毕业设计（论文）-基于Android手机的六旋翼飞行器状态实时监测系统.doc

太原理工大学毕业设计(论文)用纸基于Android手机的六旋翼飞行器状态实时监测系统摘 要随着Android技术的日趋成熟，以Android为操作系统的手机的使用也越来越广泛。基于Android手机的蓝牙传输技术的使用也引起了软件开发人员的关注，这种短距离通信技术被广泛的应用到移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。在深入理解Android编程技术和蓝牙技术后，构建了一个小型的数据采集系统。该系统中，以六旋翼飞行器上的多种传感器数据为原始数据，在单片机端将多种传感器数据基于自定义协议组合成数据包的形式，单片机将以数据包的形式定时转发给无线数传模块，数据包经过远距离无线传输后，通过蓝牙模块将数据传输到手机端。手机端接收到数据后，对数据进行处理，以曲线图的形式显示当前的六旋翼的多种飞行参数。本毕业设计实现了温度采集部分，其他数据采集部分未完全完成。本设计未在六旋翼实体上进行。关键字 Android；蓝牙；单片机全套设计加扣 3012250582Based on the Android mobile phone six rotor aircraft state real-time monitoring systemAbstractWith the maturing of the Android technology, with Android for the use of the operating system is becoming more and more widely. Based on the use of the Android mobile phone bluetooth transmission technology also caused the attention of software developers, the short distance communication technology has been widely applied to the mobile phone, PDA, wireless headset, notebook computers and related peripherals, and many other devices between wireless information exchange.After understanding the Android programming technology and bluetooth technology, built a small data acquisition system. With six for the system, the rotor aircraft on a variety of sensor data as the original data, the SCM client to a variety of sensor data based on a custom protocol combined into packets, in the form of single chip timing in the form of packet is forwarded to wireless data transmission module, data packet after long-distance wireless transmission module to transmit data to mobile phone via bluetooth. Mobile terminal receives the data, the data processing, in the form of a graph displays the current six rotor of a variety of flight parameters.The design and implementation of a temperature graduation acquisition part, the other part of the data collection is not completely finished. This design is not carried out on six rotor entity.Key words Android; Bluetooth; Development board目 录摘 要iAbstractii1 绪论11.1 研究的相关背景11.1.1 六旋翼飞行器的发展11.1.2 飞行器的状态参数21.2 设计目的21.3 论文的构成概要22 Android、ARM TinyM0开发板与无线数传模块42.1 系统概述42.2 Android软硬件平台介绍42.2.1 Android软件平台架构42.2.2 Android基本组件72.2.3 Android硬件平台72.2.4 Android开发环境搭建82.3 ARM TinyM0开发板介绍92.3.1 ARM TinyM0开发板92.3.2 ARM TinyM0开发环境搭建102.4 无线系统122.4.1 蓝牙技术及HC-06蓝牙模块122.4.2 485MHz无线传输技术及FT52D数传模块143 系统各功能模块的设计与实现163.1 系统构成163.1.1 系统模块构成163.1.2 系统功能概述163.2 数据采集模块173.2.1 温度数据采集173.2.2 气压数据采集193.2.3 高度数据采集193.2.4 航线数据采集213.3 485MHz远距离无线数传模块223.3.1 485MHz无线子系统的构成223.3.2 模块收发功能实现223.4 蓝牙无线数传模块233.5 Android数据处理显示模块243.5.1 Android蓝牙控制功能的实现243.5.2 Android数据动态曲线显示功能的实现294 系统集成314.1 系统集成314.2 TinyM0端数据采集软件设计与实现324.3 Android端监测软件设计与实现365 结论415.1 本设计所做的主要工作415.2 本设计实现的功能415.3 本设计的不足之处41参考文献42致 谢43外文原文44中文翻译54451 绪论1.1 研究的相关背景1.1.1 六旋翼飞行器的发展六旋翼飞行器，是一种具有六个旋翼的旋翼航空器。由每个轴末端的电动机转动，带动旋翼从而产生上升动力。旋翼的角度固定而不像直升飞机那样可变。通过改变不同旋翼之间的相对速度可以改变推进力的扭矩，从而控制飞行器的运行轨迹。六旋翼飞行器以其独特的结构和简洁的系统构架与传统飞行器相比有明显的优势。（1）以高能电池作为能量与油动力飞行器相比噪音更低，可实现低空飞行不易察觉。（2）垂直起降可在较狭小的空间就可以稳定飞行，与定翼飞行器相比有不受场地限制的优势。（3）简单的机械部件组成(仅电机轴承为机械部件)与传统直升机（有较复杂的机械部件与传动结构）相比，维护相当简单。（4）体积小、重量轻、载重量大是六旋翼飞行器的一个明显优势。（5）整机全电子增稳，操作简单。自主导航可实现全自动飞行。性能优异的动力系统提供了机动灵活的飞行姿态，抗风能力强。六旋翼飞行器在各个行业的应用有一下几点：（1）公安系统的应用六旋翼飞行器具有便携、质轻、飞行稳定、噪音低等特点，携带影像设备与侦测设备可以为秘密侦查提供强有力的手段，尤其是人不易接近的区域，可以提供空中第一手影像资料。同样在群体性事件中也可以发挥巨大的作用，除侦查外甚至可以携带小型催泪瓦斯进行空中投掷。（2）消防行业的应用现场火灾的蔓延、林区火势的详情、高层起火的救生等方面都是消防工作部署的关键，多轴飞行器可以到现场迅速升空，有了高度就能把详细情况实时传送到地面指挥车，可以为消防部署提供真实有效地参考。（3）电力系统的应用高压线路的巡视，高压线塔的检修维护是一个长期而艰巨的工作，有了六旋翼飞行器这一有力的工具，让线路巡视、线塔检修成为简单易行的工作。尤其是在多山地区的传输线路，更能发挥飞行器的优势。同样在交通巡查、油田管路巡查、高铁高架巡查等都比较类似。（4）农业行业的应用我国作为农业大国，农作物病虫害的防止任重而道远。往往像水稻田等类似的农药喷洒一直都是人力有所不及。多轴飞行器以稳定飞行和操作简单的特性，携带药液进行低空喷洒，可以实现喷洒均匀，药效好，极大的节约了人力，实现高效率作业。飞行器携带病虫色谱摄影设备还可以对大面积植被进行病虫害监测和预警，做到及早发现，及时治理。（5）影视行业的应用小型飞行器飞行相对不稳定。公司多年来致力于飞行器功力系统与影像稳定方面，现在的六旋翼飞行器可以携带高清摄像机、高画质单反相机进行稳定飞行，可完成空中的视频航拍和摄影航拍。而且六旋翼飞行器可以尽可能的低空飞行达到动感的视频效果，这也是载人直升机不能完成的超低空飞行，填补了在超低空领域航拍的空白。1.1.2 飞行器的状态参数飞行器状态参数可归结为以下几类：（1）飞行参数飞行高度、速度、加速度、姿态角和姿态角速度等；（2）动力系统参数飞行器转速、温度、燃油量、进气压力、燃油压力等；（3）导航参数位置、航向、高度、速度、距离等；（4）武器瞄准系统参数目标的熟读、温度、高度、雷达警告、攻击警告等；（5）生命保障系统参数座舱温度、湿度、气压、氧气含量、氧气储备量等；（6）飞行员生理参数飞行员脉搏、血压、睡醒状态等；（7）其他系统参数电源系统参数、设备完好程度、结构损坏程度等。本毕业设计所涉及的状态参数有：温度，气压，高度，航线。MS5534B气压传感器来获得气压值和温度值，并利用已得气压值和温度值来估测六旋翼的高度值，利用GPS_MSP430F149_V1模块来测得六旋翼的位置。1.2 设计目的本设计的目的是基于Android技术和蓝牙技术设计并实现一个六旋翼飞行器姿态控制系统。该系统由Android手机、Tiny M0开发板、HC-06-S蓝牙模块、FT52D数传模块、六旋翼飞行器及多种传感器组成。一方面，通过Android手机的蓝牙串口与六旋翼飞行器建立连接。另一方面，通过Android手机的蓝牙串口采集六旋翼飞行状态参数信息并以图像的方式对信息进行显示。在设计实现的过程中，主要工作包括Android软件编程，单片机开发技术，蓝牙协议分析，HC-06-S蓝牙模块、FT52D数传模块和多种传感器分析。通过一个完整的系统分析、设计和实现的过程，我掌握了硬件分析和软件设计的流程，学会了如何分析问题，如何通过一些测试方法找到问题的根源，并且解决问题。通过本次设计，我在对专业知识的理解、掌握上都有了提高，对嵌入式领域也有了一定的认识和收获。1.3 论文的构成概要本论文共分为5章。第一章：绪论。介绍本设计涉及的六旋翼飞行器的的发展及飞行器的状态参数，同时对设计的目的和要求进行概要说明。第二章：Android开发平台以及ARM开发板Tiny M0的介绍。首先介绍了软件开发采用的软硬件平台，以及关于Android的一些基本知识。然后介绍了ARM开发板，即Tiny M0开发板以及其开发环境。第三章：系统各模块的设计及其功能的实现。介绍了数据采集模块，433MHz远距离无线数传模块，数据转发模块，蓝牙无线数传模块及Android数据处理显示。第四章：系统整体功能的实现及测试。介绍系统的构成，对系统中重要模块的实现工程进行了介绍，包括Android端监测软件的实现，Tiny M0端数据采集软件的实现，数据转发软件的设计和实现并对系统的整体性能进行测试。第五章：结论。总结毕业设计所做的主要工作、实现的功能和存在的不足，并介绍了自己在设计和实验过程中掌握的设计方法和心得体会。2 Android、ARM TinyM0开发板与无线数传模块2.1 系统概述本系统组成如图2-1所示。主要的的功能有：（1）Android蓝牙控制功能。（2）Android数据动态曲线显示功能。图2-1 系统构成2.2 Android软硬件平台介绍2.2.1 Android软件平台架构对操作系统而言,必须做到设计合理、层次分明，同时还需考虑整个系统的结构要聚耦适当,Android系统是基于linux内核的，因此还必须具备开源的特性，以符合开源人员共同工作。从系统的组成要件来讲，Android平台架构包括硬件设备、板级支持包、驱动程序、操作系统内核、程序运行库，运行框架，应用程序等，它们的有机结合和协同工作共同完成了整个系统的正常运行和对事务的处理。依据Google开源资料可知，整个系统由Linux内核、程序库、Android Runtime、应用程序框架和应用程序等5部分组成，系统架构如图2-2所示。图2-2 Android系统平台架构参照图2-2，由上而下对组成系统各部分的主要组件作以下描述。（1）Linux内核Android基于Linux 2.6内核,但并非完全照搬内核，而是对内核作了部分增删和修改,在Linux 2.6内核的基础上，Android核心系统实现了安全性、内存管理、进程管理、网络协议栈和驱动模型等功能，Linux内核也同时作为硬件和软件栈之间的抽象层。硬件驱动程序：完成与各种硬件的通信,Linux内核提供了大部分设备的驱动程序，如显示屏,摄像头,内存，键盘, ，无线网络，音频设备，电源等组件。系统内存管理：对所有可用的内存进行统一编码管理,定义一整套内存定位,使用与回收的策略。系统进程管理：内核管理进程的创建与销毁,管理进程间的通信，以及采取必要的措施避免死锁等内容。网络管理系统：无线网络设备工作原理，内核掌控如何读取网络设备中的缓存数据。（2）程序库程序库是指可供使用的各种标准程序、子程序、文件以及它们的目录等信息的有序集合，Android包含一些C/C+库，,Android系统中不同的组件通过应用程序框架可以使用这些库,以下是一些核心库：Surface Manager：管理显示子系统，并且为多个应用程序提供2D和3D图层的无缝融合；Media Framework：基于OpenCORE的多媒体框架，支持多种常用的音频、视频格式文件的回放和录制，同时支持静态图像文件。SQLite：一个对于所有应用程序可用，功能强劲的轻型关系型数据库引擎。OpenGL ES：3D图形库，用于3D图形渲染，该库可以使用3D硬件加速。FreeType：位图(Bitmap)和矢量(Vector)字体显示。WebKit：支持Android浏览器和一个可嵌入的Web视图。SGL：2D图形库，用于2D图形渲染。Libc：一个从BSD继承的标准C系统函数库，它是专门为基于嵌入式Linux设备定制的。（3）Android RuntimeAndroid运行库包括两部分：一是核心库，二是自身的虚拟机。核心库提供Java编程语言核心库的大多数功能。Dalvik虚拟机是Google专为Android开发的，比SunJava虚拟机的效率更高,功能也更为复杂，以更好的支撑Android平台，并拥有独立的版权。每一个Android应用程序都在自己的进程中运行，都拥有一个独立的Dalvik虚拟机实例，Dalvik虚拟机执行.dex的可执行文件，该格式文件针对小内存的使用进行了优化，同时虚拟机是基于寄存器实现的,所有的类由Java编译器编译,然后通过SDK中的相应工具转化成.dex格式，最后由虚拟机执行。（4）应用程序框架应用程序框架是指定义了一个应用程序运行所必须的全部功能组件，开发者也可以访问核心应用程序所使用的API框架。该应用程序的架构设计简化了组件的重用，任何一个应用程序都可以发布它的功能块，并且任何其他的应用程序都可以使用其所发布的功能块(应该遵循框架的安全性限制)。同样，该应用程序的重用机制也使用户可以方便地替换程序组件。隐藏在每个应用后面的是一系列的服务和系统，其中包括：活动管理器(Activity Manager)：用来管理应用程序生命周期，并且提供常用的导航回退功能。丰富而又可扩展的视图(Views)：可以用来构建应用程序，它包括列表(Lists)、网格(Grids)、文本框(Text Boxes)、按钮(Buttons) ，甚至包括可嵌入的Web浏览器。内容提供器(Content Providers)：使得应用程序可以访问另一个应用程序的数据,或者可以共享它们自己的数据。资源管理器(Resource Manager)：提供非代码资源的访问，如本地字符串、图形和布局文件(Layout Files)。通知管理器(Notification Manager)：使得应用程序可以在状态栏中显示自定义的提示信息。Android程序框架体显了“统一”与“兼容”的原则，其优势归纳为：任何一个应用程序都可以发布它的功能块；所有的应用程序在Android平台上都是平等的；所有的应用程序与资源都被按类别进行分别管理；所有程序各司其职。（5）应用程序Android系统发布时，会同一系列核心应用程序和常用程序一起发布,如常用的手机功能程序，包括语音电话、通讯录、短信收发、照相、话机设置等；数据应用程序，包括邮件工具，日程表,浏览器,地图导航等，以及Android Market上的各种应用程序；所有的应用程序都是使用Java语言编写。2.2.2 Android基本组件应用程序组件是一个Android应用程序的基本构造块。每个组件都是系统可以进入你的应用程序的切入点。不是所有的组件都是实际的切入点，它们之间一些是互相依赖的，但每一个的存在都作为自己的实体，扮演着特定的角色，每个组件都是一个独特的建筑块，它可以帮助确定您的应用程序的整体行为。有四种不同类型的应用程序组件。每种类型提供不同的目的，并具有明显的生命周期定义组件如何被创建和销毁。（1）activity一个activity代表与用户交互的单个界面。例如，电子邮件应用程序可能有一个activity用来显示新的电子邮件列表，一个activity用来撰写电子邮件，另一个activity用来阅读电子邮件。虽然每个activity一起形成在电子邮件应用程序中有凝聚力的用户体验，但每一个activity都是相互独立的。因此，不同的应用程序可以启动这些活动中的任何一个（如电子邮件应用程序允许的话）。例如，照相机的应用程序可以启动撰写电子邮件的activity，构成新的邮件，为了共享一个图像的用户。（2）serviceservice是运行在后台执行长时间运行的操作或执行远程工作进程的组件。service不提供用户界面。例如，一个服务可能会在不同的应用程序中播放音乐，也可以获取在网络上的数据而不会阻塞用户交互的活动。另一个组件，如一个activity，可以启动该服务，并让其绑定到它，使得与它进行交互。（3）content providercontentprovider管理着应用程序数据的共享集。你可以将数据存储在文件系统中，SQLite数据库，网络上，或任何其他您的应用程序可以访问的持久性存储方式。通过content provider，其他应用程序可以查询，甚至修改数据（如果这个content允许的话）。例如，Android系统提供了管理用户的联系人信息的content provider。因此，具有适当权限的任何应用程序都可以通过content provider（如ContactsContract.Data）来读取和写入有关某一个人的信息的一部分。 content provider也可用于在你的应用程序中读取和写入私有的数据，而不是共享的。例如，记事本应用程序使用一个content provider，以保存笔记。（4）broadcast receivebroadcast receive是响应系统范围的广播公告的组件。许多广播由系统发出，例如，广播宣布，该显示屏已经关闭，电池电量低或图片被捕获。应用程序也可以发起广播，例如，让其他应用程序知道某些数据已经被下载到设备上，可供他们使用。虽然广播接收机不显示用户界面，它们可以创建一个状态栏来通知用户广播事件发生。更常见的是，对于其他组件而言，广播接收器仅仅是一个“网关”，承担非常小的一个工作量。例如，它可能会启动一个服务来执行基于事件的一些工作。2.2.3 Android硬件平台目前可供程序开发的Android平台版本从1.5至4.4，市场上的Android手机或平板所安装的Android版本主要为2.2、2.3和4.0。本毕业设计中相关实验硬件平台为华为公司生产的智能手机，型号为C8813Q，搭载操作系统为Android4.1，支持多点触控，内置蓝牙。华为C8813Q外观如图2-3所示。图2-3 华为C8813Q外观2.2.4 Android开发环境搭建（1）登陆/sdk/index.html#download站点，即可看到下载界面，如图2-4所示。图2-4 Android下载界面点击图中蓝色按钮，开始现在下载ADT套件。在ADT套件包括需要开始开发应用程序的一切：Eclipse+ ADT插件；Android SDK工具；Android的平台工具；最新的Android平台；用于Android模拟器。android-sdks文件夹下包含，如图2-5所示。图2-5 SDK文件夹内容（2）启动SDK Manager.exe，即可看到安装界面，如图2-6所示。图2-6 SDK Manager选择需要安装的工具，点击Install Packages即可安装开发所需要的工具。这时开发环境搭建成功。2.3 ARM TinyM0开发板介绍2.3.1 ARM TinyM0开发板TinyM0是广州致远电子股份有限公司为广大企业用户、电子工程师和高校师生精心设计的Cortex-M0开发平台，核心控制器是基于NXP公司LPC1100系列芯片，应用简单灵活。LPC1100系列微控制器采用ARM公司最新发布的Cortex-M0内核，工作频率高达50MHz，功耗低至110A/MHz，性能卓越、应用简单，更突出的是，它能够显著降低所有8/16位应用的代码长度，并且是目前市场定价最低的32位MCU，其价值和易用性比现有的8/16位微控制器更胜一筹，为追求ARM架构的8/16位用户提供了一种全新的32位解决方案。此外，Cortex-M0内核指令向上兼容Cortex-M3内核，LPC111x系列LQFP48引脚封装的芯片和LPC1300系列LQFP48引脚封装的芯片完全兼容。Tiny M0开发板实物图如图2-7所示。图2-7 TinyM0开发套件2.3.2 ARM TinyM0开发环境搭建TKStudio集成开发环境（又称TKStudio IDE）是广州致远电子有限公司开发的一个微处理器软件开发平台，是一款具有强大内置编辑器的多内核编译调试环境，支持8051、ARM、AVR等多种微控制器，可以完成从工程建立和管理，编译，链接，目标代码的生成，到软件仿真，硬件仿真(挂接TKS系列仿真器等硬件)等完整的开发流程。TKStudioIDE主界面如图2-8所示。图2-8 TKStudioIDE主界面TKStudio集成开发环境包括工程管理器、代码编辑器、编译工具链、源码级调试器和外部工具等。（1）TKStudio工程管理器可以管理工程中用到的所有源文件、库文件和其它输入文件。在工程窗口中分为工程、文件组、源文件三级结构，并且根据文件类型显示为不同的图标，直观而又醒目，更方便用户管理工程。TKStudio工程窗口如图2-9所示。图2-9 TKStudio工程窗口（2）TKStudio代码编辑器以最大化用户编码体验为目标，功能强大，能非常有效地提高编码效率，并提高整体开发效率。（3）TKStudio具备丰富的编译器选项配置信息，对各种工具链的编译、链接、调试提供了灵活的配置参数，对MCS-51、ARM、AVR等芯片都提供了支持，主要有C51、SDCC 51、GCC ARM、ADS ARM、Realview MDK、GCC AVR等编译工具链。如图2-10所示。图2-10 编译工具链LPC1100系列微控制器开发需要用到的编译工具链是Realview MDK 4.x，如果用户在安装TKStudio前已经安装了该编译器，安装程序会自动将编译器的路径设置到TKStudio中。但如果用户之前没有安装Realview MDK编译器，则需在TKStudio安装过程中根据提示到相关网站下载安装。 在安装好Realview MDK编译器后，用户需要将该编译器的路径设置到TKStudio中。（4）TKStudio调试器与广州致远电子推出的K系列仿真器完美结合，支持8051、ARM、AVR等主流芯片的系统级调试，配备大量调试窗口、性能分析器、数据代码覆盖分析器、运行轨迹回溯工具，内置了完备的软件仿真系统。能帮助您快速定位无用代码、无用变量，更好地优化完善整个系统。TKStudio调试器如图2-11所示。图2-11 TKStudio调试器（5）主界面上的【工具】菜单下包含了一些实用的外部工具，包括烧写工具，调试工具，文件工具，计算器等等，可以根据自己的需要灵活使用这些工具。如图2-12所示。图2-12 外部工具2.4 无线系统2.4.1 蓝牙技术及HC-06蓝牙模块（1）蓝牙技术蓝牙，是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。其数据速率为1Mbps。采用时分双工传输方案实现全双工传输。蓝牙技术是一种短距离无线通信技术，目的是在保证高安全性的前提下，取代设备间的线缆连接。关于蓝牙的特点，给出以下结论。 工作于ISM 2.4GHz频段，带宽1Mbps； 蓝牙版本有1.1、1.2、2.0、2.1、3.0、4.0。目前使用最广泛的是V2.0； 蓝牙根据功率可划分为3种距离等级，Class1为100m，Class2为10m，Class3为2-3m； 蓝牙V4.0之前的版本支持两种网络拓扑结构，即Piconet（微微网）和Scatternet（散射网）。V4.0支持的拓扑结构为Star-Bus（星型网）； 蓝牙采用电路交换和分组交换技术，支持数据、语音和视频信息同时传输； 蓝牙在通信连接状态下，有四种工作模式：Active（激活）、呼吸（Sniff）、保持（Hold）、休眠（Park）； 每个蓝牙设备拥有一个48位的地址； 蓝牙设备可同时与7个蓝牙设备进行通信，并和超过200个蓝牙设备保持连接但不通信；蓝牙协议栈结构如图2-13所示。图2-13 蓝牙协议栈蓝牙协议栈根据协议的目的可以分为4层，如表2-1所示。表2-1 蓝牙协议栈层次结构序号协议层包含协议1核心协议Baseband、LMP、L2CAP、SDP2电缆替代协议RFCOMM3电话控制协议TCS Binary，AT-commands4可选协议PPP、UDP/TCP/IP、OBEX、WAP、vCard、vCal、IrMC、WAE（2）HC-06蓝牙模块 HC-06蓝牙模块的特点采用CSR主流蓝牙芯片，蓝牙V2.0协议标准；串口模块工作电压3.3V；波特率为1200，2400，4800，9600,19200，38400，57600，115200用户可设置；核心模块尺寸大小为：28mm x 15 mm x 2.35mm；工作电流：配对中：3040mA，配对完毕未通信：28mA,通信中：8mA；休眠电流：无休眠；用于GPS导航系统，水电煤气抄表系统，工业现场采控系统；可以与蓝牙笔记本电脑、电脑加蓝牙适配器、PDA等设备进行无缝连接。 出厂默认参数从机：波特率：9600，N，8，1；配对密码：12342.4.2 485MHz无线传输技术及FT52D数传模块（1）485MHz无线传输无线485MHZ频段的传输特点是：485MHZ是我们国家的免申请段发射接收频率，可直接使用不需要管理，485频段抗干扰强，并支持各种点对点，一点对多点的无线数据通讯方式，具有收发一体、安全隔离、安装隔离、使用简单、性价比高、稳定可靠等特点，只要发射功率足够大，长距离传输时没有问题的。（2）FT52D数传模块 实物图如图2-14所示。图2-14 FT52D数传模块实物图 FT52D无线串口通信模块特点：最大发射功率20dBm；符合全球IFT频段通信标准，无需申请频点；多信道，可以动态修改通信信道参数；完善的通讯协议，数据实时通信；透明的数据传输；高抗干扰能力和低误码率；休眠功能。支持休眠功能，休眠以后，将整个系统功耗降到最低；高速无线通讯和大的数据缓冲区。可1次传输无限长度的数据，支持8位，9位数据位，8N1/8E1等多种数据格式，用户编程更加灵活；智能数据控制，用户无需编制多余的程序即使是半双工通信，用户也无需编制多余的程序，只要从接口收/发数据即可，其它如空中收发转换，网络连接，控制等操作，FT52D型无线串口通信模块能够自动完成；高可靠性，体积小、重量轻。采用单片射频集成电路及高性能单片处理器,外围电路少，可靠性高，故障率低,适合于嵌入式装配；看门狗实时监控。FT52D可以自行监控运行状况，即使射频芯片被干扰（如雷电干扰）也可重新启动。改变了目前无线通讯行业的致命问题，使该产品永不死机；FT52D可以同时支持多种通信速率。FT52D可以通过跳线方式由用户选择1200bps，2400bps，4800bps，9600bps四种通信速率；FT52D是采用真正的窄带高速率通信技术，信号带宽12.5/25KHz，频谱使用效率高，抗干扰能力强，最高有效速率高达19200bps；灵敏度高。1200bps 的灵敏度为-120dBm，9600bps的灵敏度为-120dBm；工作寿命长，稳定性好，工作温度范围宽。（3）FT52D型的技术指标表2-2 FT52D型的技术指标序号技术指标参数备注1调制方式GFSK2工作频率430-MHz，470-79.3MHz3频率稳定度+/-0.2ppm4最大发射功率20dBm（5.5VDC工作电压）5最大接受灵敏度-120dBm6发射电流130Ma7接受电流37Ma8通信速率1200-9600bps速率用户可选9接口类型UART(TTL)/RS-232/RS-48510工作电压+35.5VDC11工作温度-40-8512年老化率0.5ppm13储存温度-65-15014工作湿度10%-90%相对湿度，无冷凝15外形尺寸47mm26mm7mm3 系统各功能模块的设计与实现3.1 系统构成3.1.1 系统模块构成本系统组成如图3-1所示。图3-1 系统构成系统各模块介绍：（1）数据采集模块通过传感器采集到温度值、气压值、高度值。单片机对数据进行处理。（2）485MHz远距离无线数传模块用于远距离传输。（3）数据转发模块单片机将数据转发给蓝牙模块。（4）蓝牙无线数传模块蓝牙模块可与Android手机通过手机蓝牙进行数据传输。（5）Android数据处理显示模块对数据进行分析处理，并以曲线的方式表现出来。3.1.2 系统功能概述本系统通过蓝牙与无线传输，实时采集六旋翼飞行器的高度，温度，气压，GPS等参数，并在手机终端显示数据。3.2 数据采集模块3.2.1 温度数据采集本毕业设计使用DS18B20单线数字温度传感器。DS18B20是一种数字温度传感器，其有3个引脚：VDD、GND、DQ，其中DQ引脚为其数字信号的输入输出端。具体实物图如下图3-2所示。图3-2 DS18B20实物图DS18B20的特点有：（1）采用单总线的接口方式，与微处理器连接时仅需要一条线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。（2）测量温度范围宽，侧量精度高。（3）在使用中不需要如何外围元件。（4）持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的单线上，实现多点测温。（5）方式灵活可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。因此，当数据线上的时序满足一定的要求时，可以不接外部电源，从而使系统结构更趋简单，可靠性更高。（6）测量参数可配置DS18B20的测量分辨率可通过程序设定9-12位。（7）负压特征电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。（8）掉电保护功能DS18B20内部含有EEPROM，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值。DS18B20的相关特性如下所示：（1）工作电源: 3.05.5V/DC （可以数据线寄生电源）；（2）在使用中不需要任何外围元件； （3）独特的单线接口，仅需一个端口引脚（DQ）进行通讯；（4）持多点组网功能 多个 DS18B20 可以并联在惟一的单线上，实现多点测温；（5）测量结果以916位数字量方式串行传送；（6）测温范围-55+125C，在-10+ 85C范围内，精度为 0.5C 。 （7）温度数字量转化时间200ms(典型值）。DS18B20传感器具有体积小，接线方便的特点，适用于冷冻库、粮仓、电讯机房、电力机房等环境内的测温。DS18B20内部结构如图3-3所示。图3-3 DS18B20内部结构图由上图可知DS18B20温度传感器由4部分组成：64 位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的64位序列号均不相同。ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。 DS18B20的工作时的信息可通过查询其高速暂存存储器中的内容实现，DS18B20的高速暂存存储器由9个字节组成，如下表3-1所示。表3-1 高速暂存存储器内部字节格式温度低位温度高位THTL配置保留保留保留8位CRCDS18B20共有六条控制命令，如下表3-2所示。表3-2 DS18B20控制命令指令约定代码操作说明温度转换44H启动DS18B20进行温度转换读暂存器BEH读暂存器9位二进制数字写暂存器4EH将数据写入暂存器的TH、TL字节复制暂存器48H将暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中重新调E2RAMB8H将E2RAM中TH、TL字节写到暂存器的TH、TL字节读电源供电方式B4H启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU3.2.2 气压数据采集本毕业设计使用MS5534B压力传感器。MS5534B是一款集成了压阻式压力传感器和ADC接口的集成电路。其主要特性如下：（1）压力范围1110 kPa，15 位的模数转换；（2）储存了6 个可供软件温度补偿的参数,满足高精度要求；（3）16 位数字输出,3 线串行接口；（4）低功耗, 供电电压2.23.6V。其实物图及引脚功能如图3-4和表3-3 所示。图3-4 温度和压力测量流程图表3-3 引脚介绍引脚名引脚号功能GND1地SCLK2串行数据时钟DOUT3数字输出DIN4数字输入MCLK5时钟（32768Hz）VDD6供电电压MS5534B 将压力传感器模拟电压转化为16 位的数字量，并提供相应的16 位温度量。3.2.3 高度数据采集具有数字输出的MS5534B很适合用于做六旋翼高度计。温度值和压力值的计算主要步骤如下：（1）通过串行口SPI读取Word1-Word4，使用位逻辑和移位操作算出校准系数C1-C6；（2）循环读取未经补偿的压力值D1和温度值D2，算出真实的温度和压力。如图3-5所示。图3-5 温度和压力测量流程图大气压力由大气重力造成，因为空气可压缩，压力和高度存在非线性关系。在考虑大气中典型温度分布的情况下，1976 年美国公布了标准大气压的气压和高度的近似函数。从海平面到以上25000 米被分成两部分：线性关系的对流层（11000 米以下）和温度为常数的平流层（11000-25000 米）。利用大气压力和高度间的关系可以用来建立一个高精度的高度计，可以达到厘米的分辨率。其函数关系示意图如图3-6所示。图3-6 大气层压力和高度的函数关系3.2.4 航线数据采集本毕业设计使用GPS-MSP430F149-V1模块。GPS_MSP430F149_V1模块中主要包含两个子模块：XY15M GPS接收器和MSP430F149单片机。GPS_MSP430F149_V1模块实物图如图3-7所示，结构图如图3-8所示。图3-7 GPS_MSP430F149_V1模块图3-8 GPS_MSP430F149_V1模块结构图其中XY15M GPS接收器用于接收卫星数据，输出GPS数据。输出的GPS数据可通过PORT15直接输出，也可经过MSP430F149单片机处理后通过PORT16输出。3.3 485MHz远距离无线数传模块3.3.1 485MHz无线子系统的构成FT52 STD 485MHz 无线串口通信模块是由北京腾飞电子科技发展有限公司自主开发，此模块的载波频率范围为472.35485.775MHz，共有116信道，能够同时提供UART接口、软件模拟RS232和模拟RS485三种接口。FT52 STD 485MHz 无线串口通信模块的实物如图3-9所示。图3-9 FT52 STD 485MHz 无线串口通信模块3.3.2 模块收发功能实现两个无线模块分别与两台PC相连。无线模块接上天线，将无线模块的COM2（Rs232）通过TTL-USB转换线与电脑相连，无线模块与PC的硬件连接原理如图3-11所示。图3-10 硬件连接原理图无线模块在通信前需进行信道配置。将无线模块JP2的设置如下：A=0，BC=11，D=0，E=0。PC端打开无线模块调试助手ConfigTool, 选择FT5x，选择相应的串口，频段选择如图3-11所示。信道编号选择合适的编号（两个无线模块的信道编号要相同）。点击标准型使用中的配置参数，配置成功则会跳出配置成功的窗口，否则跳出配置失败的窗口。点击其中的读取参数，信道编号则显示为无线模块现配置的信道。无线模块调试助手界面如图3-11所示。图3-11 无线模块调试助手3.4 蓝牙无线数传模块蓝牙模块又叫蓝牙内嵌模块、蓝牙模组，该模块将蓝牙协议栈进行封装以对用户透明，并向用户提供电路接口。蓝牙模块可从应用、技术、芯片三个角度进行划分。（1）应用角度：手机蓝牙模块、蓝牙耳机模块、蓝牙语音模块、蓝牙串口模块、蓝牙电力模块、蓝牙HID模块；（2）技术角度：蓝牙数据模块、蓝牙语音模块、蓝牙远程控制模块；（3）芯片角度：ROM版模块、EXT版模块、FLASH版模块。蓝牙模块的外围接口包括UART串口、USB（Slave）、双向数字IO、D/A、A/D、模拟音频接口AUDIO、数字音频接口PCM、编程接口SPI。模块构建如图3-12所示。图3-12 系统连接示意图本系统在蓝牙通讯过程中，C8813Q作为蓝牙客户端，主动向蓝牙从机模块HC-06-S发起连接；HC-06-S作为蓝牙服务器端，监听其特定端口的连接请求。本实验软件编程包括手机端和单片机端。单片机端程序包括串口接收模块和LCD显示控制模块。手机端软件重点是Android蓝牙通信编程。蓝牙从机HC-06-S已由生产厂家将蓝牙服务器程序固化至硬件上，该模块对外提供串口服务标识用于与蓝牙客户端建立连接。串口服务标识为一特定UUID， “00001101-0000-1000-8000-00805F9B34FB”。3.5 Android数据处理