面向單片機(jī)的圖像傳輸顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

I 題目面向單片機(jī)的圖像傳輸顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)PAGEI摘要近年來(lái)，在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的基礎(chǔ)上，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)融入人們的生活之中，一切的行為信息都可以通過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分享等，人們已經(jīng)生活在以數(shù)據(jù)為中心的環(huán)境中，通過(guò)智能硬件收集并處理信息，將處理后的信息展示在人們眼前。智能技術(shù)的快速發(fā)展使我們的生活進(jìn)入到智能時(shí)代。本設(shè)計(jì)面向單片機(jī)的圖像傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，通過(guò)藍(lán)牙通信通道，使用單片機(jī)來(lái)控制和連接安卓手機(jī)相機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)通過(guò)手機(jī)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)拍照和傳輸圖像并顯示在單片機(jī)LCD屏幕上的目的。本設(shè)計(jì)采用的單片機(jī)是德州儀器（TI）推出的Cortex-M4單片機(jī)，型號(hào)為EK-TM4C1294XL。藍(lán)牙異步串口模塊采用CSR?BluetoothTM2.0核心芯片BC417設(shè)計(jì)。運(yùn)用了按鈕控制、蜂鳴器控制、TFTLCD液晶屏開(kāi)發(fā)、圖像二值化處理、圖像縮放、藍(lán)牙通信等技術(shù)，涉及到CCSM4開(kāi)發(fā)，安卓SDK開(kāi)發(fā)，安卓NDK開(kāi)發(fā)等，使用opencv函數(shù)實(shí)現(xiàn)不同圖像效果呈現(xiàn)。本設(shè)計(jì)充分利用單片機(jī)的性能好、體積小、價(jià)格優(yōu)的特點(diǎn)，以及智能手機(jī)普及的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)安卓系統(tǒng)和單片機(jī)之間的相機(jī)控制、拍照、圖像處理、圖像傳輸、圖像顯示的功能。本設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)，能夠以低成本的方式，實(shí)現(xiàn)智能化硬件之間的相互控制，為智能化家居生活提供一個(gè)方面的解決方案，并且充分利用與生活相關(guān)的智能手機(jī)和智能硬件，實(shí)現(xiàn)智能化的交互動(dòng)作，提升人們的生活品質(zhì)。關(guān)鍵詞：藍(lán)牙，遠(yuǎn)程控制，單片機(jī)，安卓系統(tǒng)，圖像傳輸，opencvAbstractInrecentyears,onthebasisoftherapiddevelopmentofscienceandtechnology,theInternethasintegratedintoourlife.Allthebehavioroftheinformationcanbethroughthedata-storageanddata-sharing.Peoplehavebeenlivinginadata-centricenvironment.Wecancollectandprocessinformationbytheintelligenthardware,andthenshowtheprocessedinformationtous.Therapiddevelopmentofsmarttechnologymakesourlifeintotheintelligentera.Thedevise,fortheimagetransmissionsystemdesignandimplementationofmicrocontrollers,viaBluetoothcommunicationchannel,usesmicrocontrollerstocontrolandconnecttheandroidmobilephonecamerasystem.weachievetheaimthatpicturesandimagesdisplayontheTFTLCDscreen.Thisdevise’smicrocontrolleristhelaunchedCortex-M4microcontrollerbyTexasinstruments(TI)andmodelnumberisEK-TM4C1294XL.BluetoothasynchronousserialportmoduleusesthedesignofCSRBluetoothTM2.0corechipBC417.Thedeviseappliestechniquesofthebuttoncontrol,buzzercontrol,TFTLCDscreenimagedevelopment,binarizationimageprocessingtechniques,imagescalingandbluetoothcommunication.ItinvolvesthedevelopmentofCCSM4,androidSDKdevelopment,andandroidtheNDKdevelopment,andusesopencvfunctiontopresentdifferentgraphics.Thisdevisemakesfulluseofthemicrocontrollers’advantagesofgoodperformance,smallvolumeandreasonableprice,andalsoutilizesthefactofthepopularizationofthesmartphonetoachievefunctionsofcameracontrolling,takingphotos,handlingimage,transmittingimage,anddisplayingimagebetweenandroidandmicrocontrollers.Thedevelopmentofthedevisecanrealizetheinteractingcontrolbetweentheintelligenthardwareinalowcostform.Inaddition,itmakesfulluseofsmartphonesandintelligenthardwarewhicharerelatedwithourlifetorealizetheintelligentinteractiveactionandimprovepeople'squalityoflife.Keywords：bluetooth，telecontrol，microcontrollers，android，imagetransmission，opencv目錄TOC\o"1-3"\f\u摘要 IAbstract I第一章緒論 11.1 研究背景 11.2 研究意義 11.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及難點(diǎn) 21.4 本文的研究?jī)?nèi)容 41.5 本文的組織結(jié)構(gòu) 61.6 本章小結(jié) 6第二章總體設(shè)計(jì) 72.1 面向單片機(jī)的圖像傳輸顯示系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 72.1.1 單片機(jī)概要設(shè)計(jì) 82.1.2 軟件APP概要設(shè)計(jì) 92.2 開(kāi)發(fā)環(huán)境 104.2.1 軟件環(huán)境 104.2.2 硬件環(huán)境 102.3 主要開(kāi)發(fā)語(yǔ)言 102.4 本章小結(jié) 11第三章單片機(jī)系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì) 123.1 單片機(jī)設(shè)計(jì)詳細(xì)概述 123.1.1 單片機(jī)選擇方案 123.1.2 電路控制方案 143.1.3 CCSM4底庫(kù)開(kāi)發(fā) 153.1.4 TFTLCD液晶屏開(kāi)發(fā) 173.1.5 蜂鳴器 193.1.6 控制器 203.2 藍(lán)牙通訊 213.3 安卓手機(jī)選擇 243.4 本章小結(jié) 25第四章軟件APP詳細(xì)設(shè)計(jì) 264.1 APP設(shè)計(jì)概述 264.1.1 Android系統(tǒng)簡(jiǎn)介 264.1.2 Android系統(tǒng)架構(gòu) 274.1.3 Android開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建與工程建立 284.2 APP軟件主要功能實(shí)現(xiàn) 294.2.1 藍(lán)牙功能 294.2.2 圖像二值化處理 304.3 Opencv簡(jiǎn)介 314.4 本章小結(jié) 33第五章系統(tǒng)測(cè)試與實(shí)現(xiàn) 345.1 系統(tǒng)測(cè)試 345.1.1 功能原理 345.1.2 Android軟件APP功能 385.2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn) 395.3 本章小結(jié) 42第六章總結(jié) 436.1完成的工作 436.2存在的問(wèn)題及下一步工作 436.3前景展望 43參考文獻(xiàn) 45致謝 47附錄 48附錄1畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述 48附件2畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 48附件3畢業(yè)設(shè)計(jì)外文翻譯（中文譯文與外文原文） 48圖目錄TOC\c"圖"圖21系統(tǒng)框架示意 7圖22實(shí)物系統(tǒng)展示圖 8圖23單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)物照片 9圖31Cortex-M4單片機(jī) 13圖32管腳復(fù)用明細(xì)其一 13圖33管腳復(fù)用明細(xì)其二 14圖3412V升壓電源模塊系統(tǒng)圖 14圖35線(xiàn)性穩(wěn)壓模塊圖 15圖36MOS管H橋驅(qū)動(dòng)電路 15圖37CCSV6主界面 16圖38CCS-M4開(kāi)發(fā)工程建立 16圖39初始化單片機(jī)頻率代碼實(shí)現(xiàn) 17圖31016位并口方式時(shí)序特征 18圖31116位并口方式時(shí)序圖 19圖312TFTLCD液晶屏顯示控制代碼 19圖313蜂鳴器控制-關(guān) 20圖314蜂鳴器控制-開(kāi) 20圖315控制按鈕范例 20圖316控制按鈕初始化代碼 21圖317按鈕控制實(shí)現(xiàn)代碼 21圖318藍(lán)牙串口模塊 23圖319單片機(jī)藍(lán)牙初始化 24圖320聯(lián)想A790e智能手機(jī) 25圖41Android系統(tǒng)架構(gòu)圖 27圖42APP工程建立 29圖43藍(lán)牙控制工程其一 30圖44藍(lán)牙控制工程其二 30圖45圖像二值化處理函數(shù)代碼 31圖51單片機(jī)系統(tǒng)展示 34圖52菜單欄效果 38圖53藍(lán)牙連接選項(xiàng) 38圖54藍(lán)牙掃描界面 39圖55藍(lán)牙連接成功提示 39圖56單片機(jī)接通電源 40圖57樣片原圖 41圖58拍攝二值化圖效果 41圖59傳輸成功二值化圖 42PAGE40第一章緒論研究背景近年來(lái)，在科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展的基礎(chǔ)上，尤其是各大互聯(lián)網(wǎng)公司的快速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)融入人們的生活之中，一切的行為信息都可以通過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分享等，人們已經(jīng)生活在以數(shù)據(jù)為中心的環(huán)境中，通過(guò)智能硬件收集信息，通過(guò)智能化的移動(dòng)設(shè)備處理信息，將處理后的信息展示在人們眼前，改變著人們的生活方式。由此，家居環(huán)境和設(shè)施的智能化也可以通過(guò)智能化的方式實(shí)現(xiàn)突破，人們對(duì)此有了更高的期望，無(wú)論何時(shí)都可以運(yùn)用移動(dòng)智能設(shè)備控制智能家居硬件，我們終會(huì)實(shí)現(xiàn)家居硬件與生活的互動(dòng)，更加舒適、安全、人性、智能的居住環(huán)境是能夠在現(xiàn)實(shí)中實(shí)現(xiàn)的。智能技術(shù)的快速發(fā)展使我們的生活進(jìn)入到智能時(shí)代。家居生活的智能化是當(dāng)今計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通訊技術(shù)最人性化的應(yīng)用[1]。現(xiàn)代家居需要將一些靜止的設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇?dòng)性的智能化的硬件。使得家居硬件與外部環(huán)境保持有趣的信息的交流。實(shí)現(xiàn)了信息的全方位交互，智能家居系統(tǒng)致力于為用戶(hù)營(yíng)造一個(gè)更為安全、靈智、簡(jiǎn)便、時(shí)尚的數(shù)字化居家空間，帶來(lái)全新的、高尚的、智能的生活體驗(yàn)[2]。智能家居硬件一直在改變著人們的生活方式和工作方式，人們的日常生活將更加智能化。研究意義“面向單片機(jī)的圖像傳輸顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”是通過(guò)藍(lán)牙通信通道連通手機(jī)和單片機(jī)，使用單片機(jī)的按鈕來(lái)控制和連接安卓手機(jī)相機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)通過(guò)手機(jī)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)拍照和傳輸圖像并顯示在單片機(jī)LCD屏幕上的目的。這個(gè)充分利用單片機(jī)的性能好、體積小、價(jià)格優(yōu)的特點(diǎn)，以及智能手機(jī)普及的現(xiàn)狀，最終實(shí)現(xiàn)安卓系統(tǒng)和單片機(jī)之間的相機(jī)控制、拍照、圖像處理、圖像傳輸、圖像顯示的功能。本設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)，能夠以低成本的方式，實(shí)現(xiàn)智能化硬件之間的相互控制，為智能化家居生活提供一個(gè)方面的解決方案，充分利用與生活相關(guān)的智能手機(jī)和智能硬件，實(shí)現(xiàn)智能化的交互動(dòng)作，提升人們的生活品質(zhì)。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及難點(diǎn)本眾所周知，一個(gè)完整的家居環(huán)境組成有電梯、冰箱、燈光、空調(diào)、電磁爐、插座等各種設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)這些設(shè)備的電子控制是1984年在美國(guó)率先實(shí)現(xiàn)的，在這個(gè)家居建筑系統(tǒng)里面不僅能夠控制家居，而且還能進(jìn)行監(jiān)控，收發(fā)郵件和語(yǔ)言控制等功能。這算是智能家居的開(kāi)創(chuàng)時(shí)代。智能家居的各種方案相繼出現(xiàn)在德國(guó)、日本、美國(guó)等經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的地區(qū)。美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)于1988年編制了第1個(gè)適用于家庭住宅的電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，即《家庭自動(dòng)化系統(tǒng)與通訊標(biāo)準(zhǔn)》，也有稱(chēng)之為家庭總線(xiàn)系標(biāo)準(zhǔn)（HBS）[3]。最近幾年，隨著人們生活水平的提高，智能家居技術(shù)不斷成熟、三網(wǎng)融合的實(shí)現(xiàn)、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，必然使智能家居迎來(lái)了新的階段。隨著移動(dòng)智能手機(jī)的日益普及，尤其是安卓系統(tǒng)手機(jī)的高占有率，未來(lái)智能家居控制的方向是智能移動(dòng)設(shè)備。2014年，依據(jù)第三方數(shù)據(jù)挖掘和整合營(yíng)銷(xiāo)機(jī)構(gòu)艾媒咨詢(xún)（iiMediaResearch）的數(shù)據(jù)，中國(guó)智能手機(jī)市場(chǎng)上半年的銷(xiāo)量達(dá)到18556.3萬(wàn)部，全年有望突破4億部大關(guān)，約占全球銷(xiāo)量的三分之一以上，成為全球炙手可熱的智能手機(jī)銷(xiāo)售區(qū)域[4]。一款叫做Android@Home的應(yīng)用程序在Google的年度的I/O開(kāi)發(fā)者大會(huì)上被推出，家用電燈的開(kāi)關(guān)可以通過(guò)該程序在Android智能手機(jī)或智能平板電腦上控制其開(kāi)關(guān)，其他主要的功能是可以控制無(wú)線(xiàn)智能立體聲音箱系統(tǒng)[5]。進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，智能家居控制將成為國(guó)外流行的時(shí)尚文化，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在未來(lái)十年中，該市場(chǎng)的容量高達(dá)到600億美元，是個(gè)十分巨大的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。我們國(guó)家的智能家居開(kāi)始于20世紀(jì)90年代末。1999年，國(guó)外智能家居產(chǎn)品開(kāi)始進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)標(biāo)志是外商永泰峰公司帶著其ApBus產(chǎn)品參展出現(xiàn)在深圳首屆高交會(huì)上。中國(guó)電力科學(xué)研究院在1999年開(kāi)始了對(duì)電力線(xiàn)高速數(shù)據(jù)通信技術(shù)的研究。2010年，它顯然已成為中國(guó)智能家居行業(yè)的拐點(diǎn)：國(guó)家關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)與三網(wǎng)合一政策的大力支持，各個(gè)國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀IT、家電、通訊、安防等行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)開(kāi)始全面涉足智能家居行業(yè)，無(wú)形中對(duì)中國(guó)智能家居行業(yè)做了一次最大的規(guī)模的市場(chǎng)宣傳與美好未來(lái)展望，可以說(shuō)，中國(guó)智能家居行業(yè)開(kāi)始由成長(zhǎng)正在走向成熟[6]。近年來(lái)，Android智能手機(jī)在中國(guó)占主導(dǎo)份額，Android智能手機(jī)成了智能家居控制終端的方向。2012年9月，樂(lè)得威全功能Android智能家居軟件正式發(fā)布，樂(lè)得威智能家居終端軟件集可方便的安裝在Android智能手機(jī)上，手機(jī)與家中的智能主機(jī)相連。具統(tǒng)計(jì)資料顯示，目前我國(guó)已有70%的安有網(wǎng)絡(luò)寬帶，在一線(xiàn)、二線(xiàn)城市化進(jìn)程中，將有50%左右的住宅要實(shí)現(xiàn)智能化控制，由此看來(lái)我國(guó)智能家居控制系統(tǒng)前景還是可觀[7]。藍(lán)牙[8]技術(shù)是一種經(jīng)濟(jì)的無(wú)線(xiàn)解決方案，智能手機(jī)中都配備了藍(lán)牙模塊，藍(lán)牙具有方便、可靠、容易使用的特點(diǎn)。在智能家居的控制方面，藍(lán)牙技術(shù)是相當(dāng)可靠的實(shí)現(xiàn)方式。我國(guó)將住宅小巧智能化定義為：利用4C技術(shù)，通過(guò)有效的傳輸網(wǎng)絡(luò)，將多元信息服務(wù)與管理、物業(yè)管理與安防、住宅智能化系統(tǒng)集成，為住宅小區(qū)的服務(wù)與管理提供高技術(shù)的智能化手段，以期實(shí)現(xiàn)快捷高效的超值服務(wù)與管理，提供安全舒適的家居環(huán)境[9]。目前，該研究領(lǐng)域主要有以下幾個(gè)難點(diǎn)：遠(yuǎn)程控制、圖像處理、圖像壓縮、圖像解碼等。首先，遠(yuǎn)程控制的難點(diǎn)是通過(guò)單片機(jī)和安卓手機(jī)之間的通訊，同時(shí)能夠保證信號(hào)的持續(xù)連接，通過(guò)單片機(jī)上面的按鈕控制安卓手機(jī)拍照，達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的，由于藍(lán)牙的有效距離相對(duì)較短，智能手機(jī)型號(hào)的不同，要達(dá)到穩(wěn)定的控制是一個(gè)難點(diǎn)。其次就是圖像處理，在本方案中可以通過(guò)安卓手機(jī)選擇不同的圖片效果，通過(guò)opencv和安卓手機(jī)結(jié)合是一個(gè)比較大的難點(diǎn)。再有就是圖像壓縮的難點(diǎn)，為了考慮圖像傳輸?shù)乃俣群托Ч?，圖像在從手機(jī)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)的過(guò)程中需要先對(duì)圖片進(jìn)行壓縮處理。最后就是圖像解碼，圖像在傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)上面之后還要經(jīng)過(guò)解碼才能完整的顯示在顯示屏上，解碼的效果直接影響了顯示效果。本文的研究?jī)?nèi)容整個(gè)設(shè)計(jì)涉及到安卓系統(tǒng)和單片機(jī)，開(kāi)發(fā)工作量大，不僅要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的開(kāi)發(fā)，藍(lán)牙模塊的調(diào)用，還需要完成安卓SDK開(kāi)發(fā)、安卓NDK開(kāi)發(fā)等。本研究的具體容包括：(1)單片機(jī)開(kāi)發(fā)單片機(jī)（Microcontrollers）[10]是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。在單片機(jī)上，要實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙模塊的調(diào)用，通過(guò)藍(lán)牙，講圖像傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)上，同時(shí)在單片機(jī)LCD屏幕上顯示出來(lái)，顯示出來(lái)的同時(shí)會(huì)控制單片機(jī)上的蜂鳴器，發(fā)出蜂鳴聲。在單品機(jī)開(kāi)發(fā)中要用到CCSM4底庫(kù)，在底庫(kù)中完成針腳的調(diào)用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)LCD主控芯片的控制。(2)藍(lán)牙連接單片機(jī)藍(lán)牙模塊和安卓手機(jī)的藍(lán)牙連接是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。藍(lán)牙是一種經(jīng)濟(jì)的無(wú)線(xiàn)解決方案[11]，藍(lán)牙是一種短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，成本低、功耗小、傳輸速率較高、抗干擾能力強(qiáng)、組網(wǎng)靈活。藍(lán)牙具有小型化無(wú)線(xiàn)電、低功率、低成本、內(nèi)置安全性、穩(wěn)固、易于使用、即時(shí)聯(lián)網(wǎng)等功能特點(diǎn)，是市場(chǎng)上得到認(rèn)可的主導(dǎo)短距離無(wú)線(xiàn)技術(shù)。藍(lán)牙模塊的開(kāi)發(fā)模式分為2類(lèi):eq\o\ac(○,1)單微控制器模式eq\o\ac(○,2)雙微控制器模式，即藍(lán)牙低層協(xié)議與用戶(hù)應(yīng)用程序分別由主機(jī)控制器和主機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。藍(lán)牙通信實(shí)現(xiàn)主要是以下步驟，第一步：初始化。第二步：搜索藍(lán)牙設(shè)備。第三步：選定掃描到的設(shè)備并建立連接。第四步：數(shù)據(jù)傳輸。(3)圖像處理隨著多媒體技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)圖像采集及處理技術(shù)系統(tǒng)的性能提出了更高的要求[12]。在本方案中不僅涉及藍(lán)牙模塊的調(diào)用，安卓系統(tǒng)APP開(kāi)發(fā)，還涉及到圖像處理相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，本方案中主要采用的是圖像二值化處理的實(shí)現(xiàn)。為了提高圖像處理的速度，工業(yè)上一般采用處理過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單的二值化圖像，因此如何合理選取二值化閾值，使之同時(shí)滿(mǎn)足速度和精度的要求，就成了一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題。圖像二值化是圖像分析與處理中最常見(jiàn)最重要的處理手段，二值處理方法也非常多。越精準(zhǔn)的方法計(jì)算量也越大。圖像二值化是圖像處理的一項(xiàng)基本技術(shù)[13]。在本方案中不僅涉及藍(lán)牙模塊的調(diào)用，安卓系統(tǒng)APP開(kāi)發(fā)，還涉及到圖像處理相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，本方案中主要采用的是圖像二值化處理的實(shí)現(xiàn)。數(shù)字化的圖像系統(tǒng)可以充分利用計(jì)算機(jī)快速處理能力，對(duì)齊進(jìn)行壓縮、分析、存儲(chǔ)和顯示[14]。(4)數(shù)據(jù)傳輸安卓手機(jī)采集圖片，在手機(jī)內(nèi)通過(guò)opencv二值化，數(shù)模轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)打包分為2000個(gè)包分別通過(guò)藍(lán)牙依次傳輸。(5)安卓開(kāi)發(fā)Android是基于Linux的免費(fèi)和開(kāi)放源代碼的操作系統(tǒng)，主要用于移動(dòng)設(shè)備，如智能手機(jī)和平板電腦。第一款A(yù)ndroid智能手機(jī)在2008年10月發(fā)布。Android逐漸擴(kuò)展到平板電腦和其他領(lǐng)域。2011第一季度Android在全球市場(chǎng)份額首次超過(guò)Symbian，居世界第一位。在2013年第四季度，全球市場(chǎng)份額的Android手機(jī)平臺(tái)已經(jīng)達(dá)到78.1%[15]。Android智能手機(jī)在國(guó)內(nèi)智能手機(jī)市場(chǎng)占據(jù)了較大的份額。此統(tǒng)由操作系統(tǒng)、中問(wèn)件、用戶(hù)界面和應(yīng)用程序組成。Android程序可以利用其他應(yīng)用程序的資源，所以應(yīng)用開(kāi)發(fā)Android系統(tǒng)已經(jīng)風(fēng)靡全球，各種高科技領(lǐng)域都在向Android進(jìn)軍。Android的優(yōu)勢(shì)決定了它的盛行，它有著開(kāi)放性和靈活性，使用Java語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，高兼容，硬件選擇豐富的特性。本設(shè)計(jì)中，需要開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單界面的手機(jī)APP，通過(guò)改APP的操作，完成藍(lán)牙連接、圖像拍攝、圖像特征選擇等任務(wù)。本文的組織結(jié)構(gòu)本文共分為六章，以“面向單片機(jī)的圖像傳輸顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”為背景，研究討論單片機(jī)開(kāi)發(fā)，Android軟件開(kāi)發(fā)，藍(lán)牙傳輸?shù)葐?wèn)題，將這些技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際的生活場(chǎng)景做了理論和實(shí)際的研究。各章內(nèi)容如下：第一章，介紹了課題研究的背景，國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究及應(yīng)用，課題研究的主要任務(wù)和本文的主要工作。第二章，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法與技術(shù)和總體設(shè)計(jì)情況。第三章，重點(diǎn)介紹了單片機(jī)系統(tǒng)的詳細(xì)開(kāi)發(fā)過(guò)程和技術(shù)要求。第四章，具體介紹Android軟件APP開(kāi)發(fā)詳解，以及關(guān)鍵技術(shù)分析，完成開(kāi)發(fā)任務(wù)。第五章，系統(tǒng)的測(cè)試和實(shí)現(xiàn)。本章測(cè)試系統(tǒng)的正常工作，以及最終的實(shí)現(xiàn)效果。第六章，對(duì)對(duì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)進(jìn)行總結(jié)并提出下一步工作。本章小結(jié)本章簡(jiǎn)要介紹項(xiàng)目的研究背景、在國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用現(xiàn)狀以及項(xiàng)目的研究的任務(wù)和意義。最后，給出了本文的主要工作及本文的組織結(jié)構(gòu)。第二章總體設(shè)計(jì)面向單片機(jī)的圖像傳輸顯示系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)了一種面向單片機(jī)的圖像傳輸顯示系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要是由單片機(jī)、Android智能手機(jī)、軟件APP系統(tǒng)組成。其中，單片機(jī)選擇的是CCSM4單片機(jī)，它和手機(jī)共同組成該系統(tǒng)的硬件部分。軟件APP部分，opencv和APP結(jié)合組成了軟件控制系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)的功能是：（1）可以通過(guò)藍(lán)牙將單片機(jī)和安卓手機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和安卓手機(jī)之間的通訊，從而為圖像的傳輸打好基礎(chǔ)。（2）可以通過(guò)單片機(jī)控制安卓手機(jī)相機(jī)系統(tǒng)，達(dá)到單片機(jī)控制拍照的功能。（3）APP可以實(shí)現(xiàn)圖像不同模式的展示和選擇，并將圖像傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)上面。圖2-1是該系統(tǒng)的示意圖，安卓手機(jī)上有安裝開(kāi)發(fā)好的APP，可以運(yùn)行APP達(dá)到控制相機(jī)系統(tǒng)的功能，在單片機(jī)上面已經(jīng)完成單片機(jī)的程序開(kāi)發(fā)可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的顯示屏的驅(qū)動(dòng)、按鈕的控制、以及藍(lán)牙模塊的使用。圖2SEQ圖\*ARABIC\s11系統(tǒng)框架示意圖2SEQ圖\*ARABIC\s12實(shí)物系統(tǒng)展示圖單片機(jī)概要設(shè)計(jì)單片機(jī)（Microcontrollers）是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。在本設(shè)計(jì)中主要用的是德州儀器（TI）推出的Cortex-M4單片機(jī)，核心板是TI公司制造的，型號(hào)為EK-TM4C1294XL。該單片機(jī)適合多層次的使用者，具有功耗低、兼容性強(qiáng)、速率快的特點(diǎn)。圖2-3是單片機(jī)的實(shí)物照片。各模塊主要實(shí)現(xiàn)的功能如下所述：LED燈：主要作用是通電之后亮起，顯示通電正常。蜂鳴器：主要作用是當(dāng)圖像完成傳輸之后蜂鳴聲響起，給予聲音反饋。串口：不同的串口實(shí)現(xiàn)不同的功能，主要是實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙模塊的連接。LCD顯示屏：顯示屏的主要作用是顯示傳輸過(guò)來(lái)的圖像。控制按鈕：通過(guò)控制按鈕的控制可以完成安卓手機(jī)相機(jī)系統(tǒng)的控制。USB電源接口：通過(guò)USB方式提供電力需求。主控芯片：主控芯片主要運(yùn)行程序，達(dá)到效果。圖2SEQ圖\*ARABIC\s13單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)物照片軟件APP概要設(shè)計(jì)APP軟件開(kāi)發(fā)指的是手機(jī)應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)與服務(wù)，APP是英文Application的簡(jiǎn)稱(chēng)，由于智能手機(jī)的流行，APP指智能手機(jī)的第三方應(yīng)用程序。該技術(shù)廣泛運(yùn)用于視頻處理、軟件開(kāi)發(fā)、物理加速、科學(xué)研究等。本設(shè)計(jì)中的軟件APP設(shè)計(jì)主要包括相機(jī)系統(tǒng)調(diào)用，藍(lán)牙的搜索和連接，opencv植入等。實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙的連接，不同圖像質(zhì)量的選擇。開(kāi)發(fā)環(huán)境軟件環(huán)境操作系統(tǒng)：Windows7單片機(jī)開(kāi)發(fā)：CodeComposerStudioIDE6.0Android軟件工具開(kāi)發(fā)包Eclipse硬件環(huán)境Cortex-M4單片機(jī)，型號(hào)為EK-TM4C1294XLIntel（R）Core(TM)i5-4200MNVIDIAGeForceGT730M＋I(xiàn)ntelGMAHD4600主要開(kāi)發(fā)語(yǔ)言本設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中不僅涉及到單片機(jī)的開(kāi)發(fā)，而且還涉及到安卓APP的開(kāi)發(fā)，用到開(kāi)發(fā)語(yǔ)言廣泛，涵蓋了傳統(tǒng)的Java、C語(yǔ)言、C++語(yǔ)言。JavaJava平臺(tái)和語(yǔ)言是由SUN公司在1990開(kāi)發(fā)完成。Java編程語(yǔ)言的風(fēng)格十分接近C語(yǔ)言、C++語(yǔ)言。Java是一個(gè)純粹的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言，它繼承了C++語(yǔ)言面向?qū)ο蠹夹g(shù)的核心。Java舍棄了C語(yǔ)言中容易引起錯(cuò)誤的指針、運(yùn)算符重載、多重繼承等特性，增加了垃圾回收器功能用于回收不再被引用的對(duì)象所占據(jù)的內(nèi)存空間，使得程序員不用再為內(nèi)存管理而擔(dān)憂(yōu)。Java具有極強(qiáng)的兼容性和可使用性。在本設(shè)計(jì)中，Java語(yǔ)言的應(yīng)用主要是安卓SDK的開(kāi)發(fā)中使用以及opencv開(kāi)發(fā)中使用。C語(yǔ)言C語(yǔ)言是一門(mén)通用計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言。C語(yǔ)言的設(shè)計(jì)目標(biāo)是提供一種能以簡(jiǎn)易的方式編譯、處理低級(jí)存儲(chǔ)器、產(chǎn)生少量的機(jī)器碼以及不需要任何運(yùn)行環(huán)境支持便能運(yùn)行的編程語(yǔ)言。C語(yǔ)言也很適合搭配匯編語(yǔ)言來(lái)使用，與匯編語(yǔ)言的子過(guò)程（routine/procedure）的ABI一定是完全兼容的。C語(yǔ)言是目前世界上流行、使用最廣泛的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。C語(yǔ)言對(duì)操作系統(tǒng)和系統(tǒng)使用程序以及需要對(duì)硬件進(jìn)行操作的場(chǎng)合，用C語(yǔ)言明顯優(yōu)于其它高級(jí)語(yǔ)言，許多大型應(yīng)用軟件都是用C語(yǔ)言編寫(xiě)的。C語(yǔ)言具有繪圖能力強(qiáng)，可移植性，并具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。在本設(shè)計(jì)中，主要是用于單片機(jī)的開(kāi)發(fā)和Opencv開(kāi)發(fā)中使用。C++語(yǔ)言C++是一門(mén)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，其內(nèi)涵和外延相當(dāng)豐富，被稱(chēng)為雜種范式語(yǔ)言。同時(shí)C++是一門(mén)面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言，語(yǔ)法豐富，概念全面，兼顧易用和效率，在游戲開(kāi)發(fā)、網(wǎng)絡(luò)軟件、分布式、移動(dòng)設(shè)備、嵌入式系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。C++是由C語(yǔ)言發(fā)展而來(lái)，保留了C語(yǔ)言原有的所有優(yōu)點(diǎn)，增加了面向?qū)ο蟮臋C(jī)制。C++與C語(yǔ)言兼容，用C語(yǔ)言寫(xiě)的程序基本上可以不加修改地用于C++。本設(shè)計(jì)中，用到C++語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的地方有安卓NDK開(kāi)發(fā)和opencv開(kāi)發(fā)。本章小結(jié)本章以面向單片機(jī)的圖像傳輸顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述為突破口，介紹系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要了解和掌握的方法和技術(shù)。大概闡述了單片機(jī)開(kāi)發(fā)需求、軟件開(kāi)發(fā)需求，同時(shí)介紹了開(kāi)發(fā)的環(huán)境和語(yǔ)言。這一部分是對(duì)本設(shè)計(jì)的概述性介紹。第三章單片機(jī)系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)單片機(jī)設(shè)計(jì)詳細(xì)概述本節(jié)主要介紹選擇的單片機(jī)，包括型號(hào)，特點(diǎn)，藍(lán)牙模塊，此外還有單片機(jī)開(kāi)發(fā)的一些方案。單片機(jī)選擇方案單片機(jī)以其性能好、體積小、價(jià)格優(yōu)、功能齊全等突出優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于家用電器、計(jì)算機(jī)外設(shè)、通訊、工業(yè)控制、自動(dòng)化生產(chǎn)、智能化設(shè)備以及儀器儀表等領(lǐng)域，成為科研、教學(xué)、工業(yè)技術(shù)改造最得力的工具[16]。單片機(jī)不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。單片機(jī)選擇方案使用范圍工業(yè)方面：數(shù)據(jù)采集、測(cè)控技術(shù)、遠(yuǎn)程通信。智能儀表：數(shù)字示波器、數(shù)字信號(hào)源、數(shù)字萬(wàn)用表、感應(yīng)電表、智能傳感器。在本設(shè)計(jì)中主要用的是德州儀器（TI）推出的Cortex-M4單片機(jī)。德州儀器（TI）是世界上最大的半導(dǎo)體公司之一。在創(chuàng)新半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)深耕多年，開(kāi)發(fā)出性能卓越的先進(jìn)電子產(chǎn)品幫助開(kāi)發(fā)者。深入到多個(gè)研究領(lǐng)域，包括模擬、嵌入式處理以及無(wú)線(xiàn)技術(shù)等技術(shù)，在數(shù)字通信娛樂(lè)業(yè)務(wù)方面也有非常好的應(yīng)用，此外還有醫(yī)療服務(wù)、汽車(chē)系統(tǒng)等。TICortex-M4的優(yōu)勢(shì)是首款用65nm流程制造的Cortex-MMCU，因此能夠以合理的價(jià)格為終端應(yīng)用或參考設(shè)計(jì)快速找到高性能精度和低功耗之間的平衡。這些器件也具有浮點(diǎn)性能、業(yè)界領(lǐng)先模擬集成和同類(lèi)產(chǎn)品中最高的功率性能。在本設(shè)計(jì)中主要用的是德州儀器（TI）推出的Cortex-M4單片機(jī)，如圖3-1。核心板是TI公司制造的，型號(hào)為EK-TM4C1294XL。該單片機(jī)適合多層次的使用者，具有功耗低、兼容性強(qiáng)、速率快的特點(diǎn)。圖3SEQ圖\*ARABIC\s11Cortex-M4單片機(jī)圖3SEQ圖\*ARABIC\s12管腳復(fù)用明細(xì)其一圖3SEQ圖\*ARABIC\s13管腳復(fù)用明細(xì)其二電路控制方案本設(shè)計(jì)中，主要用到三塊電路控制方案，首先是升壓電源模塊。圖3SEQ圖\*ARABIC\s1412V升壓電源模塊系統(tǒng)圖其次是線(xiàn)性穩(wěn)壓模塊，線(xiàn)性穩(wěn)壓器一直得到業(yè)界的廣泛采用。在開(kāi)關(guān)模式電源于上世紀(jì)60年代后成為主流之前，線(xiàn)性穩(wěn)壓器曾經(jīng)是電源行業(yè)的基礎(chǔ)。線(xiàn)性穩(wěn)壓器（LinearRegulator）使用在其線(xiàn)性區(qū)域內(nèi)運(yùn)行的晶體管或FET，從應(yīng)用的輸入電壓中減去超額的電壓，產(chǎn)生經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的輸出電壓。其產(chǎn)品均采用小型封裝，具有出色的性能，并且提供熱過(guò)載保護(hù)、安全限流等增值特性，關(guān)斷模式還能大幅降低功耗。設(shè)計(jì)方案如圖3-5所示。圖3SEQ圖\*ARABIC\s15線(xiàn)性穩(wěn)壓模塊圖最后就是MOS管驅(qū)動(dòng)電路，MOS管具有很低的導(dǎo)通電阻，消耗能量較低，在目前流行的高效DC－DC芯片中多采用MOS管作為功率開(kāi)關(guān)。MOS管的寄生電容大，電容可達(dá)幾十皮法。這對(duì)于設(shè)計(jì)高工作頻率DC－DC轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。圖3SEQ圖\*ARABIC\s16MOS管H橋驅(qū)動(dòng)電路CCSM4底庫(kù)開(kāi)發(fā)CCS軟件簡(jiǎn)介CCS（Code

Composer

Studio）代碼調(diào)試器是一種合成開(kāi)發(fā)環(huán)境。它是一種針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)TMS320調(diào)試器接口的交互式方法。CCS目前有CCS1.1，CCS1.2

和CCS2.0等三個(gè)不同時(shí)期的版本，又有CC2000

(

針對(duì)C2XX

)，CCS5000

(

針對(duì)C54XX

)和CCS6000

(針對(duì)C6X

)三個(gè)不同的型號(hào)。我們所使用的是CCSV6的版本。圖3SEQ圖\*ARABIC\s17CCSV6主界面圖3SEQ圖\*ARABIC\s18CCS-M4開(kāi)發(fā)工程建立圖3SEQ圖\*ARABIC\s19初始化單片機(jī)頻率代碼實(shí)現(xiàn)為了讓開(kāi)發(fā)者在最短時(shí)間內(nèi)完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)，LuminaryMicroStellaris外圍驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)是一系列用來(lái)訪(fǎng)問(wèn)Stellaris系列的基于Cortex-M4微處理器上的外設(shè)的驅(qū)動(dòng)程序。對(duì)于許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)，驅(qū)動(dòng)程序直接使用就能滿(mǎn)足一般應(yīng)用的功能、內(nèi)存或處理要求。外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)提供兩個(gè)編程模型：直接寄存器訪(fǎng)問(wèn)模型和軟件驅(qū)動(dòng)程序模型。根據(jù)應(yīng)用的需要或者開(kāi)發(fā)者所需要的編程環(huán)境，每個(gè)模型可以獨(dú)立使用或組合使用。寄存器級(jí)編程直接、效率高，但不易編寫(xiě)與移植。一般情況下，不使用寄存器級(jí)編程。盡管從純粹的操作系統(tǒng)的理解上它們不是驅(qū)動(dòng)程序，但這些驅(qū)動(dòng)程序確實(shí)提供了一種機(jī)制，使器件的外設(shè)使用起來(lái)很容易。單片機(jī)通用庫(kù)函數(shù)，包含了內(nèi)核操作、中斷控制、GPIO控制、USB基本操作。能完成內(nèi)核控制的全部操作，包器件的時(shí)鐘、使能的外設(shè)、器件的配置、處理復(fù)位；能控制嵌套向量中斷控制器（NVIC），使能和禁止中斷、注冊(cè)中斷處理程序和設(shè)置中斷的優(yōu)先級(jí)；能進(jìn)行寄存器級(jí)操作USB外設(shè)模塊。TFTLCD液晶屏開(kāi)發(fā)TFT(ThinFilmTransistor)LCD即薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管，是有源矩陣類(lèi)型液晶顯示器(AM-LCD)中的一種。和TN技術(shù)不同的是，TFT的顯示采用“背透式”照射方式，光源路徑不是像TN液晶那樣從上至下，而是從下向上。這樣的作法是在液晶的背部設(shè)置特殊光管，光源照射時(shí)通過(guò)下偏光板向上透出。由于上下夾層的電極改成FET電極和共通電極，在FET電極導(dǎo)通時(shí)，液晶分子的表現(xiàn)也會(huì)發(fā)生改變，可以通過(guò)遮光和透光來(lái)達(dá)到顯示的目的，響應(yīng)時(shí)間大大提高到80ms左右。OTM4001A是一款262144色，用于中小型TFTLCD顯示屏的片上系統(tǒng)(S驅(qū)動(dòng)芯片，通過(guò)指定用于圖形數(shù)據(jù)的RAM能支持達(dá)240xRGBx432分辨率。OTM4001A內(nèi)部的時(shí)序控制器能為不同的需求提供不同接口方式，OTM4001A提供了系統(tǒng)接口，包括8/9/16/18位并口和SPI串口方式；OTM4001A也提供了6/16/18位RGB接口，用于動(dòng)態(tài)顯示圖片。OTM4001A的主要特性還有窗口地址功能能限制數(shù)據(jù)重寫(xiě)區(qū)域，并減少數(shù)據(jù)傳輸；內(nèi)部6位D/A轉(zhuǎn)換器輸出的64γ顏色校準(zhǔn)；內(nèi)部233280字節(jié)的RAM；背光引腳輸出控制的內(nèi)置自適應(yīng)背光控制功能(CABC)；邏輯供電電壓范圍2.5~3.6V，IO接口支持操作電壓1.65~3.6V，模擬供電電壓范圍2.5~3.6V；內(nèi)置的內(nèi)部晶振與硬件復(fù)位。對(duì)TFTLCD的常規(guī)寫(xiě)操作時(shí)序特征和時(shí)序圖分別如下圖3-10和圖3-11所示。圖3SEQ圖\*ARABIC\s11016位并口方式時(shí)序特征圖3SEQ圖\*ARABIC\s11116位并口方式時(shí)序圖圖3SEQ圖\*ARABIC\s112TFTLCD液晶屏顯示控制代碼蜂鳴器蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。單片機(jī)上面使用的蜂鳴器一般都是無(wú)源電磁式的蜂鳴器。它由振蕩器、電磁線(xiàn)圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過(guò)電磁線(xiàn)圈，使電磁線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，振動(dòng)膜片在電磁線(xiàn)圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過(guò)電磁線(xiàn)圈，使電磁線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動(dòng)它，單片機(jī)IO引腳輸出的電流較小，單片機(jī)輸出的TTL電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，因此需要增加一個(gè)電流放大的電路。圖3SEQ圖\*ARABIC\s113蜂鳴器控制-關(guān)圖3SEQ圖\*ARABIC\s114蜂鳴器控制-開(kāi)控制器控制按鈕是一種簡(jiǎn)單電器，不直接控制主電路，而在控制電路發(fā)出手動(dòng)控制信號(hào)。由按鈕帽、復(fù)位彈簧、橋式觸頭和外殼組成。同時(shí)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用十分廣泛的主令電器。在電氣自動(dòng)控制電路中，用于手動(dòng)發(fā)出控制信號(hào)以控制接觸器、繼電器、電磁起動(dòng)器等。按鈕開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)種類(lèi)很多，可分為普通按鈕式、蘑菇頭式、自鎖式、自復(fù)位式、旋柄式、帶指示燈式等常見(jiàn)的按鈕主要用作急停按鈕，啟動(dòng)按鈕，停止按鈕，組合按鈕（鍵盤(pán)），點(diǎn)動(dòng)按鈕，復(fù)位按鈕。按鈕控件，又叫做Button控件，是一種基礎(chǔ)控件。按鈕控件根據(jù)其風(fēng)格屬性可派生出：命令按鈕(Pushbutton)、復(fù)選框(CheckBox)、單選按鈕(RadioButton)、組框(GroupBox)和自繪式按鈕(Owner-drawButton)。圖3SEQ圖\*ARABIC\s115控制按鈕范例圖3SEQ圖\*ARABIC\s116控制按鈕初始化代碼圖3SEQ圖\*ARABIC\s117按鈕控制實(shí)現(xiàn)代碼藍(lán)牙通訊藍(lán)牙是一種短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù),成本低、功耗小、傳輸速率較高、抗干擾能力強(qiáng)、組網(wǎng)靈活[17]。原本是用來(lái)取代紅外的。與紅外技術(shù)相比，藍(lán)牙無(wú)需對(duì)準(zhǔn)就能傳輸數(shù)據(jù)，一般情況下，傳輸距離小于10米。在信號(hào)放大器的幫助下，通訊距離可達(dá)100米左右。藍(lán)牙技術(shù)非常適合耗電量低的數(shù)碼設(shè)備相互分享數(shù)據(jù)，如手機(jī)、掌上電腦。而且藍(lán)牙設(shè)備之間還能傳送聲音，如藍(lán)牙耳機(jī)。藍(lán)牙規(guī)范中廣為應(yīng)用的成熟版本為1.1，帶寬約1Mbps，所以說(shuō)，藍(lán)牙非常適合于傳送小文件（10MB以下的圖片、鈴聲、電子書(shū)、文稿等等），方便、速度兼得。1998年，藍(lán)牙是多家公司聯(lián)合推出的一項(xiàng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其中包括IBM、愛(ài)立信等。1999年藍(lán)牙技術(shù)特殊興趣組織推出了藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范1.0版本。底層硬件模塊、中間協(xié)議層和高層應(yīng)用組成了藍(lán)牙技術(shù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。底層硬件部分包括無(wú)線(xiàn)跳頻、基帶和鏈路管理。無(wú)線(xiàn)跳頻層通過(guò)2.4GHz無(wú)需授權(quán)的ISM頻段的微波，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)位流的過(guò)濾和傳輸，中間協(xié)議層主要定義了藍(lán)牙收發(fā)器在此頻帶正常的條件?；鶐ж?fù)責(zé)跳頻以及藍(lán)牙數(shù)據(jù)和信息幀的傳輸。鏈路管理負(fù)責(zé)連接、建立和拆除鏈路并進(jìn)行安全控制。藍(lán)牙內(nèi)嵌模塊采用藍(lán)牙串口適配器，程序和設(shè)備的參數(shù)均已設(shè)置好，不需要另外編程，只需要直接從UART口收發(fā)數(shù)據(jù)即可[18]。藍(lán)牙技術(shù)可進(jìn)行異步數(shù)據(jù)通信和多臺(tái)同步的語(yǔ)音信道，主要是因?yàn)榻Y(jié)合了電路交換與分組交換。此外，還有一個(gè)非常強(qiáng)大的功能，就是用一個(gè)信道同時(shí)傳送異步數(shù)據(jù)和同步語(yǔ)音。藍(lán)牙每個(gè)話(huà)音信道支持64kb/秒的同步話(huà)音鏈路。異步信道可以支持一端最大速率為721kb/秒、另一端速率為57.6kb/秒的不對(duì)稱(chēng)連接。串口仿真協(xié)議層具有仿真9針RS232串口的功能。本方案中用到藍(lán)牙異步串口模塊采用CSR?BluetoothTM2.0核心芯片BC417設(shè)計(jì)，功耗低、速率高、距離適中，配置和使用簡(jiǎn)單輕松，非常適合單片機(jī)愛(ài)好者接觸無(wú)線(xiàn)通信，有廣闊的使用領(lǐng)域。藍(lán)牙串口模塊支持藍(lán)牙串口協(xié)議，將復(fù)雜的藍(lán)牙協(xié)議轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)單易用的串口通信協(xié)議，使用戶(hù)能夠以串口的編程方式使用藍(lán)牙[19]。由于近年來(lái)智能手機(jī)發(fā)展迅速，藍(lán)牙技術(shù)在智能手機(jī)里使用的特別廣泛。主流的Android和Windows智能手機(jī)操作系統(tǒng)支持通過(guò)藍(lán)牙通信建立虛擬串口服務(wù)。利用本模塊，上述系統(tǒng)的智能手機(jī)可以與使用本藍(lán)牙串口模塊的嵌入式設(shè)備進(jìn)行通信，可以用于獲得監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、獲得圖像以及配置參數(shù)等。藍(lán)牙串口模塊，可以接在單片機(jī)或其他嵌入式設(shè)備上進(jìn)行通信，也可以插在E-Config底座上利用通用計(jì)算機(jī)(PC)配置藍(lán)牙各項(xiàng)參數(shù)以及進(jìn)行普通串口通信。圖3SEQ圖\*ARABIC\s118藍(lán)牙串口模塊圖3SEQ圖\*ARABIC\s119單片機(jī)藍(lán)牙初始化安卓手機(jī)選擇本設(shè)計(jì)選用的手機(jī)是聯(lián)想A790e，聯(lián)想A790e采用了4寸電容屏，屏幕分辨率為WVGA級(jí)別。該機(jī)配備了1GHz高通MSM7627A處理器，它還采用了512MROM+512MRAM的內(nèi)存配置，可以滿(mǎn)足日常的使用。采用的是Android2.3.5系統(tǒng)，500萬(wàn)像素的攝像頭。支持藍(lán)牙。圖3SEQ圖\*ARABIC\s120聯(lián)想A790e智能手機(jī)本章小結(jié)本章對(duì)設(shè)計(jì)中用到的單片機(jī)、藍(lán)牙模塊、智能手機(jī)做了簡(jiǎn)要的分析，同時(shí)對(duì)電路方案和實(shí)現(xiàn)方式做了基礎(chǔ)研究，明確了系統(tǒng)的硬件需求和軟件實(shí)施方案。為后續(xù)工作鋪平了道路。第四章軟件APP詳細(xì)設(shè)計(jì)APP設(shè)計(jì)概述本設(shè)計(jì)中APP軟件可以調(diào)取相機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)藍(lán)牙和單片機(jī)連接。實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和安卓手機(jī)的連接和控制。同時(shí)還要將opencv嵌入到APP中，實(shí)現(xiàn)不同圖像效果的顯示。在這個(gè)過(guò)程匯總需要解決Android開(kāi)發(fā)環(huán)境的搭建，藍(lán)天通訊實(shí)現(xiàn)，opencv植入等問(wèn)題。Android系統(tǒng)簡(jiǎn)介Android是基于Linux開(kāi)放性?xún)?nèi)核的操作系統(tǒng)，它采用了軟件堆層的架構(gòu)，主要分為三部分。底層Linux內(nèi)核只提供基本功能，其他的應(yīng)用軟件則由各公司自行開(kāi)發(fā)，部分程序以Java編寫(xiě)。主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：第一是開(kāi)放性。在優(yōu)勢(shì)方面，開(kāi)放性是Android平臺(tái)最大特性，不管是什么樣的終端廠(chǎng)商都可以加入到Android聯(lián)盟中來(lái)。這就使得它具有很有的開(kāi)發(fā)者，開(kāi)發(fā)者開(kāi)發(fā)更多的應(yīng)用，用戶(hù)也積累起來(lái)，達(dá)到用戶(hù)和應(yīng)用的升級(jí)。一個(gè)嶄新的平臺(tái)也就慢慢的走向成熟。從Android的發(fā)展可以看出，開(kāi)放性有利于聚集人氣，包括用戶(hù)和廠(chǎng)商的人氣，用戶(hù)受益的是豐富的軟件資源，同時(shí)由于廠(chǎng)商的競(jìng)爭(zhēng)，可以選擇更多優(yōu)質(zhì)實(shí)惠的智能設(shè)備。第二是掙脫運(yùn)營(yíng)商的束縛。以往在歐美地區(qū)，手機(jī)應(yīng)用往往受到運(yùn)營(yíng)商制約，使用什么功能接入什么網(wǎng)絡(luò)，幾乎都受到運(yùn)營(yíng)商的控制。從2007年iPhone上市，用戶(hù)可以更加方便地連接網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)營(yíng)商的制約減少?；ヂ?lián)網(wǎng)巨頭Google推動(dòng)的Android終端天生就有網(wǎng)絡(luò)特色，將讓用戶(hù)離互聯(lián)網(wǎng)更近。第三是豐富的硬件選擇。Android平臺(tái)的開(kāi)放性為豐富的硬件選擇提供了基礎(chǔ)，由于Android的開(kāi)放性，各種各樣的產(chǎn)品不斷的上市，不同的功能特色能夠滿(mǎn)足不同的需求。即使功能上有差異和特色，卻不會(huì)影響到數(shù)據(jù)同步、甚至軟件的兼容。第四是不受任何限制的開(kāi)發(fā)商。Android程序可以利用其他應(yīng)用程序的資源[20]。Android平臺(tái)提供給第三方開(kāi)發(fā)商一個(gè)十分寬泛、自由的環(huán)境，不會(huì)受到各種條條框框的阻擾。這樣就會(huì)激發(fā)很多新穎別致的軟件開(kāi)發(fā)出來(lái)。雖然有這樣的好處，但也有其兩面性，血腥、暴力、情色方面的程序和游戲如何控制也是其急需解決的問(wèn)題。第五是無(wú)縫結(jié)合的Google應(yīng)用。Google已經(jīng)游泳13年的互聯(lián)網(wǎng)歷史，從搜索巨人到全面的互聯(lián)網(wǎng)滲透，Google服務(wù)如地圖、郵件、搜索等已經(jīng)成為連接用戶(hù)和互聯(lián)網(wǎng)的重要紐帶，而Android平臺(tái)手機(jī)將無(wú)縫結(jié)合這些優(yōu)秀的Google服務(wù)。Android系統(tǒng)架構(gòu)圖4SEQ圖\*ARABIC\s11Android系統(tǒng)架構(gòu)圖上圖是Android系統(tǒng)架構(gòu)圖，Android大致可以分為四層架構(gòu)，五塊區(qū)域。Linux內(nèi)核層(LinuxKernel)系統(tǒng)運(yùn)行層應(yīng)用框架層(ApplicationFramework)應(yīng)用層(Applications)首先，Linux內(nèi)核層。Android系統(tǒng)是基于Linux2.6內(nèi)核的，這一層為Android設(shè)備的各種硬件提供了底層的驅(qū)動(dòng)，如顯示驅(qū)動(dòng)、音頻驅(qū)動(dòng)、照相機(jī)驅(qū)動(dòng)、藍(lán)牙驅(qū)動(dòng)、WiFi驅(qū)動(dòng)、電源管理等。其次，系統(tǒng)運(yùn)行層。這一層通過(guò)一些C/C++庫(kù)來(lái)為Android系統(tǒng)提供了主要的特性支持，比如SQLite庫(kù)提供了數(shù)據(jù)庫(kù)的支持，OpenGL|ES庫(kù)提供了3D繪圖的支持，Webkit庫(kù)提供瀏覽器內(nèi)核的支持等。同時(shí)，在這一層還有Android運(yùn)行時(shí)庫(kù)，它提供了一些核心庫(kù)，能允許開(kāi)發(fā)者使用Java來(lái)編寫(xiě)Android應(yīng)用。其中，關(guān)鍵是Dalvik虛擬機(jī)，它使得我們每一個(gè)Android應(yīng)用都能運(yùn)行在獨(dú)立的進(jìn)程當(dāng)中，并且擁有一個(gè)自己的Dalvik虛擬機(jī)實(shí)例，相比Java虛擬機(jī)(JVM)，Dalvik是專(zhuān)門(mén)為移動(dòng)設(shè)備定制的，它對(duì)手機(jī)內(nèi)存、CPU性能有限等情況做了優(yōu)化處理。然后，應(yīng)用框架層。這一層主要提供了構(gòu)建應(yīng)用時(shí)可能用到的API，Android自帶的一些核心應(yīng)用程序就是使用這些API完成的，開(kāi)發(fā)者可以通過(guò)使用這些API構(gòu)建自己的應(yīng)用程序。比如有活動(dòng)管理器、View系統(tǒng)。內(nèi)容提供器、通知管理器等。最后，應(yīng)用層。所有安裝在手機(jī)上的應(yīng)用程序都是屬于這一層的，比如系統(tǒng)自帶的聯(lián)系人、短信等程序，或者我們從GooglePlay上下載的程序，包括我們自己開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序。Android開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建與工程建立本系統(tǒng)在Windows7環(huán)境下進(jìn)行開(kāi)發(fā)，在Windows環(huán)境下搭建Android開(kāi)發(fā)環(huán)境需要的組件包括:包含Java運(yùn)行環(huán)境、Java工具、Java基礎(chǔ)庫(kù)類(lèi)的JDK，Android開(kāi)發(fā)軟件Eclipse、開(kāi)發(fā)Android需要的插件ADT、Android軟件開(kāi)發(fā)包SDK。搭建Android開(kāi)發(fā)環(huán)境的步驟如下:第一步、安裝JDK，并在環(huán)境變量中設(shè)置JDK環(huán)境變量；第二步、在Eclipse中添加ADT插件，添加完成后在Eclipse的工具欄上會(huì)出現(xiàn)AVDManager(虛擬機(jī)管理器)選項(xiàng)；第三步、在Eclipse的Preference選項(xiàng)卡中選擇SDK的路徑，成功后便可創(chuàng)建開(kāi)發(fā)Android程序。圖4SEQ圖\*ARABIC\s12APP工程建立APP軟件主要功能實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙功能藍(lán)牙連接[21]是本設(shè)計(jì)的主要功能。無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)開(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn)之一就是藍(lán)牙，通過(guò)藍(lán)牙可以連接多種設(shè)備，手機(jī)、家居用品、電視等都可以。藍(lán)牙的最小傳輸距離是10cm，通過(guò)增加功率和外加設(shè)備最高可達(dá)100m。藍(lán)牙采用2.4GHzISM頻段，使用權(quán)向糾錯(cuò)編碼。基帶復(fù)合速率為1Mb/s。藍(lán)牙采用無(wú)線(xiàn)接口來(lái)代替電纜連接，擁有非常高的兼容性，在很多不同的場(chǎng)合都能使用，同時(shí)藍(lán)牙功耗低、輻射低，對(duì)人體無(wú)害。藍(lán)牙應(yīng)用非常簡(jiǎn)單，很容易使用，推廣該技術(shù)也變得容易。圖4SEQ圖\*ARABIC\s13藍(lán)牙控制工程其一圖4SEQ圖\*ARABIC\s14藍(lán)牙控制工程其二圖像二值化處理為了提高圖像處理的速度，工業(yè)上一般采用處理過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單的二值化圖像，因此如何合理選取二值化閾值，使之同時(shí)滿(mǎn)足速度和精度的要求，就成了一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題[22]。圖像二值化就是將圖像上的像素點(diǎn)的灰度值設(shè)置為0或255，也就是將整個(gè)圖像呈現(xiàn)出明顯的黑白效果。圖像二值化主要有三種方法，第一種、對(duì)RGB彩色圖像灰度化以后，掃描圖像的每個(gè)像素值，如：值小于127的將像素值設(shè)為0(黑色)，值大于等于127的像素值設(shè)為255(白色)。第二種、是計(jì)算像素的平均值K，掃描圖像的每個(gè)像素值如像素值大于K，像素值設(shè)為255(白色)，值小于等于K像素值設(shè)為0(黑色)。第三種、使用直方圖方法來(lái)尋找二值化閾值，直方圖是圖像的重要特質(zhì)，直方圖方法選擇二值化閾值主要是發(fā)現(xiàn)圖像的兩個(gè)最高的峰，然后在閾值取值在兩個(gè)峰之間的峰谷最低處。本設(shè)計(jì)是采用的固定閥值的方式。圖4SEQ圖\*ARABIC\s15圖像二值化處理函數(shù)代碼opencv簡(jiǎn)介opencv是開(kāi)源的計(jì)算機(jī)視覺(jué)相關(guān)的函數(shù)庫(kù)，其開(kāi)放性是它的特點(diǎn)之一，也是其發(fā)展的主要因素。opencv的發(fā)展對(duì)軟件的開(kāi)發(fā)具有重要影響。opencv的主要特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)，第一是開(kāi)放源代碼。作為20世紀(jì)80年代才興起的一種方式，得到了全世界開(kāi)發(fā)人員的喜愛(ài)，源代碼的開(kāi)放意味著軟件命令電腦執(zhí)行指定動(dòng)作核心已經(jīng)開(kāi)放；第二是計(jì)算機(jī)視覺(jué)。在數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)上，計(jì)算機(jī)視覺(jué)逐漸發(fā)展起來(lái)，研究范圍包括圖像特征提取，攝像機(jī)定標(biāo)，立體視覺(jué)，運(yùn)動(dòng)視覺(jué)，由圖像灰度恢復(fù)三維物體形狀等；第三是Intel資助。Opencv之說(shuō)以能夠開(kāi)放，主要的原因是在Intel公司的資助。作為今后軟件的發(fā)展模式，也具有給企業(yè)帶來(lái)巨大利益的潛力。開(kāi)源已經(jīng)成為成世界開(kāi)放方式的發(fā)展潮流，只要開(kāi)放，就會(huì)有更多的開(kāi)放的和志愿者參與到開(kāi)源項(xiàng)目中。能夠促進(jìn)產(chǎn)品和技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)具有非常大的商業(yè)潛力。本章小結(jié)本章主要闡述了軟件APP設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，包括Andorid系統(tǒng)簡(jiǎn)介、系統(tǒng)框架以及開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建等。對(duì)系統(tǒng)中需要實(shí)現(xiàn)的主要功能，圖像二值化處理和藍(lán)牙連接做了深入闡釋。對(duì)需要用到的opencv也做了簡(jiǎn)要的了解，本章實(shí)現(xiàn)了軟件APP的開(kāi)發(fā)任務(wù)。第五章系統(tǒng)測(cè)試與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)測(cè)試本系統(tǒng)包含單片機(jī)和手機(jī)的測(cè)試。圖5SEQ圖\*ARABIC\s11單片機(jī)系統(tǒng)展示功能原理（1）一共分為100個(gè)包。（2）每個(gè)包分兩次發(fā)送。（3）按下按鍵通過(guò)uart0發(fā)送。（4）讀取數(shù)據(jù)。（5）防止數(shù)據(jù)錯(cuò)亂，檢驗(yàn)后發(fā)送頭幀給單片機(jī)檢驗(yàn)。（6）分為2000個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送。（7）opencv壓縮函數(shù)在c++里通過(guò)此函數(shù)連接到C++庫(kù)由于Java庫(kù)中沒(méi)有指針概念，故在C++庫(kù)中只能每次返回一個(gè)值，mm為標(biāo)記。（8）做縮放，二值化，模數(shù)轉(zhuǎn)換，返回一個(gè)char。（9）將char拆分為兩個(gè)byte數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送。（10）每發(fā)送一次停頓一下。（11）單片機(jī)接收并解碼。Datepicturei全為全局變量以免停頓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)退出中斷。（12）顯示圖像并在顯示過(guò)程打開(kāi)蜂鳴器。Android軟件APP功能圖5SEQ圖\*ARABIC\s12菜單欄效果圖5SEQ圖\*ARABIC\s13藍(lán)牙連接選項(xiàng)圖5SEQ圖\*ARABIC\s14藍(lán)牙掃描界面圖5SEQ圖\*ARABIC\s15藍(lán)牙連接成功提示系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)（1）接通電源，指示燈亮起圖5SEQ圖\*ARABIC\s16單片機(jī)接通電源（2）安卓手機(jī)端打開(kāi)APP，點(diǎn)擊菜單，出現(xiàn)選擇不同圖像的菜單。選擇不同的菜單有不同的呈現(xiàn)不同的圖像效果。點(diǎn)擊更多出來(lái)連接藍(lán)牙的選項(xiàng)，如果沒(méi)有打開(kāi)藍(lán)牙，即跳出打開(kāi)藍(lán)牙權(quán)限的選擇框。連接好藍(lán)牙之后就可以進(jìn)行單片機(jī)控制拍照并傳輸圖像的功能。圖5SEQ圖\*ARABIC\s17樣片原圖圖5SEQ圖\*ARABIC\s18拍攝二值化圖效果圖5SEQ圖\*ARABIC\s19傳輸成功二值化圖本章小結(jié)本章對(duì)整個(gè)系統(tǒng)做了測(cè)試和最終成果展示。通過(guò)本章的闡述，將測(cè)試的系統(tǒng)和主要的功能實(shí)現(xiàn)原理做了全面的講解。最后硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)結(jié)合，完成了單片機(jī)控制安卓智能手機(jī)拍照、圖像處理、圖像傳輸、圖像顯示的功能。用實(shí)際證明了系統(tǒng)的可實(shí)現(xiàn)性。展示了最終的研究成果。第六章總結(jié)完成的工作本設(shè)計(jì)完成了單片機(jī)的開(kāi)發(fā)和安卓手機(jī)APP的開(kāi)發(fā)工作，實(shí)現(xiàn)了面向單片機(jī)的圖像傳輸問(wèn)題，同時(shí)可以通過(guò)單片機(jī)控制安卓手機(jī)相機(jī)系統(tǒng)完成單片機(jī)控制拍照的功能，實(shí)現(xiàn)了安卓手機(jī)上不同格式的圖像展示，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)和安卓手機(jī)的藍(lán)牙連接功能，實(shí)現(xiàn)了圖像從安卓手機(jī)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)上的功能，實(shí)現(xiàn)了將圖像完整展示在單片機(jī)顯示屏上的功能。存在的問(wèn)題及下一步工作圖像的傳輸所涉及到的領(lǐng)域很廣，不僅包含技術(shù)方面，而且還有軟件方面。由于本人研究時(shí)間、