手机虚拟示波器

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。

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0~3.3V，为了能测量交流信号，把输入信号地端接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1MΩ，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，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L M358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，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“0xD B”,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5 0us~10ms，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±60V，对应转换后的数字是0 ~1023，除以4后的范围是0~255，输入信号在±15V范围内时，转换后的数字是384~639，减去384后的范围还是0~255。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,CLASSPAT H,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，PAT H使得系统可以在任何路径下识别java命令，设为%JAVA_HOME%\bin;%JAVA_HOME% \jre\bin，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%\lib\tools.jar。

接着安装WTK(sun_java_wireless_toolkit-2_5_2-ml-windows) ，默认路径是C:\WTK25。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 void 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 deviceDiscovered(RemoteDevice remoteDevice, DeviceClass cod) {

try{

sel.append(remoteDevice.getFriendlyName(true),null);

} catch(Exception e){

sel.append(remoteDevice.getBluetoothAddress(),null);

} finally{

remoteDevices.addElement(remoteDevice);

}

}