手机虚拟示波器

1、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。k*| 1|*计2“U4AMS111*4 J* 1 -P"LIN* 他Cue性口課K*MJNAll：* Mui hehftPi li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

2、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、R2、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1MQ ,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

3、 ,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、7 68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

4、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 1152 00bps ，加快通信速度。默认配对密码是 1234 ，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，

5、 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i60V，对应转换后的数字是 01023 ，除以 4 后的范围是 0255 ，输入信号在

6、 ±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。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,

7、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%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

8、 。 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 voi

9、d 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.printStackTrace();/ DiscoveryListener 接口，记录已找到蓝牙设备并显示public void deviceDi

10、scovered(RemoteDevice remoteDevice, DeviceClass cod) try sel.append(remoteDevice.getFriendlyName( true ),null ); catch (Exception e) sel.append(remoteDevice.getBluetoothAddress(), null ); finally remoteDevices.addElement(remoteDevice);II DiscoveryListener接口，查找设备完成public void inquiryCompleted( int di

11、scType) 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.eleme ntAt(sel.getSelect edln dex();discoveryAgent.searchServices(attrSet, uuidSet, remoteDevice , this ); catch (Exception e) e.pri ntStackTrace();/ Di

12、scoveryListener接口，服务查找成功，得到连接ULRpublic void servicesDiscovered( int transID, ServiceRecord servRecord)DataEleme nt serviceNameEleme nt= servRecordsel.getSelectedl ndex().getAttributeValue(0x0100);String _serviceName = (String)serviceNameElement.getValue();String serviceName = _serviceName.trim();btC

13、 onn ectio nURL= servRecordsel.getSelectedl ndex().getC onn ectio nURL(ServiceRecord. NOAUTHENTICATE_NOENCRYPT , false );/DiscoveryListe ner 接口，查找服务完成public void serviceSearchCompleted( int transID, int respCode) if (respCode = DiscoveryListener. SERVICE_SEARCH_COMPLETED ) else /打开连接，建立输入、输出通道Stream

14、Connection 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，通过查格 子可以大致判断波形的幅值和周期。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。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