单片机的蓝牙接收发射模块设计报告

1、单片机的蓝牙接收发射模块设计目录第一章 引言.31.1本设计的背景 .31.2本设计的系统方案 .31.2.1系统各模块的选择 . .3第二章 单片机数据传输系统的组成框图 .42.1单片机数据发送模块框图 .42.2PC 数据接收模块框图 . .4第三章单片机数据传输系统硬件设计 .53.1发送与接收模块的单片机最小系统 .53.2发送与接收模块的无线通信模块 BC04-B蓝牙模块 . .53.2.1蓝牙技术协议简介 . .53.2.2蓝牙技术的核心协议 . .73.2.3HCI 协议 .73.2.4BC04-B 蓝牙模块部分电路 .73.318B20 数字温湿度传感器 . .83.3.11

2、8B20 简介 .83.4超声波测距传感器及其电路部分 . .83.4.1超声波传感器原理 .83.5单片机数据传输系统的电源部分 . .93.6 MAX232 串口电路 . .103.7单片机显示电路 . .10第四章单片机数据传输系统的软件设计 .114.1单片机数据采集系统的程序流程图 . .124.2蓝牙数据收发系统的程序流程图 . .错误 ! 未定义书签。第五章 单片机数据传输系统调试 .133第六章 总结.14参考文献 .14附录 .142第一章引言1.1本设计的背景蓝牙技术是近年来发展迅速的短距离无线通信技术， 可以用来替代数字设备间短距离的有线电缆连接。使用全球通用的 24GH

3、z频段，即 ISM(Industrial 、Scientific and Medical) 频段，使得蓝牙设备可工作于世界上任何地方；采用了跳频技术，提高了抗干扰性；蓝牙模块具有低成本、低功耗和低辐射的优点；具备认证和加密机制，实现了较高的安全性； 应用范围广泛， 可应用于无线设备、 图像处理设备、 安全产品、消费娱乐、汽车产品、家用电器、医疗健身、建筑、玩具等多种领域； 支持点对点和点对多点传输，多个蓝牙设备可组成微微网，具备明显的网络特性。1.2本设计的系统方案1.2.1系统的功能实现通过温湿度及距离传感器采集环境的温湿度、距离信号，将信号处理然后通过无线传输到距离十多米的地方进行显示，实

4、现实时监测环境的温度、距离等信息，具有很大的应用前景。本设计以单片机和蓝牙模块BC04-B 为主，设计了基于蓝牙无线传输的数据采集系统，整个装置由前端数据采集、传送部分以及末端的数据接受部分组成（如 PC 机）。前端数据采集部分由位于现场的传感器、 单片机、串口通信等构成 ,传送部分主要利用自带微带天线的蓝牙模块进行数据的无线传输；末端通过蓝牙模块、串口通信传输将数据送到上位 PC 机进一步处理。 PC 机可以根据指令来控制数据的获取。1.2.1系统各模块的选择1.18B20 数字温湿度传感器，内部包含一个电容式感湿元件和 NTC测温元件，还有 A/D 转换模块，实现温湿度数字信号输出。同时

5、18B20又是单总线形式，与单片机相连减少了 I/O 口的使用。2. 超声波测距模块， 利用单片机发送触发信号， 产生 40HZ的声波信号，经过物体遮挡住返回的时间，可以计算距离。3. 采用 STC89C52单片机控制单元 2 ，产品较为普遍，价格便宜，易于控制。对 STC89C52 用 C 语言编写程序，可读性较好。4. 无线通信采用全球广泛使用的蓝牙技术， 本设计采用 BC04-B蓝牙模块，该模块可实现二十米的无线数据传输。5.LCD1602 液晶显示器为工业字符型液晶，能够显示 32 个字符，可实现对数据进行简单显示。3第二章 单片机数据传输系统的组成框图数据传输系统分为发送和接收两个模

6、块：发送模块主要由温湿度采集模块、距离采集模块、单片机控制模块、蓝牙发送模块、显示模块和电源模块等组成；接收模块主要由蓝牙接收模块、 PC控制、串口调试模块组成。具体框图如下：2.1单片机数据发送模块框图18B20显示STC89C52超声波测风单天线片BC04B 蓝牙机模块图 2.1 发送模块信号采集发送过程 3 为 18B20、超声波测距模块 4 将信号传给 STC89C52单片机，单片机将信号处理，并进行超温湿度、距离报警。处理后的信号经串口发送给 BC04-B蓝牙发射模块发射出去，采用 2.4GHZ全球免费波段。2.2 PC 数据接收模块框图天线PC机接收蓝牙模块控制显示和显示键盘图 2

7、.2 接收模块信号接收过程为蓝牙适配器接收模块接收信号， 将信号通过串口传给 PC机，通过串口调试助手显示出来。 PC可以通过串口调试助手给单片机机发送指令， 控制数据的获取。4第三章单片机数据传输系统硬件设计3.1发送模块的单片机最小系统本系统采用 MCS-51系列 STC89C52单片机芯片 5 作为发送与接收模块的控制单元，芯片具有如下特点：（1） 抗干扰性强；（2） 低价格；（3） 低功耗：掉电模式耗电低于0.1uA，正常工作模式为4mA7mA，掉电模式可由外部中断唤醒，适用于电池供电系统；（4） 通过 MAX232电平转换芯片即可进行下载，编程方式灵活，可用 C 语言进行编写，可读性

8、强， 8KB的内部 ROM增强编程方便性。发送与接收模块的控制单元电路原理图如图3.1 ：图 3.1 STC89C52 单片机最小系统图 3.1 中间部分为 STC89C52芯片，该芯片采用 40 脚双列直插 DIP 封装，第 40 脚接 +5V电源，第 20 脚接地，左上部分为复位电路，接单片机的第 9 脚，但按下键时即对系统进行复位。左下为晶振电路，采用 11.0592MHZ的晶振。第 31 脚接高电平。3.2发送与接收模块的无线通信模块BC04-B蓝牙模块3.2.1蓝牙技术的协议简介蓝牙无线通信的协议标准是由 SIG 制定的，它规定了蓝牙应用产品应遵循的标准和需要达到的要求。目前颁布的蓝

9、牙规范有 1.0、1.1、 2.0、 2.1 等几个版本。协议栈由上至下可分为3 个部分：传输协议、中介协议和应用协议。传输协议负责蓝牙设备间的相互位置确认，以及建立和管理蓝牙设备间的物理和逻辑链路，包括 LMP 、 L2CAP 、 HCI ；中介协议为高层应用协议或程序在蓝牙逻辑链路上工作提供了支持，为应用层提供了各种标准接口，包括： RFCOMM 、SDP、 IrDA 、 PPP、 TCP/IP 、 UDP 、 TSC 和 AT 指令集等；应用协议是指那些位于蓝牙协议栈之上的应用软甲和其中涉及的协议，包括开发驱动和其他蓝牙应用程序等。3.2.2蓝牙技术的核心协议蓝牙技术的核心协议分为四个部

10、分，如下：（ 1）基带协议（Baseband）5基带和链路控制层确保网络内部蓝牙设备单元之间由射频构成的物理连接。（ 2）连接管理协议（ LMP ）负责蓝牙网络内各设备之间连接的建立。（ 3）逻辑链路控制和适配协议（L2CAP ）是一个为高层传输层和应用层协议屏蔽基带协议的适配协议，为高层应用传输提供了更加有效和更有利于实现的数据分组格式。（ 4）服务发现协议（ SDP）发现服务在蓝牙技术框架中起到了至关重要的作用，它是所有用户模式的基础，是为实现网络中蓝牙设备之间相互查询及访问提供的服务。在蓝牙系统中，客户只有通过服务发现协议，才能获得设备信息、服务信息以及服务特征，从而在设备单元之间建立不

11、同的SDP 层连接 3 。3.2.3HCI 协议HCI （ Host Controller Interface ）协议，即主机控制接口协议，属于蓝牙协议栈的一部分，是蓝牙规范定义的一个符合标准的接口，它适用于蓝牙通讯模块的硬件部分。此定义描述了位于 HCI 驱动程序（主机的一部分，也即蓝牙通讯模块的使用者）和主机控制器固件（蓝牙通讯模块本身的一部分）之间的接口。HCI固件通过访问基带命令、硬件状态寄存器、控制寄存器以及时间寄存器实现对蓝牙硬件的HCI 指令。HCI 传输层是蓝牙主机与蓝牙主控制器之间的物理接口。目前，蓝牙HCI 传输层的物理接口由通用串行总线（USB ）、串行端口（RS232

12、）、通用异步收发器（UART ）和个人计算机存储卡。本系统采用UART方式在蓝牙设备和主控制器之间传输数据。UART传输层发目标在于可以在同一PCB 电路板上两UART 之间的串行接口上使用蓝牙HCI 协议。 UART传输层假定UART通信不存在线路故障，图1 为 UART传输层。图 1 UART 传输层UART 传输层采用了RS232 的接口参数配置，如表1：波特率厂商指定信息数据位数8奇偶校验位无奇偶校验位终止位1 终止位流控制RTS/CTS流完成响应时间3ms表 1 RS232 接口参数配置其中， RTS/CTS 流控制用于防止临时UART 缓冲区溢出，当CTS 为 1 时，允许蓝牙主机

13、/主机6控制器发送， 当 CTS 为 0 时，禁止蓝牙主机/主机控制器发送。流完成响应时间则定义了从设置RTS为 0 到字节流真正结束时的最大时间。UART信号线采取置空调制解调器模式，RS232 信号处于连接状态，即本地TXD连接到远端RXD ，本地 RTS 连接到远端CTS，反之亦然。UART 传输层同时具备纠错功能。如果当蓝牙主机与主机控制器在RS232 通信上失去同步，则必须复位。 RS232 通信失去同步意味着已检测到 HCI 分组指示器或者 HCI 分组长度超出了范围。 如果蓝牙主机与主机控制器在 UART 通信失去同步，那么主控制器将发送硬件故障时间，以将同步错误告诉蓝牙主机。主

14、控制器需要从蓝牙主机接受一个RESET 指令以执行抚慰，从而实现重新同步。3.2.4 BC04-B 蓝牙模块部分电路BC04-B蓝牙模块 8,9,10 主要性能参数：（ 1） 频率： 2.4GHz ISM band（ 2） 调制方式： GFSK（ 3） 发射功率等级： class2（ 4） 灵敏度： -80dBm（ 5） 通信速率： 2Mbps（ 6） 供电电源： 3.3V（ 7） 工作温度： -20 +55 HC-06蓝牙模块部分电路图如图3.2.1 ：图 3.2.1 HC-06 蓝牙模块部分电路图 3.2 左边部分为蓝牙芯片，其 TX 与 RX引脚分别接 STC89C52的 RXD(P3.

15、0)和 TXD（ P3.1），PIO1 接 LED灯，当 LED常亮时表示蓝牙数据开始传输。右上部分为电源 +5V 转为 +3.3V 电路。 BC04-B蓝牙模块实物如图 3.2.2 ：7图 3.2.2 BC04-B 蓝牙模块3.3 18B20 数字温湿度传感器3.3.1 18B20简介DHT21数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。该传感器响应快、抗干扰能力强、性价比高等优点。单总线串行接口，使系统变得简单快捷。超小的体积、极低的功耗。主要性能如下：(1) 供电电压范围： +3.0V+5.5V；（2）测温范围： -55 +125。固有测温分辨率为 0.5 。当在 -

16、10 +85范围内，可确保测量误差不超过 0.5 ，在 -55 +125范围内，测量误差也不超过 2；（3）通过编程可实现9 12 位的数字读数方式 .18B20引脚图如图 3.3.1 。本设计将 1 脚接电源 +5V，2 接 STC89C52的 I/O 口 P2.3脚接地。图 3.3.13.4 超声波测距传感器及其电路部分3.4.1超声波传感器原理(1) 采用 IO 触发测距，给至少 10us 的高电平信号 ;(2) 模块自动发送 8 个 40khz 的方波，自动检测是否有信号返回；(3) 有信号返回，通过 IO 输出一高电平，高电平持续的时间就是 超声波从发射到返回的时间测试距离 =( 高

17、电平时间 * 声速 (340M/S)/2;8图 3.4.5超声波发送接收原理图3.5 单片机数据传输系统的电源部分发射与接收模块的电源均用 +7.2V 的干电池经 7805 稳压输出 +5V 的电源， +5V电源在经过 ASM1117稳压输出 +3.3V。其电路原理图如图 3.5.1 。图中 J3 的 2 脚位 +7.2V，1脚为地； S4 为拨动开关，电容 C11、C12、C13、 C14均为 7805 输入输出端的滤波电容；D17为发光二极管，即电源指示灯； D19为 1N4007保护二极管，当输入端短路时，给输出电容 C14 一个放电回路，防止 7805 被击穿损坏。图 3.5.1 +5

18、V 电源部分BC04-B 蓝牙模块供电电源由 +5V电源在经过 ASM1117稳压输出 +3.3V 供电。其电路原理图如图 3.5.29图 3.5.2+3.3V电源部分3.6 MAX232 串口电路MAX232串口电路主要用于 STC89C52单片机程序的烧写以及用于扩展与上位机的通信。计算机串口采用的是 RS232C负逻辑电平，“1”表示 -12V，“0”表示 +12V，与单片机的的 TTL 电平不同，因此通过 MAX232串口电路实现与计算机进行通信。其电路图如图 3.7 ，图中的 5 个电容均为0.1 F 的瓷片电容，起到降低芯片的噪声干扰。MAX232的 11 脚接 STC89C52单

19、片机的 TXD（P3.1 ），12 脚接单片机的 RXD（ P3.0）；右下为串口母头，用于与计算机的通信，第 3 脚（计算机数据输出端）为从计算机输出至单片机端口，第 2 脚（计算机数据输入端）为从单片机输入至计算机， 5 脚为地线，其余引脚在此不用。图 3.6 MAX232 串口电路3.7 单片机显示电路接收模块显示电路采用LCD1602液晶显示。 LCD1602能显示 16 个字符× 2 行，即 3210个字符。 LCD液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了 160 个不同的字符，这些字符有阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用符号和日文假名等，每一个字符都有一个固定

20、的 ASCII 代码。其引脚说明如表 3.8 。编号符号引脚说明编号符号引脚说明1GND电源地9DB2数据2VCC电源正极10DB3数据3VEE液晶显示偏11DB4数据压4RS数据/ 命令12DB5数据选择5R/W读/ 写选择13DB6数据6E使能信号14DB7数据7DB0数据15BLA背光源正极8DB1数据16BLK背光源负极表 3.8 LCD1602 引脚说明LCD1602在本设计中的电路连接图如图3.8,1脚和 3 脚接地， 2 脚接电源 +5V，4 脚接 STC89C52图 3.7 LCD1602 电路连接图单片机的 P2.5,5 脚接 P2.6,6 脚接 P2.7,7 14 脚接 P

21、0 口， 15 脚串接一个 10K的电阻然后接到电源 +5V。第四章单片机数据传输系统的软件设计单片机数据传输系统软件部分分为数据采集和接收发送数据两个模块 ，在此仅分析主程序与各子程序的流程。涉及的子程序为 18B20 温湿度子程序，超声波测距子程序，蓝牙收发数据子程序， LCD1602液晶显示子程序。114.1 单片机数据采集系统的程序流程18B20 采集超声波传感器采蓝牙接收温度集距离单片机处理温度和PC 机显示温度和距离数据距离数据显示等待NN收到 PC 机发送PC 机发送指数据指令？令？蓝牙发射收到数据发送模块接收模块图 4.1系统软件主程序流程图124.2 蓝牙数据收发系统的程序流

22、程图 4.2 蓝牙收发程序流程图第五章单片机数据传输系统调试系统主要由发送模块和接收模块组成。用万用表分别检测无短路或断路情况，测得电源部分 7805 输出端 +5V，电源指示灯亮，单片机等各芯片电压正常。蓝牙模块接上电源 LED指示灯正常点亮。先对温度采集电路进行调试，通过下载软件将 HEX文件烧写进入单片机，发现蓝牙能够正常传输数据， 测得环境的温度能在 PC机上正常显示， 温度精确到 0.1 ，湿度精确到 0.1 ，温度的测量范围为 -20.0 +120.0。其次距离采集电路进行调试，下载软件将 HEX文件烧写进入单片机，发现蓝牙能够正常传输数据， PC机显示实时距离值。然后整体系统调试

23、， 测得结果在空旷地带， 单片机数据传输距离可达 30 多米；在有障碍物的时候，数据传输距离也可达 10 几米。13第六章总结基于蓝牙技术的数据传输系统的设计，以其低成本、低功耗、便携式、高精度的设计理念，实现对环境的温度、距离等数据的实时采集，让人们的生产生活安排的更加合理有序。蓝牙技术是全球广泛使用的无线通信技术，能够实现短距离快速传输大容量的数据，是短距离数据通信的首选技术，其不断成熟的技术，更是给无线通信领域带来光明的前景， BC04-B蓝牙模块，可传输十几米的距离，较好的完成了设计任务。参考文献1 郭坚. 基于 STC89C52单片机的多路数据采集控制系统设计J. 装备制造 ,201

24、0,(4):234.2 张发海 . 基于单片机 STC89C52的 LED 数码管温度显示及报警器的实现 J. 科技信息,2009,(35):87-88.3 何国泉 . 基于蓝牙的无线接入点设计 J. 微型机与应用 ,2010,29(18):58-60.4 伍春. 基于蓝牙的无线传感器网络节点设计与实现J. 计算机应用与软件,2010,27(4):74-76,101.5 付蔚. 基于蓝牙芯片的无线通信模块设计与开发J. 微计算机信息,2009,25(102):178-179,175.6 喻宗泉 . 蓝牙技术基础 M. 北京：机械工业出版， 2006.40-95.附录系统 PCB：系统程序：14

25、#include<REG52.H>#include<math.h>#include<stdio.h>#include<intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ=P22;sbit RS=P35;sbit RW=P36;sbit EN=P34;sbit R=P27;sbit T=P26;unsigned int time=0;unsigned long S=0;bitflag =0;unsigned char disbuff4= 0,0,0,0,;uns

26、igned char code str1="rangetemp "float RxBuf,disdata5;uint tvalue;/温度值uchar tflag;/温度正负标志unsignedcharcodeASCII15='0','1','2','3','4','5','6','7','8','9','.','-','M',;uchar Tx,Ax;/*lcd160

27、2程序 */void delay1ms(unsigned int ms)/延时 1 毫秒（不够精确的）unsigned int i,j;for(i=0;i<ms;i+)for(j=0;j<100;j+);void wr_com(unsigned char com)/写指令 /delay1ms(1);RS=0;RW=0;EN=0;P0=com;delay1ms(1);EN=1;delay1ms(1);EN=0;void wr_dat(unsigned char dat)/写数据 /15delay1ms(1);RS=1;RW=0;EN=0;P0=dat;delay1ms(1);EN=1

28、;delay1ms(1);EN=0;void lcd_init()/初始化设置 / BLK=0;delay1ms(15); wr_com(0x38); delay1ms(5);wr_com(0x08);delay1ms(5);wr_com(0x01);delay1ms(5);wr_com(0x06);delay1ms(5);wr_com(0x0c);delay1ms(5);void display(unsigned char *p)/显示 /while(*p!='0')wr_dat(*p);p+;/delay1ms(1);init_play()/初始化显示lcd_init();

29、wr_com(0x80);display(str1);/*ds1820程序*/void delay_18B20(unsigned int i)/延时 1 微秒while(i-);16void ds1820rst()/*ds1820复位 */unsigned char x=0;DQ = 1;/DQ复位delay_18B20(4); /延时DQ = 0;/DQ拉低delay_18B20(100); /精确延时大于 480usDQ=1;/拉高delay_18B20(40);uchar ds1820rd()/*读数据 */unsigned char i=0;unsigned char dat = 0;

30、for (i=8;i>0;i-)DQ = 0; /给脉冲信号dat>>=1;DQ = 1; /给脉冲信号if(DQ)dat|=0x80;delay_18B20(10);return(dat);void ds1820wr(uchar wdata)/*写数据 */unsigned char i=0;for (i=8; i>0; i-)DQ=0;DQ = wdata&0x01;delay_18B20(10);DQ=1;wdata>>=1;read_temp()/*读取温度值并转换 */uchar a,b;ds1820rst();ds1820wr(0xcc)

31、;/*跳过读序列号 */ds1820wr(0x44);/*启动温度转换 */17ds1820rst();ds1820wr(0xcc);/*跳过读序列号 */ds1820wr(0xbe);/*读取温度 */a=ds1820rd();b=ds1820rd();tvalue=b;tvalue<<=8;tvalue=tvalue|a;if(tvalue<0x0fff)tflag=0;elsetvalue=tvalue+1;tflag=1;tvalue=tvalue*(0.625);/温度值扩大 10 倍，精确到 1 位小 ?tvalue=tvalue-15;return(tvalue

32、);/*/void show()/温度值显示 uchar flagdat; time=TH0*256+TL0;TH0=0;TL0=0;S=(time*1.7)/100;/算出来是 CMdisdata0=tvalue/1000+0x30;/百位数disdata1=tvalue%1000/100+0x30;/十位数disdata2=tvalue%100/10+0x30;/个位数disdata3=tvalue%10+0x30;/小数位disdata4=0x00;if(tflag=0)flagdat=0x20;/正温度不显示符号elseflagdat=0x2d;/负温度显示负号 :-if(disdat

33、a0=0x30)disdata0=0x20;/如果百位为 0，不显示if(disdata1=0x30)disdata1=0x20;/如果百位为 0，十位为 0 也不显示18disbuff0=S%1000/100;disbuff1=S%1000%100/10;disbuff2=S%1000%100%10;disbuff3=S%10000%1000 %100;wr_com(0xc0);wr_dat(ASCIIdisbuff0);/显示百位wr_com(0xc1);wr_dat(ASCII10);wr_com(0xc2);wr_dat(ASCIIdisbuff1);wr_com(0xc3);wr_d

34、at(ASCIIdisbuff2);wr_com(0xc4);wr_dat(ASCII12);wr_com(0xc8);wr_dat(flagdat);/显示符号 ?wr_com(0xc9);wr_dat(disdata0);/显示百位wr_com(0xca);wr_dat(disdata1);/显示十位wr_com(0xcb);wr_dat(disdata2);/显示个位wr_com(0xcc);wr_dat(0x2e);/显示小数点wr_com(0xcd);wr_dat(disdata3);/显示小数位void StartModule()/启动模块T=1;/启动一次模块_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_