蔡妍娜
（无锡机电高等职业技术学校，江苏 无锡 214028）
摘要：设计并实现了“学生易学，老师易评”的电路维修智能教辅系统。该系统以STM32处理器为核心，实现了检测数据的采集、A/D转换和存储，应用基于BC417芯片构成的蓝牙模块对信号进行无线传输，用Android手机进行数据存储显示并引导学习。基于Eclipse开发手机软件，内置两种故障排除模式。使用结果表明，系统达到了设计要求，具有简易、智能、有趣、低价的特征。
中图分类号：TP274；TN925文献标识码：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.06.009
引用格式：蔡妍娜. 基于ARM CortexM3的电路维修智能教辅系统的研制［J］.微型机与应用，2017,36（6）：26-28.
0引言
电路故障的检测与维修是电子实训的教学重点与难点，主要使用万用表来进行检测。学生能力强弱不均，很难把印制板实物和电路原理图上的测试点建立直观联系。而且以往老师只能对学生是否修复电路做出成果性评价，不能科学地对学生排故能力做过程性评价。
为解决上述问题，本文从“学生易学，老师易评”的角度出发，基于STM32处理器和智能手机，研制新型教辅系统，使学生可以选择不同的难度模式进行学习，软件能帮助学生建立测量点与电路图之间的思维联系，使老师能够获得学生故障检修与测量的过程数据，为实训成绩的评定提供数据支持。
1总体设计方案
随着时代的发展，智能手机已经在学生中普及开来，作为信息传播的新媒介，其作用毋庸置疑。能否让手机作为一个链接工具，参与到教学活动中来呢？这就是本系统功能需求的设计初衷，主要解决以下几个问题：
（1）简易：安装简便，直接替换万用表的表棒就能完成安装。
（2）智能：在测量过程中，系统能智能记录检测点的参数与测试点的顺序，为评价检测过程提供数据依据。
（3）有趣：手机应用中提供相应的难度等级选项，学生可以根据自己的学习能力进行选择，在保证绝大多数学生能完成任务的同时，提高学习的趣味性。
（4）低价：成本小，易于推广。
系统包括硬件检测电路和手机教辅软件两大部分，硬件检测电路主要包括核心控制模块（含A/D转换）、电源电路、蓝牙模块，整体结构设计如图1所示。
系统选用了STM32F103RBT6芯片作为主控芯片［1］。通过芯片自带的12位高精度A/D对待检测数据进行高速A/D采集，其采集参数通过DMA通道送入ARM芯片内置的1 KB高速内部RAM中。通过主控芯片进行数字滤波后，把得到的数据经过蓝牙模块上传至Android智能手机，与手机端的故障排除助手APP协同工作。
2硬件设计
2.1电路主控核心及A/D转换的实现
从设计需求考虑，希望主控芯片资源丰富、尽可能地减少外围元器件，使系统实现小型化，同时要具备相当强的处理能力，能缓存A/D数值并通过蓝牙上传。为此选定意法半导体公司的STM32F103RBT6芯片作为控制核心，采用高性能ARM CortexTMM3 32位RISC内核，最高可在72 MHz的频率操作［2］。采用内部振荡，电路最小系统只需搭建最简单的复位操作，复位信号从NRST引脚输出。
使用内部12位A/D转换，由于待检测的电路电压最大为12 V，超出A/D转换的量程范围，使用高精度电阻电路进行分压后再送入主控芯片［3］。采集到的数据通过DMA通道传递到内部RAM中。
2.2电源管理
从便携和灵活操作需求出发，整体电路与万用表表棒一般大小，手持检测设备配备锂电池对系统供电，根据需要提供3.3 V的电源。
锂电池向电路供电时，通过XC6206电压调制器输出稳定的3.3 V电压，供给系统工作。在每路电源引线处都并联一个104的电容用于消除电源的高频干扰。对锂电池进行充电时，通过芯片TP4057完成，单节锂电池充满时电压固定于4.2 V，由于芯片具有防倒充功能［4］，因此外部元件简单、不需要另加隔离二极管和检测电阻器。将高电位通过按键引到主控芯片的PA0管脚，可以在待机状态下按下按键快速唤醒系统，并通过程序将按键信号送出作为参数记录标记。
2.3蓝牙通信电路
操作采集并存储的数据要上传到智能手机，都在同一个操作台，属于短距离的无线通信，蓝牙技术功耗低且传输快，最为适用。本设计选用CSR公司的BC417芯片［5］，硬件电路如图2所示。由于整个系统通过锂电池供电，为了尽可能降低整体功耗，3.3 V电源不直接供给蓝牙芯片，而是由STM32主控芯片的PA8来控制，当需要启动蓝牙通信时，PA8输出低电平，三极管Q2导通，蓝牙芯片获得工作电压，并与主控芯片共地，开始工作。发送引脚TX与主控芯片的PA10/RX相连，接收引脚RX与主控芯片的PA9/TX相连，将主控芯片中A/D采集并存储的数据通过蓝牙传送给智能手机。
3软件设计
3.1电路检测端STM32内部程序
使用KeilμVision4 IDE开发平台，用C语言设计完整的程序。程序流程如图3所示，主程序中首先完成系统的上电初始化，之后按照蓝牙发送、A/D采样、休眠计时的顺序工作。与智能手机进行蓝牙连接，将采集并储存的数据发送给手机，然后继续采集存储，在有检测操作的情况下，循环进行蓝牙发送、A/D采样步骤，如果3分钟内一直没有采集工作，则进入休眠状态，直到被休眠唤醒电路唤醒。
3.2手机端故障排除助手软件
使用Eclipse平台开发安卓上位机软件［6］。手机端软件开启后，先通过蓝牙与手持设备进行连接。而后通过选择界面让学生选择故障排除模式，软件内置两种故障排除模式。具体软件流程如图4所示。
（1）自由模式
适用于专业能力较弱的学生，自主选择测试点，软件直接接收手持设备测量的各项物理参数，并将其显示在软件界面上；学生根据测试数据自主判断电路故障位置，进行维修。
（2）引导模式
适用于专业能力较强的学生，先选择待测设备的故障现象，通过软件算法分析可能的故障位置，引导学生使用手持检测设备对其进行检测。测试结果与软件中存储的正确数据进行比对。若检测结果在正常范围之内，则继续引导学生检测下一可能故障位置。若检测结果不在范围内则缩小故障范围直至找到故障点。
4数据滤波
为确保检测电压转换数据的准确性，A/D采样程序中采用了均值滤波算法，通过对实时检测的A/D值进行滤波，最终获得平滑稳定的A/D采样数据。主要代码如下：
void DataTransfer(u32 *p)
{
u32 AdcChannel1=0;
u8 i;
for(i=0;i<128;i++)
{
AdcChannel1+=ADC_ConvertedValue［i］;
}
*p=AdcChannel1;
}
5结论
为有效地教会学生看懂电路原理图和使用排故流程图，并帮助老师收集学生维修检测的过程数据，研制了本电路维修辅助教学系统，进行了实践教学对比实验，对比结果如表1所示。对比验证结果表明，使用本系统后，学生针对不同种类的故障排故用时都有明显的缩短，全体学生的维修成功率得到显著提升。系统符合设计目的，手机APP开启后，通过蓝牙与手持设备进行连接，选择故障排除模式。使用手持检测设备进行故障检测，ARM芯片与蓝牙发送模块协同工作，手机软件直接接收到手持设备测量的各项物理参数，并在屏幕上正常显示，引导学生进一步操作。
参考文献
［1］ 徐自远. RTX操作系统在STM32RBT6芯片中的移植与应用［J］. 课程教育研究,2015（35）:248-249.
［2］ 王永超. 基于STM32F103RBT6的电动汽车电池管理系统研究［D］.哈尔滨：哈尔滨理工大学,2015.
［3］ 王慧,陈长征. 基于STM32F103RBT6的振动信号采集系统［J］. 环境技术,2013（5）:56-58.
［4］ 霍新新. 压电换能器并联输出特性及接口电路研究［D］.大连：大连理工大学,2014.
［5］ 吕立亚,王兆伍. 基于蓝牙的汽车CAN网络信号无线测量系统［J］. 计算机测量与控制,2009,17（2）:281-283+286.
［6］ 刘洪星,谢玉山. Eclipse开发平台及其应用［J］. 武汉理工大学学报(信息与管理工程版),2005,27（2）:89-92.