單片機(jī)和藍(lán)牙模塊無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1、1.引言藍(lán)牙技術(shù)是近年來發(fā)展迅速的短距離無線通信技術(shù)，可以用來替 代數(shù)字設(shè)備間短距離的有線電纜連接。利用藍(lán)牙技術(shù)構(gòu)建數(shù)據(jù)采集無線傳輸模 塊，與傳統(tǒng)的電線或紅外方式傳輸測控?cái)?shù)據(jù)相比，在測控領(lǐng)域應(yīng)用籃牙技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要有123:1 .采集測控現(xiàn)場數(shù)據(jù)遇到大量的電磁干擾，而藍(lán)牙系統(tǒng)因采用了跳 頻擴(kuò)頻技術(shù)，故可以有效地提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)?安全性和抗干擾能力。2 .無須鋪設(shè)線纜，降低了環(huán)境改造成本，方便了數(shù)據(jù)采集人員的工 作。3 .可以從各個(gè)角度進(jìn)行測控?cái)?shù)據(jù)的傳輸，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)測控儀器設(shè) 備間的連網(wǎng)，便于進(jìn)行集中監(jiān)測與控制。2 .系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理本課題以單片機(jī)和藍(lán)牙模塊 ROK 101 008為主，設(shè)計(jì)了基于藍(lán)牙

2、 無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)，整個(gè)裝置由前端數(shù)據(jù)采集、傳送部分以及末端的數(shù)據(jù) 接受部分組成（如PC機(jī)）。前端數(shù)據(jù)采集部分由位于現(xiàn)場的傳感器、信號放大 電路、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、存儲器、串口通信等構(gòu)成，傳送部分主要利用自帶微 帶天線的藍(lán)牙模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的無線傳輸； 末端通過藍(lán)牙模塊、用口通信傳輸將數(shù) 據(jù)送到上位PC機(jī)進(jìn)一步處理。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖如圖1所示。AT89C51單片機(jī)作為下位機(jī)主機(jī)，傳感器獲得的信號經(jīng)過放大 后送入12位A/D轉(zhuǎn)換器AD574Al彳T A/D轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)查他到RAM 芯片6264中。下位機(jī)可以主動(dòng)地或者在接收上位機(jī)通過藍(lán)牙模塊發(fā)送的傳送數(shù) 據(jù)指令后，將6264中

3、存儲的數(shù)據(jù)按照HCI-RS232傳輸協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)定義、通過 MAX3232s行電平轉(zhuǎn)換后送至藍(lán)牙模塊，由籃牙模塊將數(shù)據(jù)傳送到空間，同時(shí)上 位機(jī)的藍(lán)牙模塊對此數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，再通過MAX323電平轉(zhuǎn)換后傳送至PC機(jī)，從 而完成藍(lán)牙無線數(shù)據(jù)的交換。電源電路信 O前 大 電 路業(yè)轉(zhuǎn)換器下位機(jī)主控器AT89CE1:二敷據(jù)存儲f 擴(kuò)展通信 電平轉(zhuǎn)換藍(lán)牙 模塊1圖1.基于藍(lán)牙無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖3 .數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的下位機(jī)電路設(shè)計(jì)4信號放大電路主要采用高共模抑制比放大電路，它由三個(gè)集成運(yùn) 算放大器組成，本課題選用的集成運(yùn)算放大器 TL082具有高精度、低漂移的特性。AT89C51與A/D轉(zhuǎn)換器AD

4、574破外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲器6264的接口示 意圖如圖2所示。AT89C51®過地址譯碼器74LS13&地址鎖存器74LS373,對 A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行地址選擇。4 一 pa i?0ALEP2.0P2.4PE. 5iP2J而而74LS37374LE373A 網(wǎng) C51IDIQ8DOCIF2.07心型f)KbG2B*RG2A YTCS1WE0EPO.Q-PO. 7AD574A DBO ?mDR4 ?廂HCSA012席-cninaitlab!中國IT實(shí)驗(yàn)室PO. 4-ro. 7AD5MADBi)AO00/1_J7A78QDB4A8 I ?412D?PO.O-PO.7西DRI

5、1CS而如¥()12/8Tinaitlab中國IT實(shí)驗(yàn)室圖2.AT89C51與AD574及外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲器6264的接口示意圖藍(lán)牙模塊與AT89C51串口之間采用藍(lán)牙模塊提供的 RS232傳輸層接口實(shí)現(xiàn)通信，需要外接電路實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，由于藍(lán)牙模塊需3.3V供電，因此這里選用MAX3232E片作電平轉(zhuǎn)換芯片。另外，為了將5V輸入電壓轉(zhuǎn)換為3.3V 電壓，選用電源穩(wěn)壓芯片7301為藍(lán)牙模塊供電。AT89C51®過MAX3232t藍(lán)牙 模塊的接口示意圖如圖3所示。圖3.AT89C51通過MAX323為藍(lán)牙模塊的接口示意圖4 .數(shù)據(jù)采集和藍(lán)牙通信的軟件實(shí)現(xiàn)本課題的軟件主要包括兩部分：

6、數(shù)據(jù)采集和藍(lán)牙通信，采用匯 編語言和C51混合編程。為了保證數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性，數(shù)據(jù)采集部分采用匯編語 言編程，單片機(jī)采用定時(shí)采樣，具體選擇定時(shí)方式2,定時(shí)為100微秒，定時(shí)結(jié)束后，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)采用查詢的方式讀取 AD574Al勺轉(zhuǎn)換結(jié)果，然后將 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存至外擴(kuò)存儲器 6264中。另外，用行口工作在方式1,波特率為 9600bps。藍(lán)牙通信部分采用C51編程，主要實(shí)現(xiàn)利用主機(jī)控制器接口HCI層建立點(diǎn)對點(diǎn)的藍(lán)牙異步無鏈接數(shù)據(jù)傳輸通道，當(dāng)兩個(gè)藍(lán)牙模塊鏈路建立成功后，就可以按照藍(lán)牙規(guī)范規(guī)定的HCI數(shù)據(jù)分組格式收發(fā)數(shù)據(jù)。兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信是通過 HCI分組實(shí)現(xiàn)的，HCI作 為藍(lán)牙

7、軟件協(xié)議堆棧中軟硬件之間的接口 ,為上層提供了訪問和控制藍(lán)牙硬件的 統(tǒng)一接口。HCI是通過分組(Packet)的方式來進(jìn)行信息交換的。HCI分組有三種 類型：指令分組(Command Packet)、事件分組(Event Packet)和數(shù)據(jù)分組(Data Packet) o主機(jī)與藍(lán)牙模塊用指令-應(yīng)答方式進(jìn)行通信，主機(jī)向主機(jī)控制 器發(fā)送指令分組；主機(jī)控制器執(zhí)行某一指令后，大多數(shù)情況下會返回給主機(jī)一個(gè) 指令完成事件分組(Command Complete Event Packet),該分組攜帶有指令完成 的信息。有些分組不會返回指令完成事件，而返回指令狀態(tài)事件分組(CommandStatus Ev

8、ent Packet)用以說明主機(jī)發(fā)出的指令己經(jīng)被主機(jī)控制器接收并開始處 理。如果指令分組的參數(shù)有誤，返回的指令狀態(tài)事件分組就會給出相應(yīng)的錯(cuò)誤代 碼；數(shù)據(jù)分組分為異步無連接(Asynchronous Connectionless, ACL激據(jù)分組和 同步面向連接(Synchronization Connection Oriented, SCO數(shù)據(jù)分組兩種。在 本課題中，僅涉及到數(shù)據(jù)通信，而沒有涉及到語音通信，因此建立的是ACL鏈路。單片機(jī)與藍(lán)牙模塊的軟件接口，就是指單片機(jī)如何通過軟件實(shí)現(xiàn)向藍(lán)牙模塊發(fā)送HCI指令，藍(lán)牙模塊又如何通過軟件向單片機(jī)返回 HCI事件以 及兩者之間如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。單片

9、機(jī)和藍(lán)牙模塊間通信的過程是通過鍵入 HCI 指令，觀察收到的HCI事件。當(dāng)兩個(gè)藍(lán)牙模塊建立鏈路成功后，就可以按照藍(lán)牙規(guī)范規(guī)定的 HCI 數(shù)據(jù)包格式收發(fā)數(shù)據(jù)。在通過藍(lán)牙模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，首先要進(jìn)行藍(lán)牙模塊的初始化和HCI層流控設(shè)置。典型的藍(lán)牙模塊間的 ACL數(shù)據(jù)通信流程有6個(gè)步驟:藍(lán)牙模 塊自身初始化Init Bluetooth( )、HCI流量控制設(shè)置Flow Set()、查詢Inquiry( ) 、 建立連接 Great Connection( ) 、 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信Data_ Transmit(DataLength, HCI_ Number) 和斷開連接Disconnect() 5。初始化

10、程序主要是單片機(jī)對藍(lán)牙發(fā)送一系列命令分組。單片機(jī)每向藍(lán)牙發(fā)送一個(gè)HCI 命令分組就要接收藍(lán)牙返回的事件分組， 判斷命令執(zhí)行的情況。 若返回事件分組不正確就要重新初始化藍(lán)牙， 直到完全正確。 藍(lán)牙設(shè)備在初始化完成之后，通過Set_ Host_ Controller_ To_ Host_ Flow_ Control 指令打開主機(jī)控制器到主機(jī)的流量控制，并通過Host Buffer Size 指令來對流量控制進(jìn)行配置，包括數(shù)據(jù)分組的長度等。此后，主設(shè)備查詢周圍的藍(lán)牙設(shè)備，找到之后即可向其發(fā)出建立連接指令，建立ACL連接。成功建立連接之后就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。通信完成后，主設(shè)備和從設(shè)備都可以發(fā)出斷開連接

11、的命令 Disconnect 。 在上述過程中， 查詢過程不一定存在， 所以這只是一般的流程模型。如果在任何一條指令分組發(fā)出后， 返回錯(cuò)誤的事件分組， 則指令需重發(fā)直到正確為止 5 。本課題中，下、上位機(jī)的藍(lán)牙模塊間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦蛄鞒虉D分別如圖 4、 5 所示。開蛇圖4.點(diǎn)對點(diǎn)藍(lán)牙系統(tǒng)主方程序流程圖開嶺初始化串口初始化藍(lán)牙模決接受主方連接譜求設(shè)置藍(lán)牙根提波恃率波特率但看是否成功給束荏制時(shí)前收到主力 請求連接事件china itlab 中國IT實(shí)驗(yàn)室是否成功建立磨牙ACL鏈路？隨著數(shù)據(jù)采集技術(shù)的不斷發(fā)展，將藍(lán)牙技術(shù)與數(shù)據(jù)采集技術(shù)相結(jié)體積小、功耗低、抗干擾能合構(gòu)建出的數(shù)據(jù)采集藍(lán)牙無線傳輸系統(tǒng)具有性能高 力強(qiáng)、數(shù)據(jù)傳輸速度快、安裝維護(hù)方便5 .結(jié)論適用于移動(dòng)設(shè)備和便攜設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)。本課題所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集藍(lán)牙無線傳輸模塊， 有效的實(shí)現(xiàn)了對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和短距離內(nèi)數(shù)據(jù)的無線傳輸， 對于類似的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有很好的借鑒意義。本文作者創(chuàng)新點(diǎn) : 基于藍(lán)牙技術(shù)的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以在短距離內(nèi)用無線接口來代替有線連接，這對于需要采集大量數(shù)