蔡妍娜

　?。o(wú)錫機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校,，江蘇 無(wú)錫 214028）

        摘要：設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了“學(xué)生易學(xué)，老師易評(píng)”的電路維修智能教輔系統(tǒng),。該系統(tǒng)以STM32處理器為核心,，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)數(shù)據(jù)的采集、A/D轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ),，應(yīng)用基于BC417芯片構(gòu)成的藍(lán)牙模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行無(wú)線傳輸,，用Android手機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)顯示并引導(dǎo)學(xué)習(xí)?；贓clipse開(kāi)發(fā)手機(jī)軟件,，內(nèi)置兩種故障排除模式。使用結(jié)果表明,，系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,，具有簡(jiǎn)易、智能,、有趣,、低價(jià)的特征。

　　關(guān)鍵詞：教學(xué)輔助,；智能手機(jī),；藍(lán)牙；STM32F103

　　中圖分類號(hào)：TP274,；TN925文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.06.009

　　引用格式：蔡妍娜. 基于ARM CortexM3的電路維修智能教輔系統(tǒng)的研制［J］.微型機(jī)與應(yīng)用,，2017,36（6）：26-28.

0引言

　　電路故障的檢測(cè)與維修是電子實(shí)訓(xùn)的教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn),，主要使用萬(wàn)用表來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。學(xué)生能力強(qiáng)弱不均,，很難把印制板實(shí)物和電路原理圖上的測(cè)試點(diǎn)建立直觀聯(lián)系,。而且以往老師只能對(duì)學(xué)生是否修復(fù)電路做出成果性評(píng)價(jià)，不能科學(xué)地對(duì)學(xué)生排故能力做過(guò)程性評(píng)價(jià),。

　　為解決上述問(wèn)題,，本文從“學(xué)生易學(xué)，老師易評(píng)”的角度出發(fā),，基于STM32處理器和智能手機(jī),，研制新型教輔系統(tǒng)，使學(xué)生可以選擇不同的難度模式進(jìn)行學(xué)習(xí),，軟件能幫助學(xué)生建立測(cè)量點(diǎn)與電路圖之間的思維聯(lián)系,，使老師能夠獲得學(xué)生故障檢修與測(cè)量的過(guò)程數(shù)據(jù)，為實(shí)訓(xùn)成績(jī)的評(píng)定提供數(shù)據(jù)支持,。

1總體設(shè)計(jì)方案

　　隨著時(shí)代的發(fā)展,，智能手機(jī)已經(jīng)在學(xué)生中普及開(kāi)來(lái)，作為信息傳播的新媒介,，其作用毋庸置疑,。能否讓手機(jī)作為一個(gè)鏈接工具，參與到教學(xué)活動(dòng)中來(lái)呢,？這就是本系統(tǒng)功能需求的設(shè)計(jì)初衷,，主要解決以下幾個(gè)問(wèn)題：

　　（1）簡(jiǎn)易：安裝簡(jiǎn)便,，直接替換萬(wàn)用表的表棒就能完成安裝,。

　　（2）智能：在測(cè)量過(guò)程中,，系統(tǒng)能智能記錄檢測(cè)點(diǎn)的參數(shù)與測(cè)試點(diǎn)的順序,，為評(píng)價(jià)檢測(cè)過(guò)程提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

　?。?）有趣：手機(jī)應(yīng)用中提供相應(yīng)的難度等級(jí)選項(xiàng),，學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)能力進(jìn)行選擇，在保證絕大多數(shù)學(xué)生能完成任務(wù)的同時(shí),，提高學(xué)習(xí)的趣味性,。

　　（4）低價(jià)：成本小,，易于推廣,。

　　系統(tǒng)包括硬件檢測(cè)電路和手機(jī)教輔軟件兩大部分，硬件檢測(cè)電路主要包括核心控制模塊（含A/D轉(zhuǎn)換）,、電源電路,、藍(lán)牙模塊,，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示,。

　　系統(tǒng)選用了STM32F103RBT6芯片作為主控芯片［1］,。通過(guò)芯片自帶的12位高精度A/D對(duì)待檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行高速A/D采集，其采集參數(shù)通過(guò)DMA通道送入ARM芯片內(nèi)置的1 KB高速內(nèi)部RAM中,。通過(guò)主控芯片進(jìn)行數(shù)字濾波后,，把得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)藍(lán)牙模塊上傳至Android智能手機(jī)，與手機(jī)端的故障排除助手APP協(xié)同工作,。

2硬件設(shè)計(jì)

　　2.1電路主控核心及A/D轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)

　　從設(shè)計(jì)需求考慮,，希望主控芯片資源豐富、盡可能地減少外圍元器件,，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)小型化,，同時(shí)要具備相當(dāng)強(qiáng)的處理能力，能緩存A/D數(shù)值并通過(guò)藍(lán)牙上傳,。為此選定意法半導(dǎo)體公司的STM32F103RBT6芯片作為控制核心,，采用高性能ARM CortexTMM3 32位RISC內(nèi)核，最高可在72 MHz的頻率操作［2］,。采用內(nèi)部振蕩,，電路最小系統(tǒng)只需搭建最簡(jiǎn)單的復(fù)位操作，復(fù)位信號(hào)從NRST引腳輸出,。

　　使用內(nèi)部12位A/D轉(zhuǎn)換,，由于待檢測(cè)的電路電壓最大為12 V，超出A/D轉(zhuǎn)換的量程范圍,，使用高精度電阻電路進(jìn)行分壓后再送入主控芯片［3］,。采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)DMA通道傳遞到內(nèi)部RAM中。

　　2.2電源管理

　　從便攜和靈活操作需求出發(fā),，整體電路與萬(wàn)用表表棒一般大小,，手持檢測(cè)設(shè)備配備鋰電池對(duì)系統(tǒng)供電，根據(jù)需要提供3.3 V的電源,。

　　鋰電池向電路供電時(shí),，通過(guò)XC6206電壓調(diào)制器輸出穩(wěn)定的3.3 V電壓，供給系統(tǒng)工作,。在每路電源引線處都并聯(lián)一個(gè)104的電容用于消除電源的高頻干擾,。對(duì)鋰電池進(jìn)行充電時(shí)，通過(guò)芯片TP4057完成,，單節(jié)鋰電池充滿時(shí)電壓固定于4.2 V,，由于芯片具有防倒充功能［4］，因此外部元件簡(jiǎn)單,、不需要另加隔離二極管和檢測(cè)電阻器,。將高電位通過(guò)按鍵引到主控芯片的PA0管腳,，可以在待機(jī)狀態(tài)下按下按鍵快速喚醒系統(tǒng)，并通過(guò)程序?qū)存I信號(hào)送出作為參數(shù)記錄標(biāo)記,。

　　2.3藍(lán)牙通信電路

　　操作采集并存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)要上傳到智能手機(jī),，都在同一個(gè)操作臺(tái)，屬于短距離的無(wú)線通信,，藍(lán)牙技術(shù)功耗低且傳輸快,，最為適用。本設(shè)計(jì)選用CSR公司的BC417芯片［5］,，硬件電路如圖2所示,。由于整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)鋰電池供電，為了盡可能降低整體功耗,，3.3 V電源不直接供給藍(lán)牙芯片,，而是由STM32主控芯片的PA8來(lái)控制，當(dāng)需要啟動(dòng)藍(lán)牙通信時(shí),，PA8輸出低電平,，三極管Q2導(dǎo)通，藍(lán)牙芯片獲得工作電壓,，并與主控芯片共地,，開(kāi)始工作。發(fā)送引腳TX與主控芯片的PA10/RX相連,，接收引腳RX與主控芯片的PA9/TX相連,，將主控芯片中A/D采集并存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙傳送給智能手機(jī)。

3軟件設(shè)計(jì)

　　3.1電路檢測(cè)端STM32內(nèi)部程序

　　使用KeilμVision4 IDE開(kāi)發(fā)平臺(tái),，用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)完整的程序,。程序流程如圖3所示，主程序中首先完成系統(tǒng)的上電初始化,，之后按照藍(lán)牙發(fā)送,、A/D采樣、休眠計(jì)時(shí)的順序工作,。與智能手機(jī)進(jìn)行藍(lán)牙連接,，將采集并儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)發(fā)送給手機(jī)，然后繼續(xù)采集存儲(chǔ),，在有檢測(cè)操作的情況下,，循環(huán)進(jìn)行藍(lán)牙發(fā)送、A/D采樣步驟,，如果3分鐘內(nèi)一直沒(méi)有采集工作,，則進(jìn)入休眠狀態(tài)，直到被休眠喚醒電路喚醒,。

　　3.2手機(jī)端故障排除助手軟件

　　使用Eclipse平臺(tái)開(kāi)發(fā)安卓上位機(jī)軟件［6］,。手機(jī)端軟件開(kāi)啟后,，先通過(guò)藍(lán)牙與手持設(shè)備進(jìn)行連接。而后通過(guò)選擇界面讓學(xué)生選擇故障排除模式,，軟件內(nèi)置兩種故障排除模式,。具體軟件流程如圖4所示。

　?。?）自由模式

　　適用于專業(yè)能力較弱的學(xué)生,，自主選擇測(cè)試點(diǎn),，軟件直接接收手持設(shè)備測(cè)量的各項(xiàng)物理參數(shù),，并將其顯示在軟件界面上；學(xué)生根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)自主判斷電路故障位置,，進(jìn)行維修,。

　　（2）引導(dǎo)模式

　　適用于專業(yè)能力較強(qiáng)的學(xué)生,，先選擇待測(cè)設(shè)備的故障現(xiàn)象,，通過(guò)軟件算法分析可能的故障位置，引導(dǎo)學(xué)生使用手持檢測(cè)設(shè)備對(duì)其進(jìn)行檢測(cè),。測(cè)試結(jié)果與軟件中存儲(chǔ)的正確數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì),。若檢測(cè)結(jié)果在正常范圍之內(nèi)，則繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生檢測(cè)下一可能故障位置,。若檢測(cè)結(jié)果不在范圍內(nèi)則縮小故障范圍直至找到故障點(diǎn),。

　　4數(shù)據(jù)濾波

　　為確保檢測(cè)電壓轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，A/D采樣程序中采用了均值濾波算法,，通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)檢測(cè)的A/D值進(jìn)行濾波,，最終獲得平滑穩(wěn)定的A/D采樣數(shù)據(jù)。主要代碼如下：

　　void DataTransfer(u32 *p)

　　{

　　u32 AdcChannel1=0;

　　u8 i;

　　for(i=0;i<128;i++)

　　{

　　AdcChannel1+=ADC_ConvertedValue［i］;

　　}

　　*p=AdcChannel1;

　　}

5結(jié)論

　　為有效地教會(huì)學(xué)生看懂電路原理圖和使用排故流程圖,，并幫助老師收集學(xué)生維修檢測(cè)的過(guò)程數(shù)據(jù),，研制了本電路維修輔助教學(xué)系統(tǒng)，進(jìn)行了實(shí)踐教學(xué)對(duì)比實(shí)驗(yàn),，對(duì)比結(jié)果如表1所示,。對(duì)比驗(yàn)證結(jié)果表明，使用本系統(tǒng)后,，學(xué)生針對(duì)不同種類的故障排故用時(shí)都有明顯的縮短,，全體學(xué)生的維修成功率得到顯著提升。系統(tǒng)符合設(shè)計(jì)目的,，手機(jī)APP開(kāi)啟后,，通過(guò)藍(lán)牙與手持設(shè)備進(jìn)行連接，選擇故障排除模式,。使用手持檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行故障檢測(cè),，ARM芯片與藍(lán)牙發(fā)送模塊協(xié)同工作,，手機(jī)軟件直接接收到手持設(shè)備測(cè)量的各項(xiàng)物理參數(shù)，并在屏幕上正常顯示,，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步操作,。

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