基于蓝牙威廉希尔官方网站 的时间同步与无线监控系统设计

　　图6 串口通信窗体创建
　　上位机通信软件设计主要包括窗体载入，串口发送，串口接收，定时器中断等程序功能。
　　（1） 窗体载入
　　窗体载入程序主要是寻找可用串口，并对有效串口进行初始化。寻找有效串口的方法是试图打开一个串口，若成功则有效，否则寻找下一个串口。串口初始化包括设置通讯格式，数据位数，事件产生方法等。特别注意的是需要将串口控件DTREnable和RTSEnable两个属性值设为False，否则系统会强制复位。
　　（2） 定时器中断
　　定时器设置为每秒中断一次，每次中断将系统当前时间更新到时间显示标签上，并调用串口发送程序向串口发送时间数据和继电器控制命令。
　　（3） 串口发送
　　串口通信以二进制格式进行时，发送数据必须以数组形式，时间的时、分、秒各占一个字节，对应数组的前3个元素，继电器选中用“1”表示，未选中用“0”表示，8个继电器正好也占一个字节，对应数组的第4个元素，更新完时间数据和继电器控制命令，然后调用串口发送方法发送即可。
　　（4） 串口接收
　　串口接收程序首先判断事件类型，如果是一个串口接收事件，则接收一个数据数组，然后将数据数组转换成字符串，并显示在相应的文本框中。
　　此外软件还具有接通或断开通信连接，手动选择串口，指示连接状态，发送接收数据统计，模拟电压转换等附加功能，在此不再赘述。
　　实验发现，PC自带串口（已很少见）其串口号最小，USB转换的串口号次之，而蓝牙虚拟串口号一般较大，所以软件设计时寻找到可用串口后，自动选择最大的可用串口打开，正好是我们所要找的蓝牙通信虚拟串口。而该虚拟串口打开时会自动连接已配对过的蓝牙模块，此时已经可以进行数据通信，应用起来十分方便。
　　蓝牙通信调试
　　本实验的目标为使用蓝牙模块构建无线通信网，实现微控制器与PC机网络时间同步，在微控制器端设计一个无线、精确的“云”数字电子钟；同时PC机实时获取工业现场环境参数，根据内部控制算法，控制继电器闭合，实现“监”和“控”的统一。
　　4.1
　　通讯软件调试
　　4.1.1PC机时间网络同步
　　单击Windows桌面任务栏日期时间显示区域，选择更改日期和时间设置选项，打开日期和时间对话框，在对话框中单击Internet时间选项框，并进一步单击更改设置按钮，打开Internet时间设置对话框，勾选“与Internet时间服务器同步”复选框，并单击确定，至此，PC机系统时间已经网络同步完成。当然，如果不选择网络时间同步也是可以的，只是此时个人计算机的系统时间设置可能不精确。
　　4.1.2MCU与PC机通信
　　上位机开发的通信程序可以生成可执行文件“微控制器与PC机通讯.exe”，具体的文件名和工程名有关，并且可以修改，生成的可执行文件可以独立运行。
　　打开开发板电源，下载蓝牙通信程序，并复位运行，系统上电之后便开始采集温度、湿度、模拟电压等相关参数并在LCD显示屏和数码管进行显示，其中ADC转换结果及其对应的电压值显示于LCD屏幕最后一行。当微控制器与PC未进行数据交换时，LCD显示的时间和LED指示的继电器状态均为编程时给定的初始状态，当微控制器收到PC机发过来的无线数据后，系统时间和继电器状态随即得到更新，实现“云”数字电子钟功能，并将继电器动作状态模拟于LED指示灯。
　　在PC机上双击运行“微控制器与PC机通讯.exe”程序，当主窗体载入时，软件已找到蓝牙虚拟串口并将其打开，并与微控制器蓝牙模块建立通信连接，单击“数据通信”按钮，通信双方开始交换数据。上位机将系统时间数值和继电器控制命令发送给微控制器，微控制器回送工控现场采集参数，其通讯界面如图8所示。

　　图8 PC端蓝牙通讯界面
　　由上述两图可见微控制器与PC机蓝牙无线通信效果良好，网络稳定，各项功能测试正常，达到了实验设计预期目标。需要说明一下的是两幅图片上的时间有稍许差异，这是因为两张图片的截取时间不同，这也正说明通信持续稳定，时间一直在不停向前走。
　　4.1.3串口通信控件注册
　　在很多串口通信软件中都会用到串口通信控件mscomm32.ocx，作者编写的上位机通信软件也不例外，该控件在有些win7或win10系统中没有注册，运行时会提示找不到控件错误，此时需要对控件进行注册。
　　（1） 百度搜索或到微软官网下载mscomm32.ocx。
　　（2） 将控件放到相应文件夹内，32位系统路径为：C：\Windows\System32，64位系统路径为：C：\Windows\Syswow64。
　　（3） 然后在对应目录下找到cmd.exe文件，单击鼠标右键，以管理员身份运行（关键），在命令窗口输入regsvr32 mscomm32.ocx。
　　经过以上3步即可完成控件注册。
　　4.2串口助手调试
　　对于很多同学来说，可能没有掌握一门可视化编程语言，解决这一问题较好的方法是使用串口调试助手，需要说明的是各种版本串口调试助手略有差别，但大同小异，可以举一反三。
　　具体调试步骤如下：
　　（1） 打开开发板电源，运行微控制器程序
　　（2） 运行串口调试助手，并打开串口通讯设置对话框，将其设置为“96 N 8 1”，无硬件流控制格式，默认即为该选项。
　　（3） 串口调试选项设置，设置结果如图9所示，其中重要选项如红色框线所示。

　　图9 串口设置及收发数据界面
　　（4） 蓝牙收发通信，采用两种方式进行实验，第一种方式4个数值分开发送，第二种方式4个数值一起发送（用空格分隔），操作过程如图9所示。若我们要设定数值如图8所示，即时间为“12：36：14”，继电器2、4、6、8动作，则需要发送16进制数据“0C 24 0E AA”，此处要注意我们发送和接收数据均为16进制，且输入和显示均没有“0x”或“H”等附加格式。
　　该调试方法可以类比到Android和iOS用户下载的手机版串口调试助手，实测效果相同。不过此时需要手动译码返回数据，例如图9中的四个返回数据，第一个数据“0F”表示温度为15℃，第二个数据“37”表示湿度为55%，所以推荐大家自行开发PC端通讯软件或免费下载作者开源程序。
　　结束语
　　论文设计了微控制器与PC机蓝牙通信教学实验，其包括硬件设计和软件设计两部分，硬件部分选用蓝牙模块连接微控制器串行接口与PC机蓝牙设备之间建立透明传输通道，简化了电路连接，降低了开发门槛。软件设计包括微控制器程序设计和上位机软件开发两部分，微控制器端持续采集工业现场参数并进行本地显示，当蓝牙透传数据到来时，响应中断接收数据，提取数值并解释执行，同时回传传感器数据。
　　PC端利用可视化编程工具开发蓝牙通讯程序，其主要功能包括接收微控制器现场采集数据，并在主控界面显示；获取系统时间与继电器控制命令共同组成发送数组，利用定时器不间断发送至微控制器。项目实验在微控制器与PC机之间组建了一个无线通信网，在微控制器端实现一个“云”数字电子钟功能，在PC端实现对工业现场物理量的实时监测与远程控制功能。该项目实验具有综合性强，扩展性好，工程应用面广等优点，通过该实验的学习和应用，学生基本可以掌握微控制器蓝牙串口透明传输的原理和使用方法。




原作者：黄克亚 人工智能科学与威廉希尔官方网站