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摘要

本系统以 51单片机为核心，集成了多种功能模块。该系统功能丰富，可应用于多种场景，具有较强的实用性和扩展性，具有良好的人机交互，为相关领域的智能化发展提供了有力支持。

本设计由ST89C52单片机电路+震动传感器电路+LCD1602液晶显示电路+蓝牙模块电路+声光报警电路+电源电路组成。

1、LCD1602液晶实时显示震动频率和频率阈值。

2、可以通过手机蓝牙app修改频率阈值。

3、如果当前频率高于阈值，则声光报警，否则声光不报警。

4、手机蓝牙app要显示频率变化的曲线。

5、APP可以将震动频率和频率阈值数据保存为EXCEL表格。

板子发送：约800ms

*N31S22#//当前频率31 阈值22

板子接收：

*S22#//设置阈值22。

关键词：51单片机；多功能传感器模块；智能化

目录

摘 要…………………………………………………………………………… I

1.绪论………………………………………………………………………………. 1

1.1设计背景与意义…………………………………………………… 1

1.2国内外的研究状况……………………………………………….. 1

1.3本文的主要研究内容及论文结构安排…………………… 2

2.方案的设计与论证…………………………………………………………. 2

2.1 单片机芯片的选择………………………………………………. 2

2.2 显示方案的选择………………………………………………….. 3

2.3无线遥控模块的选择……………………………………………. 5

2.4声音报警电路方案的选择…………………………………….. 6

3.硬件电路的设计…………………………………………………………….. 7

3.1系统功能分析和硬件框图……………………………………. 7

3.2 STC89C52单片机核心电路设计…………………………… 8

3.3 5V电源电路设计……………………………………………….. 12

3.4 9012蜂鸣器报警+LED灯+电路讲解……………. 14

3.5 JDY-31蓝牙模块+电路讲解……………………….. 14

3.6LCD1602液晶显示模块电路+电路讲解…………. 17

3.7SW-18010P震动传感器模块+电路讲解…………. 21

4.软件系统设计………………………………………………………………. 22

4.1编程语言选择……………………………………………………. 22

4.2keil软件设计思想……………………………………………… 23

4.3主函数程序流程图…………………………………………….. 23

4.4 9012声光报警电路+软件开发流程图…………. 24

4.5JDY-31蓝牙模块+软件开发流程图………………. 26

4.6LCD1602液晶+软件开发流程图………………………………… 27

4.7SW-18010P震动传感器+软件开发流程图……… 28

5.系统调试……………………………………………………………………… 29

5.1电路焊接…………………………………………………………… 29

5.2系统调试…………………………………………………………… 30

5.2.1 系统程序调试………………………………………….. 30

5.2.2硬件测试………………………………………………….. 31

6.总结…………………………………………………………………………. 32

致 谢……………………………………………………………………………. 33

参考文献………………………………………………………………………… 34

1.绪论

1.1设计背景与意义

在现代工业和科技的快速发展中，许多领域对设备的稳定性和精度要求越来越高。例如，精密仪器的制造、医疗设备的运行、高科技实验装置等，都需要在一个相对稳定的环境中工作，以避免震动对其性能和准确性产生不利影响。然而，在实际环境中，各种震动源无处不在，如机器运转、交通振动、地震活动等。

为了解决这一问题，减震平台应运而生。传统的减震平台在一定程度上能够减少震动的传递，但往往存在着响应速度慢、减震效果不够理想等问题。随着单片机技术的不断进步，为实现更智能、更高效的减震平台控制提供了可能。

基于单片机的智能减震平台震动频率检测控制系统具有重要的意义。首先，它能够实时、精确地检测震动频率，使减震平台能够快速、准确地做出响应，大大提高了减震效果，为设备提供更稳定的工作环境，从而保障了精密仪器的精度和可靠性，延长了设备的使用寿命。

其次，该系统的智能化控制可以根据不同的震动情况自动调整减震参数，实现个性化的减震方案，提高了减震平台的适应性和通用性。

再者，对于一些对震动敏感的行业，如半导体制造、生物医学研究等，良好的减震环境有助于提高产品质量和实验数据的准确性，推动相关领域的技术发展和创新。

最后，从经济角度来看，有效的减震可以降低设备的维修成本，提高生产效率，为企业带来显著的经济效益。同时，这一技术的发展也符合可持续发展的理念，减少了因设备损坏和生产中断造成的资源浪费。

1.2国内外的研究状况

在国外，基于单片机的智能减震平台震动频率检测控制系统设计的研究相对较为成熟。一些发达国家在机械工程和自动化控制领域具有深厚的技术积累。他们通常采用高精度的传感器来检测震动频率，结合先进的信号处理技术和算法，能够实现对微小震动变化的精确测量。

在控制系统方面，国外研究注重智能化和自适应控制策略的应用。通过实时监测震动频率的变化，系统能够自动调整减震参数，以达到最佳的减震效果。例如，在一些高端的工业设备和精密仪器中，智能减震平台能够有效地减少震动对设备性能和精度的影响。

在国内，近年来这一领域的研究发展迅速。国内的科研机构和企业在借鉴国外先进技术的基础上，不断进行创新和改进。在传感器的研发方面，国内逐渐推出了具有自主知识产权的高性能震动传感器，在精度和稳定性方面不断提升。

单片机的应用也更加广泛，通过优化控制算法和程序设计，提高了系统的响应速度和控制精度。同时，国内研究更加注重实际应用场景的需求，针对不同行业和设备的特点，开发出具有针对性的智能减震平台。

然而，与国外相比，国内在一些关键技术和高端应用方面仍存在一定差距。比如，在复杂环境下的震动频率检测准确性、控制系统的可靠性和稳定性等方面，还需要进一步提高。未来，随着国内技术的不断进步和研发投入的增加，基于单片机的智能减震平台震动频率检测控制系统设计有望取得更大的突破，为我国的工业生产和科技发展提供更有力的支持。

1.3本文的主要研究内容及论文结构安排

1、主要介绍本设计的课题背景及国内外研究状况；

2、主要说明系统方案的选择；

3、主要介绍硬件电路的组成及使用方法；

4、主要介绍软件设计；

5、主要介绍硬件调试。

2.方案的设计与论证

2.1 单片机芯片的选择

方案一

采用可编程逻辑器件CPLD作为控制器，CPLD可以实现各种复杂的功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、I/O资源丰富、易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心。但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高。且从使用及经济的角度考虑，最终放弃了此方案。

方案二

采用ST公司的STC89C52单片机作为主控制器，STC89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程 Flash 存储器。该单片机功耗低、接口丰富，成本低廉，完全能满足本设计要求。

方案三

采用单片机芯片控制MSP430单片机是美国德州仪器（TI）推出的一种16位超低功耗的混合信号处理器（Mixed Signal Processor），主要是针对实际应用需求，把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片”混合信号处理的解决方案。MSP430F149是一个16位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机，具有可靠性高、功耗低、扩展灵活、体积小、价格低和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表、专用设备智能化管理及过程控制等领域，有效地提高了控制质量与经济效益，已成为众多单片机系列中一颗耀眼的新星。

方案四

本文所选单片机控制芯片为STM32单片机，STM32系列处理器是意法半导体ST公司生产的一种基于ARM 7架构的32位、支持实时仿真和跟踪的微控制器。使用ARM最新的、先进架构的Cortex-M3内核，具有优异的实时性能、杰出的功耗控制、出众及创新的外设，并且最大程度的集成整合，十分易于开发，可使产品快速将进入市场。

综上所述，故选择方案二。

2.2 显示方案的选择

方案一

采用LED数码管动态扫描,LED数码管价格适中,对于显示数字十分合适,采用动态扫描法与单片机连接时,虽然占用的单片机口线少，电路简单，性价比较高。

方案二

采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合,若采用在显示数字显得太浪费,且价格也相对较高,所以在此也不用此种作为显示。

方案三

LCD液晶显示，由单片机驱动，它主要用来显示大量数据、图形，能够显示的位数多，显示得清晰多样、美观，同时液晶显示器的编写程序简单，价格便宜，故采用此种方案。

采用1602液晶显示屏,该液晶显示屏的显示功能强大,内置192种字符，可显示大量符号、数字,清晰可见,而且功率消耗小寿命长抗干扰能力强。

方案四

LCD液晶显示，由单片机驱动，它主要用来显示大量数据、文字、图形，能够显示的位数多，显示得清晰多样、美观，同时液晶显示器的编写程序简单，价格便宜，故采用此种方案。

采用12864液晶显示屏，该液晶显示屏的显示功能强大，其显示分辨率为128×64, 内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。

方案五

OLED，即有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode, UIV OLED）又称为有机电激光显示、有机发光半导体（Organic Electroluminesence Display, UIV OLED）。与液晶显示（Liquid Crystal Display, LCD）是不同类型的发光原理。OLED由美籍华裔教授邓青云（Ching W. Tang）1979年在实验室中发现，由此展开了对OLED的研究。OLED显示技术具有自发光、广视角、几乎无穷高的对比度、较低耗电、极高反应速度等优点。

方案六

TFT（Thin Film Transistor）即薄膜场效应晶体管，属于有源矩阵液晶显示器中的一种。TFT-LCD液晶显示屏是薄膜晶体管型液晶显示屏，也就是“真彩”(TFT)。TFT液晶为每个像素都设有一个半导体开关，每个像素都可以通过点脉冲直接控制，因而每个节点都相对独立，并可以连续控制，不仅提高了显示屏的反应速度，同时可以精确控制显示色阶，所以TFT液晶的色彩更真。TFT液晶显示屏的特点是亮度好、对比度高、层次感强、颜色鲜艳，但也存在着比较耗电和成本较高的不足。TFT液晶技术加快了手机彩屏的发展。彩屏手机中基本上都支持65536色，还有26万.130万显示，有的甚至支持1600万色显示，这时TFT的高对比度，色彩丰富的优势就非常重要了。

综述，选择方案*。

2.3无线遥控模块的选择

方案一

采用红外遥控模块系统进行无线控制，红外载波频率：38KHz，其理论遥控范围为8-10米，遥控范围内，电路简单，成本极低。

中间有无障碍物等因素会影响到遥控距离，实际遥控距离可能更短，丧失了遥测的有用性。

方案二

采用315M无线模块对系统进行无线控制，其广泛地运用在车辆监控、遥控、遥测等方面，数据模块具有较宽的工作电压范围3～12V，当电压变化时发射频率基本不变,和发射模块配套的接收模块无需任何调整就能稳定地接收。当发射电压为3V时，空旷地传输距离约20～50米，发射功率较小，当电压5V时约100～200米，当电压9V时约300～500米，当发射电压为12V时，为最佳工作电压，具有较好的发射效果，发射电流约60毫安，空旷地传输距离700～800米，发射功率约500毫瓦。其遥控距离要比红外遥控远得多。

方案三

选择NRF24L01作为无线数据传输模块，实现对数据的无线传输。NRF24L01是一款工作在2.4-2.5GHz世界通用ISM频段的单片收发芯片，无线收发器包括频率发生器、增强型SchockBurstTM 模式控制器、功率放大器、晶体放大器、调制器、解调器。输出功率频道选择和协议的设置可以通过SPI接口进行设置。其拥有极低的电流消耗，当工作在发射模式下发射功率为6dBm时电流消耗为9.0mA。接受模式为12.3mA掉电模式和待机模式下电流消耗模式更低。

方案四

使用WIFI模块进行本系统数据的无线传输。Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。Wi-Fi是一个无线网路通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟(Wi-Fi Alliance)所持有。目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。Wi-Fi主要是用于替代工作场所一般局域网接入中使用的高速线缆的。这类应用有时也称作无线局域网（WLAN）。其覆盖性强，传输距离远。

但是其安全性不高，很容易被黑客窜改数据。

方案五

使用蓝牙模块进行本系统数据的无线传输。蓝牙可以替代很多应用场景中的便携式设备的线缆，在能够应用于一些固定场所，如智能家庭能源管理（如恒温器）等。其数据传输为10米，完全满足本设计要求，而且其数据传输的安全性非常高。

方案六

ESP32-CAM拥有一个极具竞争力的小尺寸摄像头模块，可以作为最小系统独立运行，具有深度睡眠电流和最低6mA。ESP-32CAM可广泛应用于各种物联网应用。适用于家庭智能设备、工业无线控制、无线监控、QR无线识别、无线定位系统信号等物联网应用。它是物联网应用的理想解决方案。该模块具有摄像头模块拍摄以及WiFi上传功能。可通过串口直接和单片机实现数据通讯。

方案七

使用GSM模块SIM800A作为信息传输的媒介，只需要插上移动卡，即可在全球有移动网络的地方接收到信号。

方案八

使用ZIGBEE模块进行本系统数据的无线传输。Zigbee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术方案。它有自己的无线电标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量以接力的方式通过无线电波将数据从个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。。ZigBee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。其具有低功耗、低成本、时延短、网络容量大、性能可靠、安全系数高等优点。

综述，选择方案*。

2.4声音报警电路方案的选择

方案一

采用语音集成芯片ISD4004报警，由于ISD4004需要扩充喇叭驱动电路且其本身控制比较繁琐、电路比较复杂，稳定性差。基于以上考虑，所以放弃了此方案。

方案二

通过蜂鸣器实现报警电路，具有电路简单，性能可靠、稳定等优点，最重要的是低成本。

方案三

采用音乐片作为本系统门铃的音乐模块，音乐芯片是一种比较简单的语音电路，它通过内部的振荡电路，再外接小量分立元件，就能产生各种音乐信号，音乐芯片是语音集成电路的一个重要分支，目前广泛用于音乐卡、电子玩具、电子钟、电子门铃、家用电器等场合。其具有电路简单，成本低廉等优点。

方案四

采用语音集成模块ISD1820。其使用方便的10秒语音录放，可以高质量、自然的语音还原，可用作喊话器模块，带循环播放，点动播放，单遍播放功能。可直接驱动8欧0.5W小喇叭。性能及其优越，电路接口简单。

方案五

采用JR6001语音模块，JR6001语音播放模块，自带USB接口，能够灵活的更换SPI-flash内的语音内容，省去了传统语音芯片需要安装上位机更换语音的麻烦，SPI FLASH 直接模拟成U盘，跟拷贝U盘一样，非常方便。任何电脑系统都可以支持。

方案六

才有WT588D语音模块。WT588D语音芯片是一款功能强大的可重复擦除烧写的语音单片机芯片。WT588D让语音芯片不再为控制方式而寻找合适的外围单片机电路，高度集成的单片机技术足于取代复杂的外围控制电路。配套WT588D VoiceChip上位机操作软件可随意更换WT588D语音单片机芯片的任何一种控制模式，把信息下载到SPI-Flash上即可。软件操作方式简洁易懂，撮合了语音组合技术，大大减少了语音编辑的时间。完全支持在线下载。

综述，选择方案*。

3.硬件电路的设计

3.1系统功能分析和硬件框图

本设计由ST89C52单片机电路+震动传感器电路+LCD1602液晶显示电路+蓝牙模块电路+声光报警电路+电源电路组成。

1、LCD1602液晶实时显示震动频率和频率阈值。

2、可以通过手机蓝牙app修改频率阈值。

3、如果当前频率高于阈值，则声光报警，否则声光不报警。

4、手机蓝牙app要显示频率变化的曲线。

板子发送：约800ms

*N31S22#//当前频率31 阈值22

板子接收：

*S22#//设置阈值22

本系统具体框图如下图所示：

图3-1系统框图

3.2 STC89C52单片机核心电路设计

STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字节系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但是做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。

一、STC89C52主要特性如下：

（1）8K字节程序存储空间；

（2）512字节数据存储空间；

（3）内带4K字节EEPROM存储空间;

（4）可直接使用串口下载。

二、STC89C52主要参数如下：

（1）增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12 时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051；

（2）工作电压：5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V 单片机）；

（3）工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz；

（4）用户应用程序空间为8K字节；

（5）片上集成512 字节RAM；

（6）通用I/O 口（32个），复位后为：P1/P2/P3 是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O口用时，需加上拉电阻；

（7）ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片；

（8）具有EEPROM功能；

（9）共3个16 位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2；

（10）外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒；

（11）通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART；

（12）工作温度范围：-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）；

（13）PDIP封装。

三、STC89C52单片机相关引脚说明：

（1）VCC：供电电压。

（2）GND：接地。

（3）P3.0 RXD（串行输入口）

（4）P3.1 TXD（串行输出口）

（5）P3.2 /INT0（外部中断0）

（6）P3.3 /INT1（外部中断1）

（7）P3.4 T0（记时器0外部输入）

（8）P3.5 T1（记时器1外部输入）

（9）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）

（10）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）

（11）RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

（12）ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

（13）/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

（14）/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

（15）XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

（16）XTAL2：来自反向振荡器的输出。

单片机引脚图如下图所示：

STC89C52单片机引脚图

四、STC89C52单片机最小系统说明：

STC89C52单片机最小系统电路由复位电路、时钟电路和电源电路。拥有这三部分电路后，单片机即可正常工作。单片机最小系统原理图如下图所示。

单片机最小系统原理图

（1）VCC和GND为单片机的电源引脚，为单片机提供电源：

（2）复位电路由按键S1、电解电容EC1和电阻R1组成。具有手动按键复位和上电自动复位功能。系统上电复位按键接口采集到两个高端信号后进行手动复位，就是非自动的按键复位；系统检测到的电压由低电平上升到高电平的一段时间后，在这段时间过后，系统通过电阻与接地之间形成一条通路，然后自动把高电平进行拉低，使得单片机从高电位变为低电位，从而就是给单片机自动进行复位即上电复位。

（3）时钟电路由晶振Y1、瓷片电容C1和C2组成。有控制芯片的数字电路正常工作是少不了TIME(时钟)电路的，我们需要时钟电路自动发出系统时间，让控制芯片正常工作。给控制芯片正常工作的时钟信号，一般把这种工作方式称为“拍”，以至于让整个控制系统能正常工作，由于要保证控制系统能正常工作，提高他的工作能力，我们经常用11.0592MHZ晶振和30PF的电容进行组合，电容为了帮助晶振起振的，满足了数字控制器上电以后可以正常工作。

3.3 5V电源电路设计

本系统选择5V直流电源作为系统总电源，为整个系统供电，电路简单、稳定。DC为电源的DC插座，可以直接接USB电源线，一端插在DC插座上，另外一端可以插在5V电源上，如电脑USB、充电宝、手机充电器等等。LED为红色LED灯，作为系统是否有点的指示灯，电阻为1K电阻，起到限流作用，保护LED灯，以防电流过大烧坏LED灯。开关按下后，红灯亮，此时系统电源5V直流输出。开关再次按下后，红灯灭，此时系统电源无5V电源输出。电容作用为滤波作用，保证电压更加平稳输出，亦可不加此电容，不影响功能。

5V电源电路原理图

3.4 9012蜂鸣器报警+LED灯+电路讲解

有源蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。

LED灯即发光二极管，它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。

本系统所采用的报警模块为5V有源蜂鸣器模块，电路中采用三极管9012来驱动，只要单片机控制引脚为低电平，9012是低电平导通，蜂鸣器就会鸣叫报警，反之则不鸣叫，另外也可以通过控制单片机引脚方波输出形式控制蜂鸣器的鸣叫方式。三极管本身具有的作用是放大电流，加电阻是为了进行限流。同时，将LED灯串联个电阻与蜂鸣器并联，串联电阻为限流电阻，当蜂鸣器间隔鸣叫的时候，LED指示灯将闪烁报警。可以通过控制单片机引脚方波输出形式控制蜂鸣器的鸣叫方式。电路简单可靠，不需额外占单片机的I/O口。

3.5 JDY-31蓝牙模块+电路讲解

蓝牙模块是指集成蓝牙功能的芯片基本电路集合，用于无线网络通讯。本蓝牙模块就是为了只能无线数据传输而专门打造的，本模块支持串行接口，支持SP蓝牙串口协议，具有成本低、体积小、收发灵敏性高等特点，只需配备少许的外围元件就能实现大功能。

一、产品特性

JDY-31蓝牙基于蓝牙3.0 SPP设计、这样可以windows、Linux、android数据透传、工作频率段2.4GHZ、调制方式GFSK、限/大发射功率8db、限/大发射距离30米、支持用户通过AT命令修改设备名、波特率等指令、方便快捷使用灵活、此蓝牙模块只能作为蓝牙从机使用。

二、适用范围

JDY-31可以与支持蓝牙的电脑（台式、笔记本）手机(android)通信、可应用Android蓝牙串口透传、只能家居控制汽车ODB检测设备、蓝牙玩具共享移动电源、共享体重秤医疗器。

三、产品参数

1、工作频率：2.4GHZ

2、通信接口: UART

3、工作电压：1.8-3.6V建议3.3V

4、工作温度：-40℃80℃

5、天线：内置PCB天线

6、传输距离：30米主从支持：从机

7、蓝牙版本：Bluetooth 3.0SPP

8、STM焊接温度：<260℃

9、未连接工作电流：4.7mA

10、BLE连接后的电流：7.3mA

11、发射功率：8db最大

12、接收功率：-97dbmSPP

13、最大吞吐量：16Kbytes/s(Android、windows)

14、模块尺寸：19.6*14.91*1.8mm

四、模块接口说明：

（1）EN:空

（2）VCC 电源（支持3.6-6V）

（3）GND 接GND

（4）TXD 串口输出，电平为TTL电平

（5）RXD 串口输入，电平为TTL电平

（6）STATE：连接状态引脚（未连接低电）

一般使用中，EN引脚和STATE引脚均不接，只用中间4个引脚。

蓝牙模块接口电路图如下图所示。

蓝牙模块电路原理图

蓝牙模块实物图如下图所示。

蓝牙模块实物图

3.6LCD1602液晶显示模块电路+电路讲解

LCD显示器分为字段显示和字符显示两种。其中字段显示与LED显示相似，只要送对应的信号到相应的管脚就能显示。字符显示是根据需要显示基本字符。本设计采用的是字符型显示。系统中采用LCD1602作为显示器件输出信息。与传统的LED数码管显示器件相比，液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等优点，而且不需要外加驱动电路，现在液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的显示器件了。LCD1602可以显示2行16个汉字。LCD1602是一种工业字符型液晶，能够同时显示16×02 即32个字符。（16列2行）。在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生。液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：发光管、LED数码管、液晶显示器。发光管和LED数码管比较常用，软硬件都比较简单。

在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：

由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。 

液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。 

液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。 

相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。

字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD。

一、LCD1602主要技术参数如下：

（1）显示容量为16×2个字符；

（2）芯片工作电压为4.5～5.5V；

（3）工作电流为2.0mA（5.0V）；

（4）模块最佳工作电压为5.0V；

（5）字符尺寸为2.95×4.35（W×H）mm。

二、LCD1602采用标准的14脚，其接口的引脚说明如下：

第1脚：VSS为地电源。

第2脚：VDD接5V正电源。 

第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。 

第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。

第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平

R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。

第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 

第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。 

第15脚：背光源正极。 

第16脚：背光源负极。

三、1602LCD的RAM地址映射以及标准字库表

LCD1602液晶模块内部的字符发生存储器已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符图有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母。

它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的（说明：1为高电平，0为低电平）。

指令1：清显示，指令码01H，光标复位到地址00H位置。

指令2：光标复位，光标返回到地址00H 。

指令3：光标和显示模式设置I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 。S：屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效 。

指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示。 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标。 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁 。

指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标 。

指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线。N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示。 F：低电平时显示5X7的点阵字符，高电平时显示5×10的点阵字符 （有些模块是 DL：高电平时为8位总线，低电平时为4位总线）。

指令7：字符发生器RAM地址设置 。

指令8：DDRAM地址设置 。

指令9：读出忙信号和光标地址。BF为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙，模块就能接收相应的命令或者数据。

指令10：写数据 。

指令11：读数据 。

液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符。

1602 内部显示地址如图所示：

1602内部显示地址

例如第二行第一个字符的地址是40H，那么是否直接写入40H 就可以将光标定位在第二行第 一个字符的位置呢？这样不行，因为写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平1，所以实际写入的数据应该是01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预。每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。1602 液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，如下图所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H 中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。

系统中采用LCD1602作为显示器件输出信息。在本电路中电位器可以调节液晶显示的对比度即清晰度。其具体电路原理图如下图所示。

LCD1602液晶显示电路原理图

其实物图如下图所示。

LCD1602液晶实物图

3.7SW-18010P震动传感器模块+电路讲解

本系统选择震动传感器模块对震动信号进行检测，该模块可以用于各种震动触发检测，报盗报警，智能小车，电子积木等相关设计中。

一、传感器参数

（1）采用高灵敏度震动开关，默认用SＷ-18010震动传感器。

（2）比较器输出，信号干净，波形好，驱动能力强，超过15mA。

（3）工作电压3.3V-5V。

（4）输出形式 ：数字开关量输出（0和1）。

（5）使用宽电压LM393比较器。

二、接口说明

（1）VCC：接电源正极

（2）GND：接电源负极

（3）DO:数字量信号输出

（4）AO：用此震动传感器此功能无效

三、使用说明

（1）产品不震动时，震动开关呈断开状态，输出端输出高电平，绿色指示灯不亮；

（2）产品震动时，震动开关瞬间导通，输出端输出低电平，绿色指示灯亮；

（3）输出端可以与单片机直接相连，通过单片机来检测高低电平，由此来检测环境是否有震动，起到报警作用。

四、模块接口原理图如下图所示。

震动传感器接口原理图

五、模块实物图如下图所示。

震动传感器传感器实物图

4.软件系统设计

4.1编程语言选择

由于整个程序比较复杂，且计算量较大，用到了较多的浮点数计算，所以程序的编写采用了C语言。

对于大多数的单片机，使用C语言这样的高级语言与使用汇编语言相比具有如下优点:

不需要了解处理器的指令集，也不必了解存储器结构。

寄存器分配和寻址方式由编译器进行管理，编程时不需要考虑存储器的地址和数据类型等细节。

指定操作的变量选择组合提高了程序的可读性。

可使用与人的思维更相近的关键字和操作函数。

与使用汇编语言相比，程序的开发和调试时间大大缩短。

C语言的库文件提供了许多标准的例程。

通过C语言可实现模块化编程技术，从而可将已编制好的程序加到新程序中。

（8）C语言可移植性好且非常普及，C语言编译器几乎适用于所有的目标系统，己完成的项目可以很容易的转换到其它的处理器或环境中与汇编语言相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可移植性、可维护性上有明显的优势，易学易用。

4.2keil软件设计思想

KEIL软件是单片机开发者广泛使用的开发工具的，简单的单片内形都是使用这种开发软件的，可以降低开发周期，从而减少很多成本，因此广泛受到开发者的欢迎和使用。在使用汇编语言,然后用KEIL软件开发,实现更深刻的。KEIL软件提供了一个丰富的使用环境和调用的子程序，在全体的打开窗口中。还有一个重要因素就是。我们多看看编程器是如何生存程序序言的，使得使用者可以体会到其中的乐趣的，感觉到此KEIL软件会非常的好用的，越来越受到广大使用者的欢迎的。其中追要由它大多数代码都是集成的，调用很方便的，那些初学者也会感觉很好用的，起点水平不需要太高的。在开发大型软件,以更好地反映高语言的优势。以下的细节KEIL软件开发系统和使用的各个部分的功能。

4.3主函数程序流程图

本系统设计主要采用keil软件编写与调试程序，程序语言采取易读性和移植性更高的C语言编写。系统运行主程序流程图如下图所示。

主函数流程图

4.4 9012声光报警电路+软件开发流程图

报警电路采用蜂鸣器报警电路，蜂鸣器与家用电气上的喇叭在用法上也有相似的地方，通常工作电流比较大，电路上的TTL电平基本上驱动不了蜂鸣器，需要增加一个电流放大的电路才可以，即此单片机的一个管脚很难驱动蜂鸣器发出声音,所以增加了一个三极管来增加通过蜂鸣器的电流。

蜂鸣器的正极性的一端联接到5V电源上面，另一端接到三极管的集电极，三极管的基极由单片机的一个管脚来控制，当单片机对应的管脚为低电平时，三极管导通，这样蜂鸣器的电流形成回路，发出声音。当管脚为高电平时，三极管截至，蜂鸣器不发出声音。为了防止三极管直接被导通我们加一个限流电阻，作为保护。

LED灯作为常用指示灯使用，将LED灯和一个限流电阻和蜂鸣器并接，当蜂鸣器报警时，LED灯也同步亮。蜂鸣器不鸣叫，LED灯同步不亮。

流程图如下：

4.5JDY-31蓝牙模块+软件开发流程图

该模块是基于串口数据控制和接收的模块，也就是说只要其串口引脚和单片机串口引脚连接，单片机即可读取相关数据，另外单片机只需串口发送对应指令即可实现对该模块的控制。程序也非常简单。

流程图如下：

4.6LCD1602液晶+软件开发流程图

LCD 1602有16个引脚，其中RS、RW的值控制单片机对它的读写：LCD工作状态介绍如下表所示：

LCD1602液晶显示在执行程序指令之前要进行模块标志位的忙信号，只有当它的忙标志位为低电平时才表示可以执行指令。

LCD1602要显示字符时，就要获得该字符的现实的RAM地址。它内部的控制寄存器有11条控制指令，包括清屏，光标移位等指令。其显示程序流程图如下：

4.7SW-18010P震动传感器+软件开发流程图

SW-18010P震动传感器电路就是个开关量检测。工作原理其实就是一个对信号的高低电平检测。当检测到震动有无时会输出对应的高低电平，单片机引脚的IO口检测到高低电平后即可判断对应信息。当这些IO口电平特性的改变就会执行相应的功能操作。流程图如下：

5.系统调试

5.1电路焊接

手工焊接是常用原始的焊接方法，目前大量工厂焊接的生产基本上不采用原始方法了，但是普通元器件的修理、系统测试中经常使用原始的手工焊接。重要的是如焊接本质上出现问题，则会影响到整个控制系统的，可以这么说，焊接的会导致这个控制系统可不可以用的。手工焊接主要有如下四步组成的：

第一步开始焊接：

需要把需要焊接的地方打扫干净，主要去处油迹和灰尘,然后把需要焊接的元器件的两个角向一定的方向掰一掰,注意不能把元器件的脚相交在一起了，这样会影响焊接的。接下来让电烙铁头碰到需要焊接的元器件脚下，放上焊锡丝。此处需要注意的是，不能让烙铁头碰到其它元器件的脚了，要不然会把两个元器件焊接在一起了。

第二步给焊接升温：

当在完成第一步以后，接下来就是加热焊锡丝了，主要是将烧热的电烙铁放在器件管脚旁边，慢慢融化焊锡丝，需要注意电洛铁的温度和加热时间，若时间过长，很有可能焊坏面包板焊盘的，一般建议电洛铁温度调整在400。C左右，加热2秒钟左右，例外也要根据器件种类作出具体区别的。在焊接过程中，当需要把焊接好的元器件卸下来，则也需要给焊接处进行加热的，主要操作是首先在焊接处补好焊锡丝，使焊点是圆润的，然后用电洛铁在焊接处进行加热，在加热的过程中就可以直接把元器件卸下来了，此时一定要主要时间，要不然也会损坏焊盘的

第三部清理焊接面：

当在完成第二步时，有的时候会观察到焊接的不完美或者担心出现虚焊情况，这时候需要进行修改的。主要是两种情况的，第一种是焊锡不够，焊接点不圆润，这时需要给焊接处补焊锡，此时需要注意的是焊锡量不能补多，要不然容易连接到其它期间的引脚的。第二种是焊锡过多，这时候可以用电洛铁放在焊接处来回的滑动，会把多余的焊锡带走的，若不行，只能使用吸锡器了。

第四部检查焊点：

当完成以上三步了，最后就需要整体观察了，主要是观看焊接点是不是圆满、亮度好、紧固，有没有与其它管脚相连在一起了。

5.2系统调试

整体系统上电调试前，大概观察下焊接的系统还存在问题，例如还有很显眼的断裂，正负极接反以及相连、虚焊、等问题，然后用万用表检测一下，电源正负极之间是否短路等严重的电源问题，最终保证系统没有问题。

5.2.1 系统程序调试

（1）在Keil软件中先创建一个工程：单击菜单栏中的“工程”，输入新建工程名，并保存。

（2）新建用户源文件：在新建的空白文本中编写程序源代码，编码完成保存文件并文件拓展名“***.c”，新文件创建完成。

（3）程序编译和调试：单击编译按钮，系统会对文件进行运行，在输出窗口中可看到提示信息，如过窗口显示有error信息，则按提示找出错误并改正，直到提示没有错误提示为止。

（4）程序编译无错误后，进入程序调试状态，可查看单片机资源状态，进行断点等方式调试。

5.2.2硬件测试

最后一步就是硬件整体测试了，主要运用万用表、直流电源和示波器对焊接好的板子进行整体调试，主要检查每一个器件是不是都正常工作了，主要分为两个环节动态调试和静态调试。其中静态调试主要分为以下四种：

1、肉眼观察。主要观看焊接点是否饱满，以及相连器件之间是否相连或者器件管脚没有焊接好，出现短路现象。

2、使用万用表调试。首先查看电源是否短路，然后测量管脚是否连接正确，有没有接线错误。

3、上电检查。在完成第一步和第二步都没有问题，接下来就可以上电了，上电以后观看每个器件是否正常工作，然后在逐一测试功能。

6.总 结

对此次课程设计进行一个总结，因为我这次设计采用的是单片机为主的，所以要求硬件和软件相结合，两者必须完整配合，协调一致。在学校学习的单片机知识偏重于理论而不是应用，通过做课程设计的这个机会，我把理论联系到了实际。通过一次的温习了以前学习的专业基础知识，可以使我们可以独立设计和完成一个简单的单片机控制系统，体验了从原理图的设计、电路板的制作和单片机系统的调试的整个过程，给即将走向工作岗位的我又上了一堂精彩的课。

通过这次课程设计，系统的掌握了单片机、电阻、电容等元器件以及各种传感器的工作原理及其应用；熟练的使用万用表、示波器等相关实验仪器和设备，能使用相关软件设计电路图并进行仿真；使我对模拟电子、数字电子技术在实践中的应用有了更深刻的理解；对像Keil、Altium Designer等工程软件有了深入的了解，能独立完成电路图的绘制。在设计电路的过程中，充分了解了各元器件的功能作用，把课本知识变得生动有趣，当实验现象出现的那一刻，心中非常的激动，因为是我们独立完成的课程设计，所以很有成就感，同时这个设计也激发了我们对学习电子方面知识的积极性。

在编程过程中遇到很多麻烦，比如电流可能因为供电不足、液晶不显示等等问题，所以要根据实际的测量值来调试程序。但是都在我们积极地查阅资料与商讨中得到解决。在设计中除了学会许多专业知识外，在遇到困难时，积极的去请教我的指导老师，我通过看现有的教材、视频，去图书馆查阅资料，去网上搜索相关信息这些方式，不仅完成了我的课程设计，而且大大增强了我的自学能力和求知心理，更重要的是我拓展了思路，开阔了视野，活跃了思想。学会了理论联系实际。

致 谢

四年的艰苦跋涉，四个月的精心准备，我的设计终于到了划句号的时候，心头如释重负，在本论文即将完成之际，谨此向我的指导老师致以衷心的感谢和崇高的敬意！整个我的设计的过程都是在常老师的悉心指导下完成的，从资料的收集、方案的论证、联板调试以及毕业论文的撰写，何老师、常老师都做了非常细心的指导。老师以他敏锐的洞察力、渊博的知识、严谨的治学态度、精益求精的工作作风和对科学的献身精神给我留下了刻骨铭心的印象，这些使我受益匪浅，将成为我以后工作生活的榜样。

我要感谢所有给我上过课老师，是他们传授给我方方面面的知识，拓宽了我的知识面，培养了我的功底，对论文的完成功不可没。我还要感谢学院的各位工作人员，他们细致的工作使我和同学们的学习和生活井然有序。

感谢本设计课题组的同学，协作竞争的团队精神是我得以顺利完成毕业论文的重要基础。感谢我们这一组同学在论文相关内容的讨论与合作交流带来的启示和帮助。正是由于我们的精诚合作以及大家设计期间给予我的帮助，良好的团队合作精神为我设计得以顺利完成提供了良好条件。

敲完最后一个字符，重新从头细细阅读早已不陌生的文字，我感触颇多。虽然其中没有什么值得特别炫耀的成果，但对我而言，是宝贵的。它是无数教诲、关爱和帮助的结果。

最后向审阅此文的教授、老师致以深切的敬意。

衷心祝愿母校的明天更加美好！。

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