1.绪论
1.1课题背景
在当今信息快速发展的社会，智能手机从2010年开始迅猛普及，尤其是Android手机凭借良好的客户体验，低廉的价格，迅速占领移动操作系统的80%多。智能手机拥有较小的体积，丰富的传感器，多种数据传输方式，高效成熟的开发环境，强大的数据处理能力，这些优点是普通单片机不能比拟的，但是其带硬件能力不足。
单片机自诞生以来，就迅速在工业上使用，现在我们周围的各种电子产品都采用了单片机，大到洗衣机、冰箱，小到玩具汽车、电子表，现在单片机的功能越来越强大，带硬件能力越来越强，有些单片机自带AD转换，PWM等，这极大的降低了产品的设计难度，减小了产品体积。
现在可以说是人手一部智能手机，硬件不是问题，如何将智能手机和单片机应用到普通的数据采集上来，将是本课题的研究内容。
1.2智能手机的数据采集研究现状
智能手机的硬件越来越强大，应用范围越来越广，可以应用到日常生活，农业，工业甚至自然灾害的预警上。
上海海洋大学仇天月等人，开发了Android智能手机的农业物联网信息采集及发布系统。具有简便，数据实时采集上传，非常适合于野外数据采集，并结合GIS技术，物联网技术将农田作物等农业资源在手机端可视化，满足了工作者对农业资源实时，便捷，可视化的需求，提高了管理效率[1]。
南昌大学朱洪涛的研究小组开发了一种基于蓝牙通信技术及Android移动终端的无线数据采集方案:上位机使用Android移动终端来做上位机，下位机采用传感器与单片机组合，数据传输采用蓝牙串口模块，实验表明此方式采集到的数据比较可靠[2]。
1.3设计的目的及意义
鉴于智能手机不但屏幕比较大，显示的内容比较多，显示效果比较好，而且耗电量比较少，体积小，可以用于野外测量和夜间测量。
实验室里的一些测量设备，如：普通的万用表，显示界面不够直观，不能进行多通道测量与显示。如果在一些数据量较小，要求精度不高的场合，用电脑来采集与显示，实在是大材小用，用智能手机就足够了。如果能够利用智能手机进行数据采集，这样既可以降低开发成本，又能够加强操作体验，提高数据采集效率。
一些测量设备去除显示部分和操作部分，增加一个能与智能手机相连接的模块（WiFi或蓝牙），数据显示与处理，各种操作交给手机就行了，这样设备的体积可以做的比较小，节约了硬件成本。
现在随着3G、4G网络的普及，网速越来越快，在数据量比较大的情况下，智能手机随时可以通过数据上传到网络，做到跨地区实时数据采集。
1.4设计的主要内容
本设计针对于实验数据采集设计，设置有三种采集模式，实时采集，定时采集及随机采集，并且每种模式都支持双通道采集和设置多种采集速率。1.手机端采用Android平台开发,平台是开源的，开发方便，主要功能有：采集指令的发送，数据的接收及显示，波形的绘制。采集的数据可以已txt格式保存在内存卡上。
2.硬件方面采用STC12C5A60S2高性能8位单片机，主要实现了采用AD转换采集、存储、发送数据。采用蓝牙模块 HC-05传输数据。
3.调用MathStudio处理数据。
工作流程如下图：
系统工作原理图
2.上位机的设计
2.1 Android系统介绍及开发
安卓系统英文称为Android，是目前全球手机用户使用最多的操作系统，市场占有率超过80%。由谷歌公司开发，是一个以Linux为基础的开源移动设备操作系统，主要用于智能手机和平板电脑，现在Android已发布的最新版本为Android 5.1。
Android的有许多平台优势：1.开放性，Android平台首先就是其开发性，开发的平台允许任何移动终端厂商加入到Android联盟中来。显著的开放性可以使其拥有更多的开发者和越来越多的用户。2.方便开发，Android平台提供给开发者一个十分宽泛、自由的环境，不会受到各种条条框框的制约，大量的软件随之产生。
本次开发使用最常用的开发工具eclipse，eclipse是一个著名的跨平台的自由集成开发环境，有着丰富的开发插件。不过现在官方推荐Android Studio进行开发。本次开发的eclipse如下图：
在软件调试时，使用真机调试，手机型号为：Lenovo A706，Android 版本号为：4.1.2。
省略中间开发过程。
2.4 Android UI界面设计
开发的软件截图
Android端UI界面
Android端程序框图
3下位机的设计
3.1 单片机简单介绍及型号选择
单片机又称单片微控制器它将普通计算机的CPU，ROM，RAM，IO都集中到一小片集成电路上，相当于一个微型的计算机。它有体积小、质量轻、价格便宜、便于学习、应用和开发。广泛应用于智能仪表，工业控制，日常生活中的各种电器上，可以说我们的生产与生活已经离不开单片机了。
STC单片机作为本土厂商，有着比较高的性价比，指令集完全兼容传统的8051，并且学习资料多，便于开发现在STC最新型号为STC15系列。支持ISP在线编程，烧写特别方便，超强抗干扰，有的型号自带高速AD转换，自带硬件看门狗电路及PWM。因此本设计便采用STC12C5A60S2。
3.4 单片机的连接电路图及程序框图
单片机原理工作图
由于没有设计基准电源，AD转换的参考电源为电源电压，因此AD转换的准确度与电源有关。电源拟采用移动电源供电。蓝牙模块的电源可以与单片机一个电源，也可另外供电。
单片机部分程序框图
手机发送给单片机的指令为7个字节，指令数组的第一个数确定工作方式，第二个数为选择通道。当工作方式为实时采集时，第三个数为采集速率，后面面四个数全为0，没有意义，起到填充作用；当工作方式为定时采集时，第三、四、五个数为采集时间，单位为ms，第六、七个数为采集个数；当工作方式为随机采集时，后面五个数全为0，没有意义，起到填充作用，降低程序的复杂度。
实时采集模式时，单通道采集速率范围为：1-25个/秒，为保证准确性，双通道最大采集速率为1-10个/秒，时间间隔由单片机定时，精度10us。
定时采集时，通道1采集速率最快为30us/个，通道2采集速率不能低于100us/个，双通道采集时不能低于200us/个。单片机计时精度为10us，由于使用单片机的外部扩展的1K RAM，单片机AD转换的精度为10位，一个数据需要两个字节来存储，外部扩展RAM前512个字节分配给通道1，后512个字节分配给通道2，所以通道1的最大采集数量为512个，此时通道1的已经超出范围，将通道2的全占了，虽然数组越界了，但是数据仍然有效，但是在通道2采集和双通道采集时不能超过256个数据。
随机采集，就是采用中断触发进行控制采集，时间由单片机计时，控制信号由P3.2或P3.3输入，控制信号为下降沿触发，单片机将数据发送到手机上，每发送六个字节为一组数据，前四个字节为时间，后两个字节为信号值大小。
未完，待续！明天不要错过呦。
