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摘要：將Android融入電子信息專業(yè)綜合實驗，不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，為其從事相關(guān)研發(fā)工作奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：專業(yè)綜合實驗；Android；甲醛檢測

中圖分類號：G642.423 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）49-0267-02

電子信息專業(yè)綜合實驗[1]是面向電子信息專業(yè)高年級學(xué)生開設(shè)的綜合性實踐課程，要求學(xué)生能夠綜合運用所學(xué)專業(yè)知識進行電子信息類產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)實踐。該課程對于培養(yǎng)學(xué)生綜合運用專業(yè)知識的能力，提高其創(chuàng)新意識具有重要的作用。隨著Android[2]智能手機的飛速發(fā)展，Android智能平臺已經(jīng)進入普及階段，開發(fā)基于Android的綜合實驗案例，不僅能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)起創(chuàng)新實踐能力，同時為學(xué)生以后從事相關(guān)研發(fā)工作打下基礎(chǔ)。實驗案例以Android智能平臺和STC89C52為軟硬件核心，采用MS1100甲醛傳感器，實現(xiàn)基于Android智能平臺的無線甲醛檢測系統(tǒng)。

一、系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件框架以STC89C52微處理器為核心控制器，其與MS1100甲醛傳感器電路、HC-05藍牙、蜂鳴器電路、LCD1602顯示屏、上拉電阻、時鐘電路、復(fù)位電路等外部設(shè)備連接在一起組成無線甲醛檢測系統(tǒng)。MS1100甲醛傳感器、HC-05藍牙、單片機等這些功能需要通電才能實現(xiàn)。在系統(tǒng)設(shè)計中，由于MS1100甲醛傳感器輸出的信號是模擬信號，而STC89C52的引腳內(nèi)部沒有AD轉(zhuǎn)換功能，導(dǎo)致模擬信號不能直接與單片機進行數(shù)據(jù)傳輸，因此要在兩者之間加上一個可以轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)模式的AD轉(zhuǎn)換芯片，然后按照各個模塊引腳的功能以及引腳的連接方式進行電路連接。

硬件電路按照數(shù)據(jù)采集電路、蜂鳴器工作電路、串口通信電路的順序進行設(shè)計。數(shù)據(jù)采集電路采用MS1100甲醛傳感器電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片ADC0832相連接構(gòu)成數(shù)據(jù)采集電路。其次，設(shè)計蜂鳴器報警電路，電路采用蜂鳴器和三極管、電阻組成蜂鳴器電路；LCD1602顯示屏和上拉電阻組成甲醛濃度顯示電路。最后，串口通信電路由HC-05藍牙與STC89C52相連組成，實現(xiàn)甲醛濃度通過藍牙向手機端傳輸。

（一）甲醛傳感器

傳感器選取以MS1100為核心的VOC（volatile organic compounds）式傳感器。MS1100是半導(dǎo)體式VOC氣體傳感器，它具有很高的靈敏度，價格相對便宜，適合檢測空氣中的甲醛這種具有揮發(fā)性的有機化合物。MS1100利用金屬氧化物遇到VOC氣體阻值會發(fā)生變化這一特性來檢測空氣中甲醛的濃度。如圖1所示，該傳感器共有四個引腳：VCC、GND、AOUT和VCC。其中，VCC和GND分別接的是直流電源5V和GND，AOUT是模擬信號輸出口。甲醛濃度與輸出電壓的關(guān)系不是簡單的直線關(guān)系，而是呈現(xiàn)一種log對數(shù)函數(shù)的關(guān)系，當(dāng)空氣中不含甲醛時，或者說甲醛濃度為零時，傳感器的阻值就是無窮大，電路外接電阻分到的電壓就為零，模擬信號輸出為零。傳感器電路中，在電源VCC和GND之間加10pf的電容是因為電容具有通交隔直的作用，它可以濾掉電路中多余的交流信號，從而使電路中的電壓穩(wěn)定。傳感器AOUT口輸出0-5V的模擬信號，傳感器的模擬信號接口不能直接與STC89C52微處理器進行連接，需要通過ADC0832將模擬電壓轉(zhuǎn)成數(shù)字量后輸入微處理器。

（二）數(shù)模轉(zhuǎn)換

模數(shù)轉(zhuǎn)換部分采用的是具有8位分辨率的A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832，其最高分辨可以達到256級。DI作為數(shù)據(jù)的輸入端，用以選擇通道功能。設(shè)計中，采用單通道（CH1）輸入模擬信號的方式。CS為芯片的選通引腳，當(dāng)芯片通電后CS端通過單片機發(fā)送一個低電平芯片就選通完成，可以開始工作。

（三）藍牙電路

基于藍牙的無線通信，通?？梢詫崿F(xiàn)10m范圍內(nèi)的無線數(shù)據(jù)傳輸，在傳輸中藍牙有主機和從機之分。系統(tǒng)中采用的HC-05藍牙模塊集主從于一體，既可以作為主動搜索其他藍牙設(shè)備的主機，也可以作為只能被其他設(shè)備搜索的從機。HC-05既可以接收數(shù)據(jù)也可以發(fā)送數(shù)據(jù)，這給系統(tǒng)設(shè)計帶來了較大的便利，同時也降低了實驗中的硬件故障率。

實驗時，首先將藍牙模塊與USB轉(zhuǎn)串口連接，然后按住藍牙模塊上的黑色按鈕，并將USB口插入電腦端，如果藍牙模塊的state燈變?yōu)槁W，則表明藍牙模塊已經(jīng)進入AT模式，打開串口調(diào)試助手即可進入藍牙設(shè)置AT模式。功能代碼如表1所示。

如果串口助手返回“OK”就代表藍牙參數(shù)設(shè)置成功。需要注意的是，設(shè)置指令里的符號不要在中文狀態(tài)下輸入，否則不會返回相應(yīng)指令。

二、軟件設(shè)計

總體軟件設(shè)計采用模塊式編程，軟件流程如圖2所示。首先是對設(shè)備進行初始化，然后進行數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集軟件主要完成對MS1100甲醛傳感器輸出的模擬了經(jīng)ADC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)成數(shù)字量后輸送至微處理器；數(shù)據(jù)傳輸部分先將檢測到的甲醛濃度對應(yīng)為數(shù)字信號，再通過藍牙模塊進行傳輸；蜂鳴器報警程序需要在程序中設(shè)置蜂鳴器的閾值，當(dāng)接收到的甲醛濃度大于閾值時，接蜂鳴器的端口會置為低電平，蜂鳴器會報警。微處理器與藍牙模塊之間采用串行通信方式，兩者可以互發(fā)信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在上位機的顯示，以及上位機控制下位機的蜂鳴器關(guān)閉。

手機APP通過調(diào)用手機本地藍牙實現(xiàn)與HC-05藍牙模塊的連接，從而把與STC89C52微處理器連接的藍牙數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾CAPP上并且顯示。當(dāng)甲醛濃度數(shù)據(jù)大于蜂鳴器設(shè)定的閾值，通過指令發(fā)送給藍牙再發(fā)送給單片機，STC89C52處理數(shù)據(jù)使蜂鳴器與微處理器的端口重新恢復(fù)到高電平，取消報警。

手機端的APP需要在Android開發(fā)平臺完成，目前Android的開發(fā)主流平臺有eclipse和Android studio兩種。這兩個平臺均為開發(fā)者提供了豐富的系統(tǒng)控件，可以編寫漂亮的界面，也可以通過擴展系統(tǒng)控件，常見控件有：TextView、Buttion、EditText、一些布局控件等。實驗案例選用了Eclipse開發(fā)軟件進行設(shè)計。設(shè)計APP時首先需要將Eclipse的開發(fā)環(huán)境配置好，開發(fā)環(huán)境搭建好后，即可調(diào)用相應(yīng)的控件完成界面設(shè)計。編寫藍牙通信程序時，由于Android對藍牙設(shè)備的一系列操作方法進行了封裝，所以設(shè)計藍牙APP只需要調(diào)用封裝的方法即可。

三、總結(jié)

實驗案例綜合應(yīng)用了微處理器應(yīng)用、傳感與檢測技術(shù)、Android智能平臺應(yīng)用開發(fā)等專業(yè)知識與技術(shù)，案例中設(shè)計的基于Android的甲醛監(jiān)測系統(tǒng)不僅可以作為電子信息專業(yè)綜合實驗教學(xué)案例，同時其自身也具有較好的應(yīng)用價值。

參考文獻：

[1]吳樂南.用于電類專業(yè)綜合創(chuàng)新的教學(xué)實驗平臺[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2016，38（05）：99-102.

[2]張義紅，李永樂，郝礦榮，韋方.Android物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新型實驗研究與應(yīng)用[J].實驗室研究與探索，2018，37（01）：22-24+37.