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

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案精彩文檔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(cè)控?cái)?shù)據(jù)相比，在測(cè)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(cè)控現(xiàn)場(chǎng)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)陌踩院涂垢蓴_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(cè)控?cái)?shù)據(jù)的傳輸， 可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)測(cè)控儀器設(shè)備間的連 網(wǎng)，便于進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)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)

2、計(jì)了基于藍(lán)牙無線傳輸 的數(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(chǎng)的傳感器、信號(hào)放大電路、A/D 轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、存儲(chǔ)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、串口通信傳輸將數(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(hào)經(jīng)過放大后送入12實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案精彩文檔位 A/D 轉(zhuǎn)換器 AD574A 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到 RAM 芯片實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案精彩文檔6264 中。下位機(jī)可以主

3、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 中存儲(chǔ)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 MAX3232 進(jìn)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(duì)此數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，再通過 MAX3232 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。電源電賂圖 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(hào)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。信號(hào)卡1*轉(zhuǎn)1 大換電路器傳感器下位機(jī)主控器A

4、T89C5I晶振電路實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案精彩文檔AT89C51 與 A/D 轉(zhuǎn)換器 AD574A 及外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 6264 的接口示意圖 如圖 2所示。AT89C51 通過地址譯碼器 74LS138、地址鎖存器 74LS373，對(duì) A/D 轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行地址選擇。實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案精彩文檔圖 2.AT89C51 與 AD574 及外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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MAX3232 芯片作電平轉(zhuǎn)換芯片。另外，為了將 5V 輸入電壓轉(zhuǎn)換為

5、3.3V 電 壓，選用ALEP2,0p7413336 AHG2AA8A12DtlUi2/ei- 二xninaitlab中國IT實(shí)驗(yàn)室FD. 4 - FO.tAD571A626474157 3iBOD7BR48DPO.O-PO. 7M0CCS1WEL 狀實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案精彩文檔電源穩(wěn)壓芯片 7301 為藍(lán)牙模塊供電。AT89C51 通過 MAX3232 與藍(lán) 牙模塊的接口示意圖如圖 3 所示。圖 3.AT89C51 通過 MAX3232 與藍(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：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，

6、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 AD574A 的轉(zhuǎn)換結(jié)果，然后將轉(zhuǎn)換后的 數(shù)據(jù)存至外擴(kuò)存儲(chǔ)器 6264 中。另外，串行口工作在方式 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(duì)點(diǎn) 的藍(lán)牙異步無數(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)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

7、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實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案精彩文檔Packet)、事件分組(Event Packet)和數(shù)據(jù)分組(Data Packet)。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(huì)返回給主機(jī)一個(gè)指令完成事 件分組(Comma nd Complete Eve nt Packet)，該分組攜帶有指令完成的信息。有些分組不會(huì)返回指令完成事件，而返回指令狀態(tài)事件分組(Comma nd StatusEve nt Packet)用以說

8、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(huì)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)數(shù)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。單片機(jī)和藍(lán)牙模塊間通信的過程

9、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)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(Data Length, HCI_ Number)和斷開連接 Disconnect() 5。實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案精彩文檔初始

10、化程序主要是單片機(jī)對(duì)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(duì)流量控制進(jìn)行配 置，包括數(shù)據(jù)分組的長(zhǎng)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

11、都可以發(fā)出斷開連接的命令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。實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案精彩文檔圖 4.點(diǎn)對(duì)點(diǎn)藍(lán)牙系統(tǒng)主方程序流程圖實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案精彩文檔5 .結(jié)論圖 5.點(diǎn)對(duì)點(diǎn)藍(lán)牙系統(tǒng)從方程序流程圖實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案精彩文檔隨著數(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)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、體積小、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、數(shù) 據(jù)傳輸速度快、安裝維護(hù)方便適用于移動(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(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和短距離數(shù)據(jù)的無線傳輸，對(duì)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