摘要：針對日常生活中人們有時候會忘記一些物品或是兒童玩耍容易走出家長視線的現(xiàn)象，通過在相關(guān)物品身上安裝簡易藍(lán)牙防丟器，解決生活中因一些事所帶來的損失問題。本設(shè)計以STC89C52單片機(jī)作為控制芯片，對藍(lán)牙模塊進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)對物品在脫離主體一段距離后發(fā)出警報。利用AltiumDesigner作為仿真軟件，對電路和檢測系統(tǒng)進(jìn)行仿真和模擬。實驗結(jié)果表明當(dāng)物品遠(yuǎn)離主體的時候，檢測系統(tǒng)會立即警報，能有效解決我們因疏忽所帶來的問題。

關(guān)鍵字：單片機(jī)；藍(lán)牙；距離；防丟器

Detecton system of speed of electric bike and temperature of battery

Sun Zhong

Department of automatic control, Nanjing University of information science and technology, Nanjing 210044

Abstract: According to the question that the life of batteries is shor and the speed is too fast of electric bike, we check the speed of electric bike and temperature of battery real time to restric the electric bike from overspeed prevent the battery from overheating. This design is based on STC89C52 single-chip as control chip, and the goal of detecting the speed of electric bike and temperature of battery is achieved. By controlling stepper temperature sensor and Ultrasonic module. Using AltiumDesigner simulation software, the simulations for circuits and detection                 the temperature of battery is higher than the maximum we set or speed is faster than threshold, and we can solve the problem that the life of battery is short and the speed is too fast.

Keywords: single-chip microprocessor; ultrasonic; speed of electric bike; battery; temperature

第一章 緒論

隨著社會的進(jìn)步，生活中人們總是不停的忙碌著，從而在一些小事上比如忘記帶鑰匙、自己小孩因調(diào)皮脫離家長實現(xiàn)等等，急需藍(lán)牙防丟器來提醒我們因忙碌所忽略的事情，然而對這方面研究從未停止過。當(dāng)前藍(lán)牙防丟器已經(jīng)大多出現(xiàn)的是藍(lán)牙4.0，他的低功耗深受設(shè)計者喜愛，如圖1所示。單片機(jī)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用日趨廣泛而且很多電子產(chǎn)品已經(jīng)將單片機(jī)用于距離的檢測和配合藍(lán)牙模塊參與信息的接收。這種以集成芯片為主的第二類儀器，適用于快速響應(yīng)和高精度要求。本文主要以其在生活中使用為例，對單片機(jī)在距離的測量以及通過藍(lán)牙實現(xiàn)無線信號的接收使用做簡單闡釋。

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圖1  藍(lán)牙防丟器

        本設(shè)計信號接收部分是藍(lán)牙模塊， 該模塊主要用于短距離的數(shù)據(jù)無線傳輸領(lǐng)域，可以方便的和PC機(jī)的藍(lán)牙設(shè)備相連，也可以兩個模塊之間的數(shù)據(jù)互通。避免繁瑣的線纜連接，能直接替代串口線。主要用于藍(lán)牙無線數(shù)據(jù)傳輸；工業(yè)遙控、遙測；POS系統(tǒng)，無線鍵盤、鼠標(biāo)等領(lǐng)域。

Altium Designer 是原來的Protel的軟件開發(fā)公司Altium 所推出的一體化電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)[1]如下圖2所示。主要運(yùn)行在Windows系統(tǒng)中主要包括Windows XP和Win7兩個系統(tǒng)，這套開發(fā)系統(tǒng)將原理圖設(shè)計，電路仿真，PCB繪制，拓?fù)溥壿嬜詣硬季�，信號完整性分析等技術(shù)完美的結(jié)合在一起如下圖3所示。為設(shè)計者和開發(fā)人員提供了全新的平臺和解決方案。使設(shè)計變得輕松，熟練這套軟件的使用必將使電路設(shè)計的效率和質(zhì)量大幅提高。它除了融合Protel99se，DXP在內(nèi)的先前版本的優(yōu)點以外還進(jìn)行了很多改進(jìn)，增加了很多高端功能。拓寬了板級設(shè)計的界面并且整合了FPGA和SOPC設(shè)計的工能。當(dāng)然正因如此其對電腦性能的要求也自然升高。當(dāng)然其首屈一指的功能使得這款軟件非常值得推廣。

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圖2  Altium 軟件

（1）研究目標(biāo)：

1）進(jìn)一步掌握51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)[2]和其引腳功能；

2）掌握HC-06藍(lán)牙模塊功能和使用方法[3]；

3）進(jìn)一步掌握單片機(jī)硬件和軟件的綜合設(shè)計方法。

4）提高單片機(jī)基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用能力，完成電路圖和仿真設(shè)計。

5）調(diào)試相關(guān)模塊，開發(fā)出電動車車速與蓄電池溫度檢測系統(tǒng)樣機(jī)。

（2）研究意義

1）從技術(shù)層面講，基于單片機(jī)藍(lán)牙傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)了在配對狀態(tài)下兩個不同地址并且相互綁定的同型設(shè)備之間的自動連接和通信的功能，并在收發(fā)設(shè)備兩端對等層開發(fā)了文件傳輸協(xié)議，實現(xiàn)了文件自動傳輸。在此基礎(chǔ)上，該系統(tǒng)的功能可擴(kuò)展為點對點，或者實現(xiàn)組網(wǎng)自動通信以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。此系統(tǒng)實現(xiàn)了藍(lán)牙模塊與單片機(jī)之間的HCI，具有一定的規(guī)范性，也可以作為通用模塊，為實現(xiàn)藍(lán)牙產(chǎn)品開發(fā)提供了參考案例。

2）從實際生活的角度看，當(dāng)前屬于數(shù)字化的時代。我們對高效率高自動化的環(huán)境充滿渴望。人們對各種物理因數(shù)的測量也往高科技的方向不斷邁進(jìn)，而這其中對精度的要求自然越發(fā)的苛刻。單片機(jī)作為一種廉價的高速高精度的系統(tǒng)其前景自然不可小覷。而基于單片機(jī)的藍(lán)牙防丟應(yīng)用自然是合適不過。隨著社會不斷發(fā)展人們現(xiàn)實中所顧及的事情越來越多，人們精力畢竟有限，所以對人們?nèi)粘Ｉ�活做些提醒方面的技術(shù)研究還是有多方面原因的，比如人們經(jīng)常忘記鑰匙，忘記一些貴重物品，或是看管兒童時因精力不足會疏忽孩子的行蹤等等。

在如今的數(shù)字化時代，人們對高度自動化智能化的設(shè)備需求越來越高[4]。而單片機(jī)控制系統(tǒng)以其不可多得的優(yōu)勢引領(lǐng)潮流，主要表現(xiàn)在其精度高，過載性好，控制方便，整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單的特點已經(jīng)廣泛運(yùn)用于現(xiàn)在的實際生產(chǎn)之中。基于單片機(jī)的測量控制系統(tǒng)和其余一些模塊聯(lián)合使用系統(tǒng)作為現(xiàn)代化測控設(shè)備的重要組成部分，在今天以及將來都將具有廣闊的發(fā)展前景。

（1）單片機(jī)

STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗，高性能的8位CMOS控制器件。其內(nèi)部有8K的Flash存儲器。內(nèi)部依舊是使用的MCS-51內(nèi)核而它的功能比傳統(tǒng)的51單片機(jī)做了一些改進(jìn)這也使得它在多嵌入式控制系統(tǒng)中變得靈活。其具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Flash、512字節(jié)RAM、32位I/O口、看門狗定時器、內(nèi)置4K的E2PROM、3個16位定時計數(shù)器、4個外部中斷、4級中斷結(jié)構(gòu)、全雙工串口、最高運(yùn)作頻率35MHZ。

89C52引腳功能：

1）VCC（40）：電源+5V。

2）VSS（20）：接地，也就是GND。

3）XTL1（19）和XTL2（18）：振蕩電路。

4）PSEN（29）：片外ROM選通信號，低電平有效。

5）ALE/PROG（30）：地址鎖存信號輸出端/EPROM編程脈沖輸入端。

6）RST/VPD（9）：復(fù)位信號輸入端/備用電源輸入端。

7）EA/VPP（31）：內(nèi)/外部ROM選擇端 。

8）P0口（39-32）：雙向I/O口。

9）P1口（1-8）：準(zhǔn)雙向通用I/0口。

10）P2口（21-28）：準(zhǔn)雙向I/0口。

11）P3口（10-17）：準(zhǔn)雙向I/O口具有第二功能。

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圖4  STC89C52引腳圖

（2）HC06藍(lán)牙模塊

     HC-06是主從一體化的藍(lán)牙串口模塊，主從可指令切換，指令少于HC-05，使用簡單。（供電電壓 3.3V~3.6V）

主機(jī)：用來搜索從設(shè)備，不能被其他設(shè)備搜索。

從機(jī)：用來被搜索的設(shè)備，不能主動搜索其他設(shè)備。

主從連上以后就相當(dāng)于一根串口線使用，這個時候就不分主從，也就是透傳模式。

其對溫度的響應(yīng)轉(zhuǎn)換時間也很短完全滿足基本的溫度測量需求。并且以其獨(dú)到的價格優(yōu)勢很受消費(fèi)者的歡迎。

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圖5  HC-06芯片封裝結(jié)構(gòu)

HC-06特點：

1）采用CSR主流藍(lán)牙芯片，藍(lán)牙V2.0協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。

2）模塊供電電壓：3.3V~3.6V。

3）默認(rèn)參數(shù)：波特率 9600、配對碼 1234、工作模式 從機(jī)。

4）核心模塊尺寸大小為：27mm x 13 mm x 2mm。

5）工作電流：不大于50MA（以實測為準(zhǔn)）。

6）通訊距離：空曠條件下10M，正常使用環(huán)境 8M左右。

7）用于GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，水電煤氣抄表系統(tǒng)，工業(yè)現(xiàn)場采控系統(tǒng)，可以與藍(lán)牙筆記本電腦、電腦加藍(lán)牙適配器、PDA等設(shè)備進(jìn)行無縫連接。

8）可以對STC單片機(jī)無線升級和下載程序。

第二章 單片機(jī)控制藍(lán)牙模塊系統(tǒng)方案設(shè)計

由控制按鈕控制發(fā)出指令，通過51單片機(jī)處理，信號由單片機(jī)發(fā)給執(zhí)行電路機(jī)構(gòu)，藍(lán)牙模塊收到到驅(qū)動信號開始工作其如下圖所示：

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圖6系統(tǒng)設(shè)計流程圖

編程語言方面C語言和匯編語言在單片機(jī)編程中最為常見。中在C語言和匯編語言中我對C語言編程較為熟悉，因其更為簡潔易用尤其在寄存器操作方面無需檢索復(fù)雜的地址使得其非常方便，而且在與其它軟件混合編程時非常的方便所以現(xiàn)在很多主流的行業(yè)軟件都帶有C語言接口這是匯編語言所沒有的因此本設(shè)計使用C語言為單片機(jī)編程[6]

1.單片機(jī)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的電源部分

   發(fā)射與接收模塊的電源均用+7.2V的干電池經(jīng)7805穩(wěn)壓輸出+5V的電源，其電路原理圖如圖7。圖中J3的2腳位+7.2V，1腳為地；S4為撥動開關(guān)，電容C11、C12、C13、C14均為7805輸入輸出端的濾波電容；D17為發(fā)光二極管，即電源指示燈；D19為1N4007保護(hù)二極管，當(dāng)輸入端短路時，給輸出電容C14一個放電回路，防止7805被擊穿損壞。

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                       圖7  +5V電源部分

2.HC-06藍(lán)牙模塊原理

HC-06藍(lán)牙模塊供電電源由+5V電源在經(jīng)過R1114-33穩(wěn)壓輸出+3.3V供電。其電路原理圖如下圖所示.

HC-06藍(lán)牙模塊主要性能參數(shù)：

（1） 頻率：2.4GHz ISM band

（2） 調(diào)制方式：GFSK

（3） 發(fā)射功率等級：class2

（4） 靈敏度：≦-80dBm

（5） 通信速率：2Mbps

（6） 供電電源：3.3V

（7） 工作溫度：-20 ~+55℃

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                                 圖8 HC-06原理部分

在功耗方面本檢測系統(tǒng)基本都是目前市場上功耗最低的產(chǎn)品，雖然不論人們在任何時候是在其工作狀態(tài)還是在其未使用狀態(tài)都不用關(guān)閉不必要的模塊，但是其工作功耗很小很小。例如電子表一樣長時間工作，卻在功耗方面微乎其微。在低成本的選擇上保證基本性能的情況下選擇了HC-06模塊，體積小且線路簡單因此在電動車上安裝會很方便。并且具有結(jié)構(gòu)簡單，可調(diào)節(jié)性強(qiáng)等優(yōu)點。

在單片機(jī)整體電路連接好之后分別對主程序，信號發(fā)出程序，信號接收程序，計算子程序編譯調(diào)試之后，通過距離判斷所關(guān)注的物品是否在主體可控的范圍，軟件流程如下圖所示。

由于藍(lán)牙木塊檢測系統(tǒng)的時序比較嚴(yán)格，所以準(zhǔn)確的把握好距離和反饋才能準(zhǔn)確測量出物品是否已超出可控范圍。整體檢測系統(tǒng)通過7.2V干電池供電，并通過7805穩(wěn)壓模塊轉(zhuǎn)換為單片機(jī)所需的+5V電壓對整個檢測系統(tǒng)進(jìn)行供電。為消除各部分的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)相互之間干擾可分別接地。

   單片機(jī)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)軟件部分分為數(shù)據(jù)采集和接收發(fā)送數(shù)據(jù)兩個模塊[，在此僅分析主程序與各子程序的流程。涉及的子程序為信號發(fā)出，信號范圍的判斷，藍(lán)牙收發(fā)數(shù)據(jù)子程序，警報裝置。

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圖4.1 系統(tǒng)軟件主程序流程圖

第三章 結(jié)論

本設(shè)計以51單片機(jī)為基礎(chǔ)對溫度和速度傳感器模塊進(jìn)行精密的控制和顯示在實際應(yīng)用中取得良好的效果。溫度的顯示進(jìn)度達(dá)到±0.1℃，速度理論精度在mm/S的級別。采用這種基于單片機(jī)的電動車車速及蓄電池溫度檢測系統(tǒng)大大簡化了繁瑣的人工測量，能實現(xiàn)簡單的啟動，停止，測量，報警等功能，并通過液晶顯示，使人們了解當(dāng)前電動車的行駛情況以及蓄電池的使用情況。只是由于本人知識有限再加上篇幅等問題僅作這些簡單的測量。并希望借此能引起電動車開發(fā)者的重視，從保護(hù)環(huán)境的珍愛生命的角度出發(fā)，能在未來開發(fā)出高度智能、實用、安全、環(huán)保的電動車。同時在以后的學(xué)習(xí)生活中，我希望自己能得到進(jìn)一步提高，能做出更好的更實用的智能化儀器出來。

   

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