毕业论文-基于ARM单片机牙科椅控制系统的无线脚控的开发.docx

本科毕业论文 课 题 名 称 ： 基于ARM单片机牙科椅控制 系统的无线脚控的开发 学 院 ： 机械工程学院 专 业 ： 机械工程及自动化 姓 名 ： 学 号 ： 指 导 教 师 ： 二零一六年五月五日 基于ARM单片机牙科椅控制系统的无线脚控的开发基于ARM单片机牙科椅控制系统的无线脚控的开发摘要 牙科椅主要是用来做口腔手术和口腔疾病的检查的，脚控是医生用来控制牙科椅进行各种动作以便于医生对病人进行治疗的。目前大多数牙科椅都采用的是电动式的，开关控制和牙科椅大部分是有线连接。但有线连接也有很多不足:拉线布线有时候很麻烦，发生线路故障时，不太好检查出来，如果设备要重新布局，那么线路也需要重新布置，而且线路不能随意移动等。本课题以ARM单片机无线通讯为基础，设计出一套能够无线通讯的牙科椅脚控系统。其组成部分包括：脚控无线发送部分，用于把脚控开关的信息，通过无线通讯的方式发送出去，牙科椅接收部分，接收脚控部分发送的信息，并执行接收到的信息的命令，亮不同的灯。本论文还将脚控形式设计出来。将电源，电路板，脚控开关作为一个整体来设计，使其作为一个整体来为系统工作。 经过调试，该系统基本能够达成并实现所需功能。牙科椅能够通过无线通讯的方式，实现无线脚控的功能，提高了牙科椅脚控的便利性。关键词：牙科椅，脚控，无线通讯，ARM单片机，Keil uVision4THE DEVELOPMENT OF DENTAL CHAIR CONTROL SYSTEM FOR WIRELESS FOOT CONTROL BASED IN ARM MICROCONTROLLERABSTRACTDental chair is mainly used for checking oral surgery and oral disease, foot control is used by doctors to control the dental chair various actions in order to treat a patients doctor. Most are used in the dental chair is electric, mostly wired connection. Wired connection but there are also many deficiencies: Pull wiring sometimes bothersome when a line fault occurs, check it out is not very good, if the device you want to re-layout, you need to rearrange the line, but the line is not free to move and so on. So this topic to ARM-based microcontroller wireless communications, wireless communications can design a dental chair foot control system. Its components include: foot control radio transmitting section for foot switch control information sent by wireless means of communication，dental chair receiving part, receiving information transmitted foot control section, and executes the received command information, different bright lights.The paper also designed foot control form. The power supply circuit board, footswitch as a whole is designed to make the system as a whole to work.After commissioning, the system is able to reach and substantially achieve the desired functionality. Dental chair through a wireless means of communication, wireless foot control functions, improve the dental chair foot control convenience.Key words: Dental chair, foot control, wireless communications, ARM microcontroller, Keil uVision4目录1 绪论11.1 研究背景及意义1 1.1.1 研究背景1 1.1.2 研究意义11.2无线通讯的应用及发展21.2.1无线通讯技术简介21.2.2无线通讯的应用21.2.3无线通讯发展趋势41.3牙科椅及无线通讯简介51.3.1牙科椅体系结构51.3.2牙科椅的设计宗旨51.4主要研究内61.5章节安排72总体方案设计82.1功能需求分析82.2各部分方案及系统组成82.2.1各部分方案82.2.2系统组成102.3小结103硬件设计113.1脚控模型设计113.2电路部分设计143.2.1发送部分电路设计153.2.2接收部分的电路设计19 3.3发送部分的PCB制图20 3.4小结214软件设计224.1发送部分程序设计224.1.1按键选择子程序设计224.1.2无线通讯模块发送子程序设计234.2接收部分程序设计244.3串口子程序设计254.4小结265 系统测试验证275.1系统装置测试275.2测试内容及结果285.2.1串口监测内容及结果285.2.2系统整体调试内容及结果295.3小结306 结论及展望316.1论文总结316.2前景展望31致谢33参考文献34附录35外文翻译42IV 基于ARM单片机牙科椅控制系统的无线脚控的开发1 绪论1.1 研究背景及意义 1.1.1 研究背景 牙科椅主要是用来做口腔手术和口腔疾病的检查的。目前大多采用的是电动式的牙科椅，牙科椅的主要结构分为八个部分，整个底板固定在地面上，并且通过耦合跟上支架连接在一起，牙科椅和底板的运动是由开关控制的，一般工作原理是：开关控制电机的启动和驱动还有传动机构的运动，使牙科椅的各个部分产生相应的运动。根据治疗的需要，按下不同的控制开关按钮，可完成牙科椅上下升，下降，旋转的动作。先阶段基本上采用有线通讯的连接方式，来实现多种控制功能。虽然，各种总线技术，例如：有线电视网络和局域网技术，对人们的生产和生活的确产生了很大的变化，也让我们的生活变得更加便利，对社会发展也起到了很大的促进作用。有线网络的速度和数据流还有可靠性，对于一个基本不会移动的设备来说，无疑是一个很理想的选择，而且在实际应用中也取得了比较满意的效果。但是随着射频技术和集成电路技术的飞快发展，要把无线通讯和牙科椅控制组合起来变得很容易了，无线数据传输的速度也变得越来越快，并且差不多达到了可以和有线网络传输速度相媲美的水平。同时，有线网络有着许多麻烦之处，比如：拉线布线有时候很麻烦，发生线路故障时，不太好检查出来，如果设备要重新布局，那么线路也需要重新布置，而且线路不能随意移动等，这些缺点越来越突出。所以牙科椅脚控可以沿着无线通讯的方向进行发展。方便，效率，科技是现代社会发展的潮流，而无线通讯是现代社会发展的潮流之一，选择无线通讯的方式进行牙科椅脚控，也是跟随时代前进的脚步的体现，更是是科学技术的完美应用，更是是满足现代社会的需要。以此为背景，牙科椅无线脚控的出现成为必然的趋势。 1.1.2 研究意义 牙科椅主要是用来做口腔手术和口腔疾病的检查的。目前大多采用的是电动式的牙科椅，但是随着射频技术和集成电路技术的飞快发展，要把无线通讯和牙科椅控制组合起来变得很容易了，无线数据传输的速度也变得越来越快，并且差不多达到了可以和有线网络传输速度相媲美的水平。同时，有线网络有着许多麻烦之处，比如：拉线布线有时候很麻烦，发生线路故障时，不太好检查出来，如果设备要重新布局，那么线路也需要重新布置，而且线路不能随意移动等，这些缺点越来越突出所以，本课题是基于无线通信，设计了一套牙科椅脚控制系统的无线通信。使得牙科椅控制方便，高效，科学。是一种社会趋势，也是一种社会进步。1.2无线通讯的应用及发展1.2.1无线通讯技术简介 短距离无线通信技术，一般来说，只要具有发送和通过无线电波接收通信的而且在很短的范围内传送信息和传输距离的限制，一般来说比几十米少的话，可以称之为短距离无线通信。成本低，功耗低和对等通信，这就是一种短距离无线通信技术。这是它的三个重要的特点和优势。低功率是短距离无线通讯相对于其它无线通信技术的一种特性，这与通信距离短的固有特性相关的，由于传播距离很短，遇到障碍概率是比较小的，所以通常具有非常低的发射功率，通常在1的顺序兆瓦。对等通信是短距离无线通信方式的一种，这是网络基础设施的不同的一个很重要特征。 1.2.2无线通讯的应用 21世纪以来，微电子技术的不断进步，移动计算机和通信设备和的飞速发展，PC，电脑，电话，无绳电话等进入人们的日常生活和工作中，成为了人们生活中不可缺少的一部分。这些设备之间进行通讯通常设计经过电缆，电缆网络速度块，数据流量大，可靠性很强，对于基本固定设备来进行通讯的无疑是理想的选择，确实在实际应用中也已经达到了满意的结果，但在同一时间，在网络布线，故障线路进行检查，设备搬迁的麻烦，重新接线，不能随意移动等缺点日益突出。向往自由，希望随时随地的可以进行通信，人们越来越重视无线通信，在最近几年，无线通信技术飞速发展，一些新兴的无线传输和无线接入技术的不断涌现，吸引了许多世界的关注，热点技术频现，比如OFDM技术，MIMO技术，RF无线通讯技术等，它们的出现，为无线通信技术的发展注入了新的活力。 NFC执行标准RFID（射频识别）的技术，其运行时的典型的输出功率为12dBm的之间。由于NFC具有免布线，无实用功能方向发展，运行只需要卡或设备，靠近读卡器采取可以建立网上转账方便的应用特点，除目前广泛应用于门禁系统，储值票卡.等和相关应用，未来将有整合的电子产品，以取代复杂的传输连接和设置问题，非常有实用价值的机会。 NFC是一个开放的标准，符合ISO 180921和ECMA 3402的规格，并与所述RFID全球标准的ISO 144433定义兼容。 NFC具有成本低，可靠性高和全球兼容性的特性。 图1-1 NFC可用于医疗照护应用(CambridgeConsultants)图1-2 NFC目前仍仅大量用于票卡感应与门禁应用1.2.3无线通讯发展趋势正是因为在如此广泛应用的低功耗无线传感器广泛使用，从军事，高度关注工业和商业和学术专家来做它。它们的发展方向肯定是无线通信的网络，即，动态和自适应性无线传感器网络是以组织网络的方式形成的。无线传感器网络（WSN）是在世界上，其中备受关注的热点研究领域，它涉及很多的学科，高度知识整合的研究领域。它综合了传感器技术和嵌入式计算技术还有现代网络及无线通信技术，扩散式信息处理技术等。中国迫切的需要改善这种认识，并尽快促进它的发展。所以，它是实现基于无线传感器模块无线传感器网络的无线互联的必然趋势。此外，在无线传感器网络中的节点的稳定是运行是整个网络的可靠性的重要保证。在不同的应用中，传感器网络节点的组合形式是不一样的。现有节点，一些可能低功耗但性能不高，而有些可能性能太高，但耗电量太大。因此，无线传感器模块的开发趋势必然是低功耗的。为了确保该功能的实现，尽可能实现整个模块的低功耗，并且即使没有影响适当减少的整体性能的功能的一部分，以达到降低功率消耗的目的。除了上面说的两种趋势超越，无线传感器模块的应用与发展也具有很大的发展和良好的发展方向有很大的空间。无线传感器模块的电流的应用是固定的，在现有的无线传感器网络（WSN），构成该网络的每一个节点都被固定设置在一个地方，以实现整个环境的检测，需要投入大量的无线传输节点。在这种方式的成本将会非常高。如果无线传感器模块来实现移动采集信息，在相同的环境投入较少的节点，您将能够实现对环境的全面测试。是由于无线传感器模块的当前能源消耗的影响，上涨前低功耗研究是一个热门领域，采用电源或电池是否供电，实现了低功耗后，无线传感器模块的发展趋势必然自我能量。利用太阳能，振动能，地热，风能等无线传感器模块来实现在容量无线传感器模块将起到巨大的作用，整体提升电源。最后，基于容量的存储技术的发展，电池容量越来越大，再加上实现低功耗，无线传感器模块的应用将成为绝对的趋势。在未来的无线传感器模块将具有稳定性和安全性，可扩展性和灵活性，小型化和低成本的特点相结合。1.3牙科椅及无线通讯简介 1.3.1牙科椅体系结构 牙科椅主要是用来做口腔手术和口腔疾病的检查的。目前大多采用的是电动式的牙科椅，牙科椅的主要结构分为八个部分，整个底板固定在地面上，并且通过耦合跟上支架连接在一起，牙科椅和底板的运动是由开关控制的，一般工作原理是：开关控制电机的启动和驱动还有传动机构的运动，使牙科椅的各个部分产生相应的运动。根据治疗的需要，按下不同的控制开关按钮，可完成牙科椅上下升，下降，旋转的动作。先阶段基本上采用有线通讯的连接方式，来实现多种控制功能。1.3.2牙科椅的设计宗旨“以人为本”是牙科椅设计的一种设计理念，主要是以方便、舒适、安全、卫生等几个方面为主要设计宗旨。在便利性，舒适性和安全性：高档椅子，各种个性化的操作流程，依靠医生的个人习惯，设置不同的治疗位置（上，下颌骨牙齿和救援），并做程序存储。椅子，从最初的机械和电气控制多达调节阀，电磁阀控制，先进的控制阶段的控制部分;价格700多万元的高档椅子通常配有全自动控制控制台和座椅位置调节可通过靠背和膝关节，上升和下降的组合，调节倾斜。所述患者位置是更适合于治疗;并配有防滑医生座和足的控制装置，医生可以在根据需使用用脚控制，而不需要停止装置的治疗过程中运行水，空气开关动高轨，低音强劲真空泵，气液分离。牙科椅简介图如下： 图1-3 电动式牙科椅1. 底板2.支架3.椅座4.椅背5.扶手 6.头托 7.头托按扭8.控制开关1.4主要研究内容在基于ARM单片机牙科椅控制系统中，脚控是医生用脚来操作椅子上下前后运动的输入设备，目前脚控上有四个按键，是通过导线作为按键直接连接牙科椅控制板的。现在需要选择合适的无线系统，把脚控设计为也可以无线输入的设备，使系统的发展适用科学技术的发展。 本课题需要先学习和熟悉ARM系统和牙科椅的控制系统，选择合适的无线通讯方式，在牙科椅的主板上增加接收部分，在脚控上增加发送部分，设计脚控样式，并绘制系统原理图和PCB图，编程并调试。主要分为脚控样式设计和系统功能的实现。其中脚控样式设计要考虑系统的整体性，电路板，开关，脚控，电源等。根据需要确定尺寸，并用solidworks三维造型技术进行三维造型。系统功能的实现包括系统原理图，和PCB图，其中PCB图必须跟脚控样式相符。单片机选用Mini54ARM单片机，并用KEIL进行编程并下载程序和实现在线调控。1.5章节安排本论文分为七个部分，每个部分的主要内容如下：第一章：绪论主要介绍本课题的研究背景，牙科椅的发展背景和无线通讯的研究背景。还介绍了牙科椅的基本组成和无线通讯技术的各种应用和发展前景。 第二章：主要分析了本课题的具体需求功能，并表达出系统方案和各个组成部分功能简介及分析。第三章：主要介绍了硬件部分的组成及每个部分的详细原理和所经历的过程。主要包括电路部分和脚控样式。第四章：主要介绍了牙科椅无线通讯功能实现的软件编程技术。介绍了本课题用到的ARM单片机和无线通讯小模块。第五章：主要介绍了对系统调试。包括串口在线调试，和实际系统所运行的结果的调试。详细叙述了调试过程和结果。第六章：主要进行了对本论文的总结和对未来的展望。总结系统功能有何意义，并展望了未来这项技术的发展情况。最后部分：主要是参考文献和译文和原文，还有编程语言，三维造型和PCB的制图过程以及个人对他人的致谢。 2总体方案设计2.1功能需求分析在基于ARM单片机牙科椅控制系统中，脚控是医生用脚来操作椅子上下前后运动的输入设备，目前脚控上有四个按键，是通过导线作为按键直接连接牙科椅控制板的。图2-1 原有系统的组成 现在要将它们的连接方式变更为无线通通讯。以牙科椅作为接收部分，安装接收模块。脚控开关作为发送部分，此外，脚控开关和发送部分还有发送部分的电源要作为一个整体来设计。系统原理：基于 ARM单片机Mini54FDE和无线通讯模块JTT-4432-500mW，ARM单片机读取脚控开关的信息，接收到不同的信息就会控制无线通讯模块发送不同的信号。另外一边，无线通讯模块接收到的不同的信号发送给ARM单片机。ARM单片机根据接收到的信号，驱动不同的LED灯亮起来。我所要做的工作主要有：（1）画出系统原理图。（2） 画出原理图所对应的PCB图。（3） 设计出脚控模型，并能够使开关，电源，PCB板能组合成一个整体。 （4） 编写程序，能使得整个系统运转。2.2各部分方案及系统组成2.2.1各部分方案发送部分：（1）开关选用脚控开关，四个不同方向的触动会产生不同的信号，方便医生作。（2）发送电路模块，由ARM单片机控制发送模块发送数据。ARM单片机接收到脚控开关的不同信息会使数据发送模块发送不同信息，这就构成了发送模块。接收部分：（3）接收电路模块，接收由发送模块发送的信息，并把信息输入到ARM单片机内，单片机根据收到的信号，运行程序。（4）执行机构，由于条件有限，牙科椅只能用4个LED灯代替，不同的信号会亮不同的灯，表示执行不同的功能。无线通讯方案的选择： 短距离无线通信比较实用技术主要有：蓝牙技术，红外技术，802.11b无线局域网标准技术还有微功率短距离无线通信技术，简介如下：现在将几种通信技术进行比较： 表2-1（几种无线通讯技术的比较）项目红外技术 蓝牙技术802.11b微功率技术系统功耗/mA通信距离/m通信速率/Mb/s通信频率频率申请开发难易通信方式模块成本100104 红外否易红外很低1001001 2.4GHz否难蓝牙高450 2 2.4GHz 否难802.11b很高603001 433MHz否易FSK低红外通信技术是不适合被使用在很复杂的工作环境，因为有在数据传输的路程中不能存在任何障碍，而且两个通信设备的边缘的传输不可以移动。蓝牙技术，有效传输距离是10m以内，距离太短，所以更适合的鼠标，键盘和其它距离要求很短的设备。 802.11b的技术标准也是无线LAN的国际标准，它主要用于构建比较大的规模的无线网络，并且所需设备是比较昂贵的。而微功率短距离无线通信一般采用数字信号的单芯片射频收发芯片，加上微控制器和少量的外部元件能够被用于形成一个专用或通用的无线通信模块。它的功率是很小的，简单的和快速的发展而被广泛使用。通过表2-1对比分析，微功率短距离无线通讯技术，由于其低功耗，通信距离远，容易开发，模块成本也低，所以它是适合于使用无线遥控器无线通信模块，便于投入大批量生产。因此最终的无线通信方案为微功率短距离无线通信技术。2.2.2系统组成图2-2 设计的系统方案2.3小结本节在满足基本需求的前提下，设计了牙科椅无线脚控系统的基本方案，和各部分具体方案。基于ARM单片机，单片机与无线通讯模块采用SPI的通讯方式。单片机控制模块发送不同信号，同时单片机接收到不同的信号，并进行处理。开关采用脚控开关模式，便捷高效。同时又省去很多空间，可以在一定的区域内进行通讯。可以免除外界环境限制。无线通讯方式选择的是微功率短距离无线通讯技术，开发容易成本低。硬件，软件等详细设计会在第三，四章详细描述。3硬件设计在总体方案设计中，分为发送模块和接收模块。而本节就是针对发送模块的脚控外形，电池盒子，发送模块接收模块的电路设计，并以此作为系统能够调试的硬件基础。3.1脚控模型设计考虑到发送部分的外形是医生手要执行其他的任务，不便于用手来触动开关，故此设计出脚控系统，便捷且高效，方便且实用。一般脚控开关如下图：图3-1 脚控开关要设计一个符合系统需要的脚控开关，就需要分析各个组成零件，包括如下：1. 脚触摇杆，通过脚的触动让它向不同方向移动，以此产生不同的信号，共四个方向。图3-2 脚触摇杆2基座，系统主体部分，用于连接限位开关和发送电路部分。中间柱子部分空心处用来安置纽扣电池。电路板固定于此，作为发送主体。图3-3基座3摇动橡胶部分，脚触摇杆置与橡胶内部触动后松开时才能复原。我称之为内置开关复原系统。图3-4 橡胶部分4电池盒盖子基体安装完电池后，用电池盒盖子盖上，这样使得电路板，电源部分，脚触摇杆，基体成为一个整体。共同工作，作为整个系统的发送部分。图3-5 电池盒盖子最终将这些零件装配在一起形成装配体，其效果图如下：图3-6 最终装配效果图3.2电路部分设计总体设计如下图3-7 系统总体原理图3.2.1发送部分电路设计发送部分主要包括：1.电源部分，2.ARM单片机，3.无线发送模块。 首先是电源部分，电源采用3.3V锂电池作为电源。因为锂电池电量足，体积小，便于安装和替换。锂是最轻的金属，所以锂电池有轻便、耐用、稳定性高、电力持久的优点。是电源的不二之选。图3-7 锂电池电源电路设计，不仅是纽扣电池，还有下载程序时需要一个串口电路和U-link下载程序，这同时用于串口监测程序运行情况，调试程序所用到的串口，运用流桥的USB转串口，使得电脑可以直接监测串口的数据，以此推断程序的运行情况和无线通讯模块是否发出信号。图3-8 电源部分电路其次是ARM单片机，芯片选择的是Min54PDF。其设计电路如下如下：图3-10 Mini54电路设计图之所以选择这块单片机是因为它只有20个引脚，体积特别小。基本能实现系统所需功能，价格实惠。是ARM单片机的不二之选。特点如下： NuMicro MINI51 系列是新唐32位的微处理器，内嵌ARM Cortex-M0内核，可用于工业控制和需要高性能、低功耗的应用.非常实用。 Cortex-M0是ARM最新的微处理器，不仅有32位的性能，而且价格只相当于传统的8位单片机.NuMicro MINI51系列最快的速度可以跑到24MHz. 因此可以支持很广范围的工业控制和需要高性能CPU的场合的应用. NuMicro MINI51 系列内嵌4K/8K/16K字节程序flash，数据flash大小可以用户自己配置(与程序flash共享) ,还包括2K字节ISP flash，2K字节SRAM.同时为了降低成本，减小空间，NuMicro MINI51 系列内嵌了很多外设，比如：I/O口、定时器、UART、SPI、I2C、PWM、ADC、看门狗和低电压检测，这使得NuMicro MINI51 系列可以用于更加广泛的应用.另外，NuMicro MINI51 系列还配备ISP (In-System Programming) 和 ICP (In-Circuit Programming) 功能，让用户可以自己升级固件而不必将芯片从板子上取下，然后再去下载。非常实用。无线通讯模块电路设计：无线通讯模块我选择的是JTT-4432-500mW，体积小，功能强大；具体详细说明如下：无线通讯模块：4432模块，功能强大JTT-4432-500mW这系列模块是可以工作在433MHz、470 MHz 和 915 MHz的通用ISM频段的较远距离无线收发无模块；是采用较高性能的射频芯片的。SI4432以及高效率低，功率放大管开发的一款无线通信模块。模块采用的是进口的高精度外围元件，具有很多优点，比如：频偏小、体积小、灵敏度高、抗干扰能力强、传输距离远的特点,可应用于非常广泛的领域。其中包括：远程车辆监控、遥测、遥控、无线抄表、小型无线网络、楼宇自动化、电力安全、智能家居、物流及资产管理、无线 232485422 数据通信/工业数据采集系统无线遥感遥测试系统等。（1）体积很小巧 21mm X 27mm（2）采用的是高Q值的进口电感和电容，（3）10ppm的高精度贴片晶振 (4)传输距离较远远（具体距离视环境而定）（5)支持FSK、GFSK模式（6）一般工作频段：433 MHz、470 MHz 和 915 MHz(其它频率可定制) 还包括14 dBm高灵敏度。准确度很高。（7）5V电压工作 (8)在所有支持频率下可以有高达 +27dBm 的可编程输出功率 (9)0.123256kbps的可编程数据速率 (10)高效的SPI接口；可以利用一次“突发”数据传输就可对所有寄存器 进行编程，非常的实用和高效 (11)64 字节发送/接收的FIFO (12）提供对数据包导向系统的技术支持；地址校验、同步字检测、灵活的数据包长度还有自动 CRC 处理的片上支持（13）点对多点通信地址控制（14）数字 RSSI 输出和空闲信道的评估（15）自动频率校正（AFC）功能（16）可选数据自动白化和去白 (de-whitening)图3-11 无线通讯模块ant-4432-500mW的外观图图3-12 无线通讯模块ant-4432-500mW的电路设计原理图ant-4432-500mW无线通讯模块的电路设计如上图所示,P12接+3.3V并且接2个0.1uF的电容，稳定电源电压。P3，P4，P14和P15接地P5,P6,P7,P8,P9与单片机相连，由ARM单片机来控制无线通讯模块发送信号。这就是无线通讯模块的电路设计原理。开关电路设计： 脚控开关电路设计，开关一端接地，另外一端与单片机相连，当开关按下，引脚与地相连，电平置零。这就是脚控开关的电路设计原理。 图3-13 开关电路设计3.2.2接收部分的电路设计 LED电路设计： LED灯电路设计，共阳极接+3.3V，阴极接单片机的引脚上，一般引脚都是高电平置一所以LED灯不会亮，当引脚输出“零”的时候，LED阴极电压为零，与正极差生电压使得LED亮了起来。这就是LED灯电路的设计原理。图3-14 LED灯的电路设计原理3.3发送部分的PCB制图 在上述原理图的基础上，进行了PCB图的绘制，绘制发送部分PCB图时，考虑了外形因素，因为脚控开关是上视图是圆形的，所以PCB图也绘制成了圆形，并同时在物理层有2个半圆形的槽，为了紧固螺钉的安装，其板子上还有4个落空，是为了让电路板和脚控开关能够更好的结合在一起提高系统的稳定性。绘图时还需考虑众多因素，包括空间因素，例如，限位开关的焊接和安装要如何进行，最后得出结论：先将限位开关固定在脚控开关上，然后再进行焊接，以确保脚控开关的准确性。再比如用螺钉固定板子和脚控开关外壳时，螺钉为金属，覆铜的话是否会让其导电，这样就会导致系统不能正常工作，所以最终我选择不覆铜。此外，为了尽量减小脚控开关的体积，也是为了降低制造成本，板子必须足够小。各个元器件的摆放就变得很有讲究了。综上所述的因素，最终PCB图的绘制结果如下：图3-15 发送部分电路的PCB图3.4小结 通过本章详细叙述了基于ARM单片机牙科椅控制系统的无线脚控开发的硬件设计。主要叙述了脚控模型以及电路设计部分。介绍了各个部位的电路设计原理。脚控开关的组成，包括脚触摇杆、基座、橡胶部分、电池盒盖子、电路板部分。还有PCB图的设计原理方案。本课题需要将它们视为一个整体来设计。如此，它们将做为一个整体，并以此作为后期系统调试的物理基础。4软件设计 上节我们已经设计出了整个系统的硬件部分，提供了为后期系统调试的物理基础，但真正能够让系统运作起来的“血液”还是软件设计编程。本节将介绍发送部分按键选择的子程序和无线通讯模块发送数据的子程序，还包括接收模块的无线通讯模块接收信号的子程序和ARM单片机驱动LED灯电路的子程序。还有下载和调试程序所用到的串口子程序。主要用到的工具是Keil uVision4，它功能强大，不仅可以编译程序还能够下载程序。4.1发送部分程序设计 发送部分程序设计主要包括按键选择子程序设计和单片机空无线通讯模块的程序设计，主要目的是按键按下不同的值，单片机识别后空无线通讯模块发送不同的信号。4.1.1按键选择子程序设计 按键选择子程序的主要功能是判断脚控开关的四个引脚的值，读取I/O口的值判断按键是否按下，按下开关处于低电平状态，引脚值置零，没按下开关处于高电平状态，引脚值就置一。由此就将脚控开关的按下情况输入到了ARM单片机，之后再回到主程序由单片机来处理。 图4-1 按键选择子程序4.1.2无线通讯模块发送子程序设计 此程序主要功能是根据按键的不同键值执行不同功能，K1按下时，ARM单片机控制无线通讯模块发送1，K2按下时，ARM单片机控制无线通讯模块发送2，K3按下时，ARM单片机控制无线通讯模块发送3，K4按下时，ARM单片机控制无线通讯模块发送4.如果都没有按下就直接返回主程序。图4-2 无线通讯模块发送子程序4.2接收部分程序设计接收部分程序设计主要包括单片机读取无线通讯模块所收到的信息，并以此执行不同的功能。还包括LED灯的电路驱动，由ARM单片机控制LED的亮/灭。由此组成无线通讯的接收部分，此部分是安装在牙科椅上，按照老师要求，此部分不用设计具体，只需能够实现无线通讯，并执行简单的一些操作。本课题就选择以LED灯的亮/灭来表示该系统在牙科椅上所执行的不同的功能。4.2.1无线通讯模块接收子程序设计 此程序的主要功能是通过单片机读取无线通讯模块所接收到的不同的信号，并根据不同的信号，控制不同的LED灯亮起来。接收到信号“1”，则LED灯1亮起来；接收到信号“2”，则LED灯2亮起来；接收到信号“3”，则LED灯3亮起来；接收到信号“4”，则LED灯4亮起来；以此来表达执行不同的功能，同时表示在牙科椅上执行不同的功能，上升，下降，顺时针旋转，逆时针旋转。同时，该功能也是对发送部分的一种响应。其程序流程图如下：图4-3 接收部分程序设计流程图4.3串口子程序设计串口子程序设计主要功能是用于下载程序到单片机和通过串口监测程序的运行情况。设计原理是串口通讯，通过函数发送数据，单片机是否接收到了，是就执行下一步，否就返回主程序。如果是接收到了数据，接收之后存入数组，之后再返回主函数。这就是串口子程序的设计原理。图4-4 串口子程序设计4.4小结本章主要介绍了整个牙科椅无线脚控系统的软件设计部分，在第三章设计硬件部分的基础上，软件设计也完成之后，为后面的第五章系统调试提供了调试基础。软件部分的设计主要是以编程的形式给出。包括按键读键值，单片机控制无线通讯模块发送不同的信号，接收部分接收到了不同的信号，单片机读取信号，并执行不同的功能，让对应的LED灯亮起来。还有串口子程序的设计，为了下载程序和实行串口监控程序运行状况。这就是整个系统的设计思路，也是灵魂所在。更是系统功能实现的重要基础之一。5 系统测试验证在设计好硬件部分和软件部分之后，需要进行系统的测试验证。只有通过测试验证，才能够用来证明系统是否达到要求，是否达到当初的期望。理论最终要通过实践来整。一些设计是否出错，想法是否符合实际等，都需要来验证。因此要对系统性能进行测试验证。所以本章主要是为了测试和验证系统的功能能否实现。从而鉴定此方案是否符合需求。5.1系统装置测试测试过程主要用到的设备如下：图5-1 系统测试的设备该设备主要包括流桥（USB转串口）2个，发送部分芯片一块，接收部分芯片一块。其次测试时还用到了一些软件：串口调试助手，主要用来监测程序的运行状况。5.2测试内容及结果5.2.1串口监测内容及结果串口的主要作用是下载程序和监测程序运行状况。测试内容主要包括串口监测程序运行状况，系统能否进行无线通讯。USB转串口监测程序运行主要是为了检测是发送模块和接收模块能否正常工作。使用俩个串口调试助手。分别监控发送模块和接收模块的运行情况。测试结果如下：发送模块串口监测：当没有按键按下时，串口输出”NO”,当K1按下时，串口显示“NO.1”，然后执行单片机控制无线通讯模块发送信号“1”，松开按键后串口继续显示”NO”，按下K2时，串口显示“NO.2”，然后单片机控制无线通讯模块发送信号“2”；其他按键以此类推。此结果表示发送模块工作正常。没有故障，下一步监测接收模块。图5-2 发送模块串口监测结果接收模块串口监测：接收模块串口显示的是是否收到信号，如果收到信号就把收到的信号的具体数值显示出来。如图5-3所示。第一行表示程序启动。当发送模块发送一时，接收模块接收到了，就会显示“The Recived data is:1”，这就表示接收模块已经接收到了发送模块发送出来的信号。收到不同的信号，串口上就会显示不同的数据。如此，接收模块程序运行情况正常，可以正常工作。图5-3 接收模块串口监测结果5.2.2系统整体调试内容及结果整体调试主要是测试系统的实际工作情况。当发送模块K1被按下后，接收模块LED1灯是否会亮起来。当K1松开时，LED1是否熄灭。所以当按下不同按键时是否会亮起不同的灯。如果都能正常工作。那么系统是没有问题的。具体测试结果如下：这里就不一一演示了，在我按下K1时，接收模块的LED灯1就会亮起来。调试结果表明系统能够正常工作。证明此设计能够满足需求。图5-4 系统整体调试结果5.3小结 本节主要进行了系统的监测调试。主要包括串口监测程序运行状况和系统运行状况，还有系统整体调试。结果证明该系统能够满足各项要求。达到了预期的目的，而且功能强大，运行稳定。6 结论及展望6.1论文总结本论文主要开发了基于ARM单片机牙科椅控制系统的无线脚控开发，主要包括：1对牙科椅控制和无线通讯进行了较为全面的探究和分析。2对整个牙科椅无线通讯控制系统提出了所要实现的功能目标和需求。3对整个系统进行了分模块设计，主要包括：发送部分，接收部分，脚控开关。4对各个模块实行了软件或硬件设计。但设计时它们是当成一个整体来设计的。5介绍了下载和编译程序所用到的软件Keil uVision4。6最后通过串口监测和实际调试，验证了整个系统能否达到所需要求。经过测试，达到了各种开发要求。基于ARM单片机牙科椅控制系统的无线脚控的开发，经测试此系统具有，性能稳定，功能完善，实用性强等特点。达到了前期开发要求，能够进行牙科椅的无线脚控。6.2前景展望 本系统是基于ARM单片机和牙科椅控制系统开发的一套可以进行无线脚控的一个系统。脚控开关方便牙科医生操作牙科椅的各种运动来调节牙科椅的姿态，以此来让医生更好的对病人进行治疗。且采用了无线通讯的方式，方便，快捷，高效。是一种符合社会需求的系统，是人类文明前进的一种趋势。但本系统还存在一些不足之处，任需完善。比如：（1） 并没有做出实物，不能真正投入生产，只是能够调试系统的功能。（2） 电路部分设计较为粗略，并没有考虑太多其他的因素。（3） 脚控开关模型设计较为粗糙，并没有设计出所使用的材料和粗糙度等要求。实际尺寸是否符合国家规格。（4） PCB图虽然绘制出来了，但没有真正做出来，不能通过调试来验证PCB图画的是否正确。该PCB图能否真正的能够投入使用。致谢 在论文即将完成的时候，我要由衷向我的导师杨向萍副教授表示我最真诚的谢意。杨老师在我做毕设的过程中精心的给我指导，给我排疑解惑，更是为我的人生点了一盏明灯。让我收获到了不仅仅是知识，还有动手能力，独立思考能力，团队协作能力。除此之外，我还要感谢陆纪勋学长，舒曼学姐，夏志远学长，费殷胜男学姐对我毕设工作的悉心指导。还要感谢跟我一个课题组的同学们：马利腾、李晓明、南林枫、李锦、顾嘉涛、魏田伦等对我毕设提出了建议。我还要感谢学校给了我一次锻炼自己各种能力的机会，让我所学到的东西不仅仅是来自书本。最后感谢大家对我的支持和鼓励，正因为你们的存在，我的人生才会更灿烂！参考文献1.李正民; 陈京育; 姬晓阳。 基于ARM的多功能无线通信模块设计J.计算机与数字工程,2010/03:163-166,+184.2.刘轼巍.基于ARM单片机无线通信的设计制作J.电子世界,2014/06:147-148.3孟庆民; 卢敏; 潘甦。无线通信原理课程的本科教学实践与探索J.科技信息(学术研究),2008/27:24.4. (美)王晓东、H.Vincent Poor所著，郑宝玉翻译 无线通信系统 电子工业出版社 2005/9.5.程海英,陈勇. 无线传感器技术在智能家居系统的应用J. 中国仪器仪表, 2009,(11) .6赵慧. 无线通信技术发展及未来趋势展望J. 信息通信,2011/03:123-124.7赵晗. 现代无线通信技术的发展现状及未来发展趋势J. 企业技术开发,2011,16:86+89.8王富斌. 短距离无线通信技术在抄表系统中的应用D.山东大学,2009.9蔡型,张思全. 短距离无线通信技术综述J. 现代电子技术,2004/03:65-67+76.10王英洲,方旭明. 短距离无线通信主要技术与应用J. 数据通信,2004/04:53-56.11刘长城. 我国无线通信技术的现状和发展前景J. 科技视界,2015/08:70+138.12R. Landqvist, A. Mohammed.Simulation of Wireless Digital Communication SystemsJ.Radioengineering, 2004, 13(4). 13Jianying Zheng,Yan Huang,Yiming Wang,Yang Xiao. The effects of wireless communication failures on group behavior of mobile sensorsJ. Wirel. Commun. Mob. Comput.,2