基于52單片機(jī)無線室內(nèi)環(huán)境檢測控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

目錄

1產(chǎn)品功能分析...............................................................................................................1

1.1研究背景及意義.................................................................................................1

1.2設(shè)計(jì)主要研究的內(nèi)容.........................................................................................1

2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)...............................................................................................................2

2.1單片機(jī)的選擇方案.............................................................................................2

2.2顯示屏的選擇方案.............................................................................................2

2.3傳感器的選擇方案.............................................................................................2

2.4無線通信的選擇方案.........................................................................................3

2.5系統(tǒng)框圖.............................................................................................................3

3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì).......................................................................................................4

3.1STC89C52單片機(jī)模塊電路設(shè)計(jì).......................................................................4

3.2LCD1602顯示屏電路設(shè)計(jì).................................................................................5

3.3HC-05藍(lán)牙模塊電路設(shè)計(jì)..................................................................................6

3.4蜂鳴器模塊電路設(shè)計(jì).........................................................................................6

3.5傳感器模塊電路設(shè)計(jì).........................................................................................6

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)...............................................................................................................7

4.1主程序設(shè)計(jì).........................................................................................................8

4.2藍(lán)牙通信子程序設(shè)計(jì).........................................................................................8

4.3溫濕度數(shù)據(jù)采集子程序設(shè)計(jì).............................................................................9

4.4顯示屏子程序設(shè)計(jì)...........................................................................................10

5系統(tǒng)調(diào)試與測試.........................................................................................................10

5.1軟件調(diào)試...........................................................................................................10

5.2硬件調(diào)試...........................................................................................................11

5.3實(shí)物測試...........................................................................................................11

6產(chǎn)品使用說明.............................................................................................................12

參考資料.........................................................................................................................13

I

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

附錄1元器件清單.......................................................................................................14

附錄2電路原理圖.......................................................................................................15

附錄3PCB設(shè)計(jì)圖........................................................................................................16

附錄4作品實(shí)物照.......................................................................................................17

附錄5軟件程序代碼...................................................................................................18

II

湖南商職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

基于52單片機(jī)無線室內(nèi)環(huán)境檢測控制系統(tǒng)

設(shè)計(jì)與制作

1產(chǎn)品功能分析

1.1研究背景及意義

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，居民的生活水平有了明顯的提高，老百姓的出

行方式、生活環(huán)境都得到了顯著的進(jìn)步。但是弊端也隨之爆發(fā)出來，隨著工業(yè)

廢氣、汽車尾氣的肆意排放導(dǎo)致環(huán)境污染逐漸嚴(yán)重。居民患呼吸道疾病的概率

逐漸增大，更為嚴(yán)重的是可能威脅到居民的生命安全。所以空氣污染是國家、

社會(huì)急需解決的問題。一個(gè)人無論是在學(xué)習(xí)還是在工作，大部分時(shí)間都是在室

內(nèi)度過，因此室內(nèi)的空氣污染程度的高低對(duì)百姓的生活健康有著至關(guān)重要的的

影響。室內(nèi)的環(huán)境檢測中最為重要的就是溫度、濕度以及煙霧濃度數(shù)據(jù)，良好

的溫濕度不僅可以提高用戶學(xué)習(xí)、工作的效率，更重要的是可以保障居民的身

心健康。所以在本文中將研發(fā)一款無線室內(nèi)環(huán)境檢測控制系統(tǒng)。

隨著集成電路技術(shù)、無線通信技術(shù)以及嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展，小型嵌入

式設(shè)備逐漸出現(xiàn)在居民的日常生活中。不僅為居民的生活帶來一定的便捷，同

時(shí)可以減輕居民的工作負(fù)擔(dān)。近幾年，特別是單片機(jī)等小型微控制器的電子產(chǎn)

品在社會(huì)中得到大量的使用，單片機(jī)體積小、性能穩(wěn)定、價(jià)格實(shí)惠，因此采用

單片機(jī)為主控制器的嵌入式設(shè)備在用戶的日常生活中得到廣泛的使用。所以在

本文研究的無線室內(nèi)環(huán)境檢測控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中將采用單片機(jī)為主控制器將具有

重要的研究意義和發(fā)展前景。

1.2設(shè)計(jì)主要研究的內(nèi)容

（1）系統(tǒng)方案的選擇；

（2）硬件電路的組成以及使用方法；

（3）硬件、軟件調(diào)試；

1

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2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1單片機(jī)的選擇方案

方案一：選擇STC89C52單片機(jī)做為無線室內(nèi)環(huán)境檢測系統(tǒng)的主控制器模塊，

STC89C52單片機(jī)是一款性能穩(wěn)定、外設(shè)資源豐富且價(jià)格實(shí)惠的嵌入式控制模塊，

該單片機(jī)在高等教學(xué)以及小型嵌入式設(shè)備中得到廣泛的使用，此外STC89C52單

片機(jī)模塊開發(fā)難度低、可用于二次開發(fā)。所以在本文中選擇STC89C52單片機(jī)模

塊是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

方案二：選擇STM32F103C8T6單片機(jī)模塊做為無線室內(nèi)環(huán)境檢測系統(tǒng)的主

控制器模塊，STM32F103C8T6單片機(jī)模塊運(yùn)行速度快、性能優(yōu)越、外設(shè)資源豐富。

但是STM32F103C8T6單片機(jī)模塊開發(fā)難度大，且該單片機(jī)模塊價(jià)格較高。此外ST

M32F103C8T6單片機(jī)主要在物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目、工業(yè)、醫(yī)療等行業(yè)中得到廣泛的使用，

所以在本文中采用STM32F103C8T6單片機(jī)模塊不是很合適。

通過對(duì)STC89C52單片機(jī)模塊、STM32F103C8T6單片機(jī)模塊不斷對(duì)比和驗(yàn)證

后發(fā)現(xiàn)STC89C52單片機(jī)模塊更加符合本次設(shè)計(jì)，所以在單片機(jī)模塊的方案論證

中選擇方案一較為合適。

2.2顯示屏的選擇方案

方案一：選擇LCD1602顯示屏顯示傳感器采集的數(shù)據(jù)和獨(dú)立按鍵設(shè)置的閾

值信息，LCD1602顯示屏模塊在工業(yè)、機(jī)器人等行業(yè)中得到廣泛的使用，此外LCD

1602顯示屏模塊通信簡單、性能穩(wěn)定、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)，所以在本文中選擇LCD1

602顯示屏模塊更加符合本次設(shè)計(jì)。

方案二：選擇OLED顯示屏顯示傳感器采集的數(shù)據(jù)和獨(dú)立按鍵設(shè)置的閾值信

息，OLED顯示屏是一款基于IIC通信的顯示屏模塊，該模塊尺寸下，但是開發(fā)

難度大且價(jià)格較貴。因此在本文中選擇OLED顯示屏模塊顯示信息不是很合適。

通過對(duì)LCD1602顯示屏模塊、OLED顯示屏模塊不對(duì)對(duì)比和驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)LCD1

602顯示屏模塊更加符合本次設(shè)計(jì)，所以在顯示屏的方案論證中選擇方案一。

2.3傳感器的選擇方案

方案一：選擇DHT11溫濕度傳感器、MQ-2煙霧傳感器分別采集室內(nèi)的溫度、

濕度以及煙霧數(shù)據(jù)，DHT11溫濕度傳感器模塊是一款基于單總線的溫濕度采集模

塊，該模塊采集數(shù)據(jù)的精度高、靈敏度高、性能穩(wěn)定，所以選擇DHT11模塊是

2

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一個(gè)不錯(cuò)的選擇，此外MQ-2煙霧傳感器是一款常見的煙霧采集模塊，該模塊具

備多種通信方式，并且采集的數(shù)據(jù)精度高，性能也比較穩(wěn)定。

方案二：選擇優(yōu)云RS485溫濕度傳感器、MP-2煙霧傳感器模塊分別采集室

內(nèi)的溫度、濕度以及煙霧數(shù)據(jù)，優(yōu)云RS485傳感器模塊是一款基于485通信的

溫濕度模塊，該模塊采集的精度高，但是通信難度大且抗干擾能力差，所以選

擇優(yōu)云RS485傳感器模塊采集室內(nèi)的溫度、濕度數(shù)據(jù)不是很合適。此外MP-2傳

感器模塊雖然通信簡單、價(jià)格實(shí)惠，但是采集的數(shù)據(jù)精度高。所以在本次設(shè)計(jì)

中選擇優(yōu)云RS485溫濕度傳感器、MP-2煙霧傳感器模塊不是很合適。

通過對(duì)上述不同種模塊進(jìn)行對(duì)比和驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)DHT11溫濕度傳感器、MQ-2

煙霧傳感器更加適合本次設(shè)計(jì)，所以在傳感器模塊的方案論證中選擇方案一更

加合適。

2.4無線通信的選擇方案

方案一：選擇HC-05藍(lán)牙模塊負(fù)責(zé)將傳感器采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到手機(jī)客戶端

進(jìn)行查看，HC-05藍(lán)牙模塊通信質(zhì)量更高、通信方式更加簡單，同時(shí)HC-05藍(lán)牙

模塊價(jià)格更加實(shí)惠。所以選擇HC-05藍(lán)牙模塊更加符合本次設(shè)計(jì)。

方案二：選擇無線紅外通信，由于在本次設(shè)計(jì)中需要將數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭苿?dòng)終

端，而不是將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺亟K端，所以選擇紅外通信不是很合適，此外紅外

通信容易受到障礙物的影響。所以選擇紅外通信不是很合適。

通過對(duì)藍(lán)牙模塊、紅外通信不斷對(duì)比和驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)藍(lán)牙模塊更加符合本次

設(shè)計(jì)，所以在無線通信模塊的方案論證中選擇方案一更加合適。

2.5系統(tǒng)框圖

圖1系統(tǒng)框圖

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3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

3.1STC89C52單片機(jī)模塊電路設(shè)計(jì)

STC89C52單片機(jī)模塊共有40個(gè)端口，其端口定義如下表1所示。

表1STC89C52單片機(jī)IO口定義表

端口名稱端口功能

P0.0-P0.7輸入、輸出端口

P1.0-P1.7標(biāo)準(zhǔn)IO端口

P2.0-P2.7標(biāo)準(zhǔn)IO端口

P3.0串口接收端口

P3.1串口發(fā)送端口

P3.2外部中斷0端口

P3.3外部中斷1端口

P3.4標(biāo)準(zhǔn)IO端口

P3.5標(biāo)準(zhǔn)IO端口

P3.6標(biāo)準(zhǔn)IO端口

P3.7標(biāo)準(zhǔn)IO端口

GND電源負(fù)極

VCC電源正極

XTAL1晶振輸入端口1

XTAL2晶振輸入端口2

RST復(fù)位端口

EA內(nèi)外存儲(chǔ)器選擇引腳

ALE地址鎖存允許引腳

PSEN外部程序存儲(chǔ)引腳

INT2外部中斷2

INT3外部中斷3

STC89C52單片機(jī)模塊的電路設(shè)計(jì)需要對(duì)晶振電路、復(fù)位電路以及電源電路

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進(jìn)行設(shè)計(jì)，STC89C52單片機(jī)模塊的晶振電路主要由11.0592MHZ晶振、30PF電

容組成，STC89C52單片機(jī)模塊復(fù)位電路主要由10UF電解電容以及3K電阻組成。ST

C89C52單片機(jī)模塊最小系統(tǒng)板電路如下圖2所示。

圖2STC89C52單片機(jī)模塊電路圖

3.2LCD1602顯示屏電路設(shè)計(jì)

LCD1602顯示屏模塊共有16個(gè)端口，其中有8個(gè)數(shù)據(jù)端口、3個(gè)控制端口、

2個(gè)電源端口、2個(gè)背光電源端口和1個(gè)亮度調(diào)節(jié)端口。在16個(gè)端口中需要將

數(shù)據(jù)端口、控制端口和STC89C52單片機(jī)模塊進(jìn)行連接，其中的電源端口、背光

電源端口分別連接到電源的正極和負(fù)極即可。最后將亮度調(diào)節(jié)端口連接到滑動(dòng)

變阻器端口即可。LCD1602顯示屏模塊電路如下圖3所示。

圖3LCD1602顯示屏模塊電路圖

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3.3HC-05藍(lán)牙模塊電路設(shè)計(jì)

HC-05藍(lán)牙模塊和STC89C52單片機(jī)模塊是通過串口通信的，因此需要將藍(lán)

牙模塊的TXD端口、RXD端口分別連接到STC89C52單片機(jī)模塊的P3.0端口、P3

.1端口，同時(shí)需要將藍(lán)牙模塊的GND端口、VCC端口分別連接到電源的負(fù)極和

正極即可。HC-05藍(lán)牙模塊電路如下圖4所示。

圖4HC-05藍(lán)牙模塊電路圖

3.4蜂鳴器模塊電路設(shè)計(jì)

蜂鳴器模塊電路主要有NPN三極管、1K電阻組成，在電路設(shè)計(jì)中需要將蜂

鳴器的正極連接到5V電源的正極，同時(shí)需要將蜂鳴器的負(fù)極連接到NPN三極管

的集電極，緊接著需要將NPN三極管的基極和發(fā)射極分別連接到STC89C52單片

機(jī)模塊的IO端口和電源負(fù)極。蜂鳴器模塊電路如下圖5所示。

圖5蜂鳴器模塊電路圖

3.5傳感器模塊電路設(shè)計(jì)

在本次設(shè)計(jì)中需要采集室內(nèi)環(huán)境的溫度、濕度以及煙霧濃度數(shù)據(jù)，因此需

要設(shè)計(jì)DHT11溫濕度傳感器模塊的電路以及MQ-2煙霧傳感器模塊的電路，DHT1

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1溫濕度傳感器模塊共有四個(gè)端口，分別為VCC端口、數(shù)據(jù)端口、懸空端口和GND

端口，在電路設(shè)計(jì)中需要將VCC端口、GND端口分別連接到5V電源的正極和負(fù)

極，最后需要將數(shù)據(jù)端口連接到STC89C52單片機(jī)模塊的IO口即可。而MQ-2煙

霧傳感器模塊的電路設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)ADC0832芯片模塊的電路。DHT11溫濕度傳感

器模塊、煙霧傳感器模塊電路圖分別如下圖6、7所示。

圖6DHT11溫濕度傳感器模塊電路圖

圖7MQ-2煙霧傳感器模塊電路圖

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

程序框架如下圖8所示。

圖8程序框架圖

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4.1主程序設(shè)計(jì)

基于52單片機(jī)無線室內(nèi)環(huán)境檢測系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)首先需要初始化系統(tǒng)

的各個(gè)子模塊，其中包括DHT11溫濕度傳感器模塊、煙霧傳感器模塊、獨(dú)立按

鍵模塊、LED燈模塊、藍(lán)牙模塊以及蜂鳴器模塊，各個(gè)模塊初始化完畢后進(jìn)入系

統(tǒng)的主循環(huán)，然后啟動(dòng)傳感器采集數(shù)據(jù)，將傳感器采集的數(shù)據(jù)顯示在屏幕中，

同時(shí)判斷傳感器采集的數(shù)據(jù)是否在設(shè)定的閾值范圍內(nèi)，如果不在設(shè)定的閾值范

圍內(nèi)的時(shí)候啟動(dòng)蜂鳴器模塊進(jìn)行報(bào)警，最后通過藍(lán)牙將傳感器采集的數(shù)據(jù)發(fā)送

到手機(jī)客戶端進(jìn)行顯示。系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)流程如下圖9所示。

圖9系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)流程圖

4.2藍(lán)牙通信子程序設(shè)計(jì)

藍(lán)牙模塊和STC89C52單片機(jī)模塊是通過串口通信的，首先需要配置HC-05

藍(lán)牙模塊的波特率、起始位、配對(duì)密碼、工作模式以及名稱，藍(lán)牙模塊配置結(jié)

束后需要編寫串口通信協(xié)議，需要配置STC89C52單片機(jī)模塊的定時(shí)器以及打開

串口中斷，最后在串口中斷里面將傳感器采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到手機(jī)客戶端進(jìn)行顯

示，藍(lán)牙通信子程序設(shè)計(jì)流程如下圖10所示。

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圖10藍(lán)牙通信子程序設(shè)計(jì)流程圖

4.3溫濕度數(shù)據(jù)采集子程序設(shè)計(jì)

DHT11溫濕度傳感器和STC89C52單片機(jī)是通過單總線傳輸?shù)?，因此首先?/p>

要初始化DHT11溫濕度傳感器和STC89C52單片機(jī)連接的端口，然后將此IO口

設(shè)置為低電平，且低電平的時(shí)間必須要大于18ms，且需要等待低電平的時(shí)間是

否結(jié)束，當(dāng)?shù)碗娖降臅r(shí)間結(jié)束后需要將該端口設(shè)置為高電平，且高電平的時(shí)間

必須要達(dá)到80ms，當(dāng)高電平的時(shí)間結(jié)束后就可以讀取溫濕度數(shù)據(jù)，最后判斷一

幀數(shù)據(jù)是否讀取完畢，如果讀取完畢則保存接收到的數(shù)據(jù)且開啟下一次讀取，

溫濕度數(shù)采集程序如下圖11所示。

圖11溫濕度數(shù)據(jù)采集子程序設(shè)計(jì)流程圖

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4.4顯示屏子程序設(shè)計(jì)

LCD1602顯示屏和STC89C52單片機(jī)是通過并行通信的，STC89C52單片機(jī)通

過操作RS、RW以及E寄存器進(jìn)而驅(qū)動(dòng)LCD1602顯示屏顯示數(shù)據(jù)，首先需要設(shè)置

坐標(biāo)顯示位置，同時(shí)判斷字符是否等于零，如果字符不等于零則調(diào)用字符發(fā)送

函數(shù)，緊接著指針加一即可，如果字符等于零則返回。顯示屏驅(qū)動(dòng)子程序設(shè)計(jì)

流程如圖12所示。

圖12顯示屏子程序設(shè)計(jì)流程圖

5系統(tǒng)調(diào)試與測試

5.1軟件調(diào)試

基于52單片機(jī)無線室內(nèi)環(huán)境檢測控制系統(tǒng)的軟件調(diào)試是在KEIL軟件上進(jìn)

行的，軟件調(diào)試界面如下圖13所示。

圖13軟件調(diào)試界面圖

首先需要利用KEIL軟件的DEBUG功能對(duì)溫濕度采集子程序、煙霧數(shù)據(jù)采集

子程序進(jìn)行調(diào)試，需要驗(yàn)證DHT11溫濕度傳感器和STC89C52單片機(jī)模塊的單總

線通信是否正常，還需要驗(yàn)證溫濕度數(shù)據(jù)采集的延時(shí)函數(shù)是否準(zhǔn)確，最后需要

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湖南商職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

驗(yàn)證STC89C52單片機(jī)模塊能否準(zhǔn)確得到采集的溫度、濕度數(shù)據(jù)。而煙霧數(shù)據(jù)的

采集子程序需要驗(yàn)證采集的煙霧數(shù)據(jù)能否經(jīng)過AD轉(zhuǎn)化，同時(shí)需要驗(yàn)證采集的一

幀煙霧數(shù)據(jù)能否轉(zhuǎn)化完成。通過KEIL軟件的調(diào)試驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)傳感器采集的數(shù)據(jù)

是準(zhǔn)確的。

第二步需要驗(yàn)證LCD1602顯示屏顯示傳感器采集的數(shù)據(jù)和按鍵設(shè)置的閾值

信息是否正確，由于LCD1602顯示屏和STC89C52單片機(jī)模塊是通過并行通信的，

因此需要驗(yàn)證并行通信協(xié)議是否正確。同時(shí)還需要驗(yàn)證STC89C52單片機(jī)是否能

夠準(zhǔn)確操作顯示屏的RS、RW以及E寄存器。通過驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)LCD1602顯示屏的

驅(qū)動(dòng)代碼沒有出現(xiàn)問題。

第三步需要驗(yàn)證蜂鳴器模塊的驅(qū)動(dòng)代碼、LED燈模塊的驅(qū)動(dòng)代碼是否正確，

該模塊的代碼驗(yàn)證較為簡單，只需要驗(yàn)證端口初始化是否正確以及在WHILE循

環(huán)里面是否能穩(wěn)定輸出高低電平即可。通過驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)蜂鳴器模塊可以正常發(fā)

聲，LED燈模塊可以正常點(diǎn)亮。

5.2硬件調(diào)試

基于52單片機(jī)無線室內(nèi)環(huán)境檢測控制系統(tǒng)的硬件調(diào)試需要驗(yàn)證各個(gè)模塊

的電路是否可以穩(wěn)定工作，是否產(chǎn)生短路、斷路等現(xiàn)象。同時(shí)還需要驗(yàn)證STC89C5

2單片機(jī)模塊最小系統(tǒng)板電路是否可以正常工作。通過萬用表、示波器依次檢查

電路中的各個(gè)模塊發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)硬件電路可以正常工作。

5.3實(shí)物測試

實(shí)物測試首先需要對(duì)實(shí)物進(jìn)行上電，實(shí)物上電是通過DC數(shù)據(jù)線完成的，實(shí)

物上電如下圖14所示。

圖14實(shí)物上電圖

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湖南商職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

由圖12所示，LCD1602顯示屏模塊、DHT11溫濕度傳感器模塊、MQ-2煙霧

傳感器模塊、獨(dú)立按鍵模塊、蜂鳴器模塊、LED燈模塊、藍(lán)牙模塊都可以正常工

作。系統(tǒng)可以穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。

6產(chǎn)品使用說明

（1）使用前檢查產(chǎn)品的各個(gè)模塊是否連接好，同時(shí)需要檢查藍(lán)牙模塊和單

片機(jī)是否接線正確。

（2）產(chǎn)品采用DC5V數(shù)據(jù)線供電，因此實(shí)物在上電的時(shí)候需要將數(shù)據(jù)線插

入到DC插座中，切記要插緊。最后打開手機(jī)的藍(lán)牙，搜索藍(lán)牙熱點(diǎn)，藍(lán)牙熱點(diǎn)

搜索成功后輸入配對(duì)密碼進(jìn)行連接，最后打開智能手機(jī)的APP點(diǎn)擊連接藍(lán)牙模

塊就可以看到傳感器采集的數(shù)據(jù)。

（3）產(chǎn)品在使用的過程中需要注意板子的背面不要短路和短路。

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