摘要:一種基于嵌入式的藍(lán)牙數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將藍(lán)牙無(wú)線通信技術(shù)和數(shù)據(jù)采集技術(shù)相結(jié)合，針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，繁雜的線纜、事故隱患的發(fā)生，存在著線纜無(wú)法完成任務(wù)的情況下，構(gòu)建了以ARM處理器LPC2142和藍(lán)牙芯片Rok101008的無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)與其它數(shù)據(jù)采集器最大的差別在于實(shí)現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，集成化、抗干擾，移動(dòng)性更強(qiáng)，具有較強(qiáng)的實(shí)用性，能廣泛應(yīng)用在環(huán)境復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。

關(guān)鍵詞:嵌入式系統(tǒng)藍(lán)牙技術(shù)數(shù)據(jù)采集

0 引言

藍(lán)牙技術(shù)是近些年來(lái)發(fā)展迅速的短距離無(wú)線通信技術(shù)，數(shù)據(jù)采集是以傳感器技術(shù)、信號(hào)檢測(cè)與處理、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)為基礎(chǔ)而形成的一門(mén)綜合應(yīng)用技術(shù)?，F(xiàn)代工業(yè)控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已從傳統(tǒng)電路、微機(jī)模式走進(jìn)嵌入式的系統(tǒng)模式，嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)數(shù)據(jù)控制和采集傳輸系統(tǒng)中有著不可替代的作用。針對(duì)目前工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，繁雜的線纜給工作帶來(lái)不便，甚至是事故發(fā)生的隱患，同時(shí)存在著線纜無(wú)法完成的任務(wù)。利用藍(lán)牙技術(shù)和嵌入式數(shù)據(jù)采集技術(shù)研構(gòu)建的無(wú)線數(shù)據(jù)采集模塊，可以減少系統(tǒng)間的電纜連接，具有攜帶方便、可靠性高、易擴(kuò)展、功能強(qiáng)、應(yīng)用靈活等優(yōu)點(diǎn)。

1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1.1 數(shù)據(jù)采集模塊方案 數(shù)據(jù)采集模塊的總體方案是通過(guò)ARM微處理器上的藍(lán)牙芯片發(fā)送采樣頻率、采樣信息給數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊接收指令信息，采集數(shù)據(jù)并以無(wú)線方式傳輸給PC機(jī)，PC機(jī)接收數(shù)據(jù)后顯示，并進(jìn)行各種處理。藍(lán)牙無(wú)線數(shù)據(jù)采集模塊是無(wú)線數(shù)據(jù)采集的重要組成部分，該模塊由數(shù)據(jù)采集單元、無(wú)線傳輸單元、終端接受單元、電源管理單元四大部分構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集模塊由電池電源供電，安裝在現(xiàn)場(chǎng)，可脫離系統(tǒng)按指令自動(dòng)完成數(shù)據(jù)的采集。輸入信號(hào)是傳感器放大器送來(lái)的模擬信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路后送入數(shù)據(jù)采集芯片TLC2543，然后再傳送到ARM微處理器LPC2142，最后ARM處理器通過(guò)串口和藍(lán)牙芯片Rok101008連接，從而使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線傳輸?shù)絇C處理器。

1.2 數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)采集硬件主要涉及到的就是ARM微處理器和A/D轉(zhuǎn)換器的接口以及藍(lán)牙和ARM微處理器的接口，其中主要元器件的選擇有兩個(gè):一是嵌入式的處理器芯片，另一個(gè)是無(wú)線傳輸模塊。下面是數(shù)據(jù)采集模塊的硬件原理框圖。(如圖1)

LPC2142是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的32/16 位ARM7TDMI-SCPU的微控制器，并帶有32kB和512kB 嵌入式Flash存儲(chǔ)器。由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口(從USB2.0全速器件、多個(gè)UART、SPI、SSP到I2C總線)和8KB-40kB的片內(nèi)SRAM，它們也適合通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、軟modem、語(yǔ)音識(shí)別、低端成像，為這些應(yīng)用提供大規(guī)模的緩沖區(qū)和處理功能。多個(gè)32位定時(shí)器、1個(gè)或2個(gè)10位ADC、10位DAC、45個(gè)高速GPIO以及多達(dá)9個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷管腳，使它們特別適用于工業(yè)控制系統(tǒng)，而本模塊解決工業(yè)控制中一些相關(guān)數(shù)據(jù)采集及處理問(wèn)題，故選擇該款芯片。

藍(lán)牙是無(wú)線數(shù)據(jù)和語(yǔ)音傳輸?shù)拈_(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn)。它將各種通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)及其終端設(shè)備、各種數(shù)字系統(tǒng)，采用無(wú)線方式連接起來(lái)。為了優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我們選用的藍(lán)牙模塊是Ericsson公司的ROK101008藍(lán)牙模塊。ROK101008模塊是一種實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙功能的短距離通信模塊。它包含三個(gè)主要的部分:基帶控制器、Flash和射頻部分，工作在全球通用2.4GHz～2.480GHz的ISM頻段的射頻模塊。系統(tǒng)可以提供無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)UART接口，支持多種波特率(如9.6 kbps、19.2 kbps、38.4 kbps、57.6kbps、115.2 1kbps、230.4 kbps、460.8 kbps)。本系統(tǒng)經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)速率為57.6 kbps時(shí)，藍(lán)牙芯片能夠正常工作。

藍(lán)牙射頻用來(lái)實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙設(shè)備之間的無(wú)線傳輸，具體要完成頻率的合成，基帶模塊的數(shù)據(jù)信號(hào)到無(wú)線電信號(hào)的轉(zhuǎn)換過(guò)濾，并負(fù)責(zé)將無(wú)線電信號(hào)以一定的功率和跳頻頻率發(fā)送出去，該模塊同時(shí)支持?jǐn)?shù)據(jù)和語(yǔ)音傳輸。ROK101008的設(shè)計(jì)符合藍(lán)牙規(guī)范1.0B，通信距離大約為10m左右，支持UART、PCM和I2C三種接口形式，工作電壓Vcc的典型值為3.3V，采用內(nèi)部晶振和時(shí)鐘，外形尺寸為33×17×3mm。本系統(tǒng)中藍(lán)牙模塊接口電路如圖2所示。

2 數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

由于μC/OS-Ⅱ采用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言，其中絕大部分用C語(yǔ)言，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)潔，同時(shí)μC/OS-Ⅱ是一個(gè)基于搶占式的實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，可固化、可剪裁、具有高穩(wěn)定性和可靠性，除此以外，μC/OS-Ⅱ的鮮明特點(diǎn)就是源碼公開(kāi)，便于移植和維護(hù)，其內(nèi)核提供任務(wù)調(diào)度與管理、時(shí)間管理、任務(wù)間同步與通信、內(nèi)存管理和中斷服務(wù)等功能。

μC/OS-Ⅱ具有執(zhí)行效率高、占用空間小、實(shí)時(shí)性能優(yōu)良和可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，最小內(nèi)核可編譯至2KB。μC/OS-Ⅱ很適合小型控制系統(tǒng)，非常適合嵌入式技術(shù)者使用，故我們采用該系統(tǒng)。

藍(lán)牙無(wú)線數(shù)據(jù)采集模塊的軟件主要包括兩大部分:數(shù)據(jù)采集和藍(lán)牙通信。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC2453與ARM微處理器LPC2142接口子程序流程圖，該程序主要功能是ARM微處理器LPC2142控制數(shù)據(jù)采集器，對(duì)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理。

軟件平臺(tái)μC/OS-Ⅱ主要采用標(biāo)準(zhǔn)的ANSI C語(yǔ)言編寫(xiě)，與藍(lán)牙硬件有關(guān)部分使用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，其中藍(lán)牙通信流程有以下幾個(gè)功能步驟:藍(lán)牙模塊自身初始化端口、初始化藍(lán)牙硬件、HCI流量控制設(shè)置、查詢(xún)、建立連接、進(jìn)行ACL(Asynchronous ConnectionLess)數(shù)據(jù)傳輸和斷開(kāi)連接等。其軟件流程圖如圖3所示。使用嵌入式操作系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)用軟件只與上層代碼有關(guān)，與處理器無(wú)關(guān)，在移植時(shí)只需與硬件相關(guān)的底層函數(shù)進(jìn)行修改。因此系統(tǒng)的可移植性和穩(wěn)定性得到良好的保障。

3 小結(jié)

嵌入式系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿κ蛊涑蔀?1世紀(jì)的應(yīng)用熱點(diǎn)，它的發(fā)展為傳統(tǒng)的測(cè)量和控制系統(tǒng)注入了新的活力。

本系統(tǒng)通過(guò)對(duì)硬件和軟件的應(yīng)用調(diào)試，成功的實(shí)現(xiàn)了藍(lán)牙數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計(jì)。該數(shù)據(jù)采集器能夠精確可以實(shí)現(xiàn)8路不同模式(連續(xù)模式、點(diǎn)檢模式等)數(shù)據(jù)采集并通過(guò)藍(lán)牙把數(shù)據(jù)無(wú)線傳送給上位機(jī)，其采集速率最高可達(dá)150kHz，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)460kbps。該系統(tǒng)與其它數(shù)據(jù)采集器最大的差別在于實(shí)現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，并且使數(shù)據(jù)采集器的電路結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單、集成化、抗干擾更強(qiáng)，且比傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器移動(dòng)性強(qiáng)，具有較強(qiáng)的實(shí)用性，能廣泛應(yīng)用在環(huán)境復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，可以替代傳統(tǒng)的有線電纜，有著廣泛地應(yīng)用前景。

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