、。3 手机软件编程3.1 开发环境配置首先安装J2SE即JDK（jdk-6u22-windows-i586-p.exe），安装完成后，在“我的电脑属性高级”中，配置java环境变量，设置3项属性，JAVA_HOME,PATH,CLASSPATH,若已存在则点击“编辑”，不存在则点击“新建”， JAVA_HOME指明JDK安装路径，PATH使得系统可以在任何路径下识别java命令，设为%JAVA_HOME%bin;%JAVA_HOME%jrebin，CLASSPATH为java加载类(class or lib)路径，只有类在classpath中，java命令才能识别，设为.;%JAVA_HOME
7、%lib;%JAVA_HOME%libtools.jar。接着安装WTK(sun_java_wireless_toolkit-2_5_2-ml-windows) ，默认路径是C:WTK25。WTK 的全称是Sun J2ME Wireless Toolkit ，是Sun的无线开发工具包。以上软件均可以在sun的官方网站免费下载。最后安装Eclipse作为开发环境，J2ME开发包工具可以被绑定在这些集成开发环境中，进一步提高开发效率。本设计用的是Eclipse3.6.2和EclipseMe1.7.9版本的软件。3.2 蓝牙连接 手机蓝牙和蓝牙串口模块之间的连接，是程序设计的重点，也是难点。这个连接
8、过程就是创建一个蓝牙客户端，分查找设备、查找服务、获得连接URL和建立连接4个主要步骤。具体代码如下：/查找蓝牙设备public void MyInquiry() try /获得本地设备 LocalDevice localDevice = LocalDevice.getLocalDevice(); /获得发现代理 discoveryAgent = localDevice.getDiscoveryAgent(); /开始查找设备 discoveryAgent.startInquiry(DiscoveryAgent.GIAC, this); catch(Exception e) e.printSt
9、ackTrace(); / DiscoveryListener接口，记录已找到蓝牙设备并显示public void deviceDiscovered(RemoteDevice remoteDevice, DeviceClass cod) try sel.append(remoteDevice.getFriendlyName(true),null); catch(Exception e) sel.append(remoteDevice.getBluetoothAddress(),null); finally remoteDevices.addElement(remoteDevice); / Di
10、scoveryListener接口，查找设备完成public void inquiryCompleted(int discType) if (remoteDevices.size() 0) /加入其它代码，如查找服务 else /查找服务public void MyServices() try RemoteDevice remoteDevice = (RemoteDevice)remoteDevices.elementAt(sel.getSelectedIndex(); discoveryAgent.searchServices(attrSet, uuidSet, remoteDevice ,
11、 this); catch(Exception e) e.printStackTrace(); / DiscoveryListener接口，服务查找成功，得到连接ULRpublic void servicesDiscovered(int transID, ServiceRecord servRecord) DataElement serviceNameElement = servRecordsel.getSelectedIndex().getAttributeValue(0x0100); String _serviceName = (String)serviceNameElement.getV
12、alue(); String serviceName = _serviceName.trim(); btConnectionURL = servRecordsel.getSelectedIndex().getConnectionURL(ServiceRecord.NOAUTHENTICATE_NOENCRYPT, false);/DiscoveryListener接口，查找服务完成public void serviceSearchCompleted(int transID, int respCode) if (respCode = DiscoveryListener.SERVICE_SEARC
13、H_COMPLETED) else /打开连接，建立输入、输出通道StreamConnection connection = (StreamConnection)Connector.open(btConnectionURL); 经过以上步骤，手机和蓝牙串口模块建立起了连接，用read、write方法可以互相通信，传输数据了。3.3 波形显示 测试程序用的是三星S3370手机，屏幕分辨率为320x240，屏幕上、下侧用于显示手机状态和按键信息，实际可编程使用的分辨率为200x240，上部170x240部分显示波形，下部30x240显示量程、周期选择菜单。按示波器的习惯把显示波形的界面画出格子，通
14、过查格子可以大致判断波形的幅值和周期。4 结束语制作了测试用电路板见图3，预留了外接电源插座，使用的是外接4节1.5V电池。图3：测试用电路板正反面图上电后不接信号输入，打开手机蓝牙，运行手机上的软件，测试的结果应该显示直线，且直线在中间位置，否则调节RP3使测试直线显示到中间位置，然后2路输入同样的10V直流电压信号，调节RP1、RP2，使直线显示到正确位置，调整完毕。对一个可控硅调节控制电路测试，手机显示见图4。量程20V表示纵向每格为20V，周期6ms表示横向每格6ms。2个按键，每按下“测量”1次，测量1次并显示波形，按“退出”则结束程序的运行。按左右按钮选择量程或周期，按上下则调整量程或周期。经测试，达到了预期设计目的。图4：测试时手机显示的波形
