基于蓝牙技术在检测与传感器实验台中的数据无线传输
摘 要 针对检测与传感器实验台中数据采集通信中存在的问题，提出利用无线蓝牙技术，设计数据采集蓝牙无线传输模块。该模块主要应用C8051F020单片机良好的性能和蓝牙技术的优点，采用C8051F020作为数据采集无线传输模块的数据采集器，实现多路信号的通道选择、A/D转换、D/A转换、数据存储，同时将蓝牙模块BTM4504C1H作为数据采集无线传输模块的无线数据收发器。应用结果表明该方法是正确有效的。
关键词 蓝牙；数据采集；无线传输模块；通讯
1 硬件原理结构
由于蓝牙技术具有体积小、功耗低、抗干扰强等突出的优点，另外，随着微电子技术的发展，数据采集芯片的集成度和性能都在不断提高，因此，将蓝牙技术与数据采集技术相结合构建出的数据采集蓝牙无线传输模块具有性能高、体积小、功耗低、抗干扰强、安装维护方便等优点。结合检测与传感器实验台的应用特点——检测信号多、传感器多、测量复杂等。利用蓝牙模块作为实现无线通信的手段，可以在很大程度上降低由于蓝牙协议的复杂性所带来的开发上的困难，从而在有限时间内实现数据采集。C8051F020单片机是由新华龙公司生产的C51系列中应用较广泛的一款，其特点是：高速流水线结构的8051；兼容的CIP-51内核（25MIPS）；全速、非侵入式的系统调试接口；64K可编程的FLASH存储器；4352（4K+256）字节的片内RAM；可寻址64KB地址空间的外部数据存储器接口；还具有硬件实现的SPI、MBUS/I2C和2个UART串口接口；5个通用的16位定时器；片内看门狗定时器等。基于C8051F020单片机良好的性能和蓝牙技术的优点，采用C8051F020作为数据采集无线传输模块的数据采集器，实现多路信号的通道选择、A/D转换、D/A转换、数据存储。
采用蓝牙模块BTM4504C1H作为数据采集无线传输模块的无线数据收发器，按照蓝牙HCI通信协议，以HCI数据分组的形式实现数据的无线收发。只需2节电池供电就可以输出3.3V和5V电压的电源管理模块MAX756和输出-5V电压的芯片ICL7660。为了扩大输入信号的范围，增加双极性信号到单极性信号的极性转换电路。因此，信号调理电路中除了实现信号放大、滤波、隔离外，还可以实现信号的极性转换。在加载程序时还需要RS232接口电路（MAX3232电平转换作用）。所以数据采集蓝牙无线传输模块有电源适配器和电池2种供电模式，当采用电池供电时，此数据采集无线传输模块可成为便携式设备[1]。数据采集无线传输模块硬件原理如图1所示。
2 控制装置软件实现
本系统应用工业现场常用的RS232接口，因此，在蓝牙主机（即系统中的单片机）和蓝牙主控制器之间采用的物理总线接口为RS232。主机和主控制器将通过该接口传送蓝牙HCI信息流。HCI-RS232传输层可发出6种HCI分组：指令分组、事件分组以及数据分组（ACL异步无连接数据分组和SCO同步面向链接数据分组），另外还包括错误消息分组和协商分组。为区分分组类型，在RS232传输分组帧中加上了分组类型指示。当每次传送1个以上HCI分组，用以区分分组类型的分组指示器会在8位的序列号上加1。
在RS232链路上发送任何字节之前，应当在主控制器和主机之间对波特率、齐偶校验值类型、终止位和协议模式进行协商（由协商分组完成）。传送协商分组时，必须遵循协商协议，设置好通信的蓝牙设备双方的参数值。发送端的软件主要是在单片机上编程实现HCI-RS232传输层的通讯，单片机主要基于C51编程，实现对前端来自传感器设备数据进行HCI-RS232信息格式的打包，然后通过传输层接口RS232实现和蓝牙模块之间数据传递。程序要求对蓝牙模块初始化、复位和链接等。数据接收时在PC机上实现，程序主要是调用HCI模块。HCI模块依据协议规定，完成协议功能，封装HCI命令以及上层协议的数据，处理下层事件。本处数据收发模块主要调用WINDOWS提供的API函数实现RS232数据的接收。HCI命令事件处理模块完成命令的封装和事件的解析，当接收函数收到HCI事件时，调用HCI事件处理模块的事件处理函数，处理完成后依据事件的性质，将响应传到上层[2]。
数据采集蓝牙无线传输模块实现了对现场数据的采集和短距离内数据的无线传输。该模块与数据分析软件相结合，已完成数据采集蓝牙无线传输系统软件和硬件的设计、调试工作。实验结果表明该模块可以实现8通道不同模式（连续模式、点检模式等）数据采集、2路PID控制等功能，数据采集速率最高可达150kHz，数据传输速率最高可达721kb/s，功耗约为1W。
数据采集蓝牙无线传输模块在检测与传感器实验台中的应用效果较好，对采集參数的接收和数据的发送反应灵敏，初步证明利用蓝牙技术作为无线通信手段构建无线数据传输模块是可行的，同时由于蓝牙技术是较新的无线通信技术和本人在知识面和时间上的局限性，因而此数据采集蓝牙无线传输模块还存在许多问题有待改进，通过改进，数据采集蓝牙无线传输模块将具有更强的实用性。
参考文献
[1] 唐震洲，张朝阳.基于UART传输层的蓝牙主机控制接口（HCI）的实现[J].无线通信技术，2013，（3）：1-5.
[2] 路佳炜.蓝牙主控制器接口简析[J].半导体技术，2016，（3）：54-57.