內(nèi)蒙古民族大學 王海珍

嵌入式工業(yè)控制系統(tǒng)中的藍牙通信技術(shù)應(yīng)用分析

內(nèi)蒙古民族大學 王海珍

傳統(tǒng)的工業(yè)控制系統(tǒng)已經(jīng)滿足不了現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的功能需求，由于DCS以及PLC設(shè)備的成本比較高，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性比較差，所以藍牙技術(shù)成了系統(tǒng)開發(fā)的首要選擇。本文首先對藍牙技術(shù)進行了簡要概述，在其基礎(chǔ)上論述了該項技術(shù)在嵌入式工業(yè)控制系統(tǒng)中硬件設(shè)計的應(yīng)用。實踐證明，該項技術(shù)的應(yīng)用不僅降低了系統(tǒng)開發(fā)成本，而且在一定程度上降低了系統(tǒng)設(shè)計難度。

嵌入式工業(yè)控制系統(tǒng)；藍牙通信技術(shù)；應(yīng)用

目前，大部分企業(yè)在發(fā)展中面臨一個重大困難就是在工業(yè)現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)并對其進行實時處理，為了解決這一問題，數(shù)字儀表使用的相對要多一些，但是該設(shè)備生產(chǎn)的廠家比較多，很多機型擴展能力不是很強，并且兼容性也不是很好[1]。藍牙內(nèi)部的結(jié)構(gòu)采用的是分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且運用了短包技術(shù)以及快跳頻技術(shù)，符合當前工業(yè)控制系統(tǒng)開發(fā)要求，本文主要對其應(yīng)用展開論述。

1 藍牙技術(shù)概述

藍牙實際上就是一種無線電技術(shù)，主要用來實現(xiàn)一些距離較小的設(shè)備之間的實時通信。其中設(shè)備指的是筆記本電腦、PDA、智能電話、無線耳機以及一些相關(guān)設(shè)備[2]。通過使用藍牙技術(shù)可以使得移動通信終端設(shè)備與設(shè)備之間的通信不再那么繁瑣，其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)采用的是分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)一點對多點實時通信，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)一點對多點的實時通信，其工作頻段為2.4GHz，對應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mbps[3]。目前，藍牙技術(shù)在通信領(lǐng)域發(fā)展當中起到了不可或缺的作用。

2 藍牙通信技術(shù)在嵌入式工業(yè)控制系統(tǒng)中硬件設(shè)計的應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計

本系統(tǒng)的硬件設(shè)計選用的核心控制器為ARM9，并且將S3C2440處理器作為CPU，該處理器不僅功耗低，而且性能較高，符合系統(tǒng)功能需求，其運行頻率在400MHz左右，最高頻率為533MHz。ARM9核心處理器集成的功能比較多，主要包括：Nand Flash以及NOR Flash兩種存儲系統(tǒng)，前者占內(nèi)存大小為256M，使用的不是地址線，而是數(shù)據(jù)總線，對應(yīng)的參數(shù)為8-bit，通過專用接口與CPU相連，從而起到一定的存儲作用；后者自身的大小是2Mbyte，該存儲系統(tǒng)想要與CPU相連，不僅需要使用16條數(shù)據(jù)總線，同時還需要使用22條地址總線。在ARM9的底板中含有的資源不只一種，主要包括：觸摸屏與LCD顯示屏，該資源有助于用戶實現(xiàn)人機交互平臺的構(gòu)建；這種底板除了普通的標準接口以外，還有SPI系統(tǒng)總線接口以及GPIO系統(tǒng)總線接口等。由于ARM9控制器自身的資源比較豐富，并且具有較強的擴展性，所以有助于系統(tǒng)的硬件平臺開發(fā)，使得該平臺的開發(fā)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝Щ⒈憬莼?。接下來本文將對藍牙數(shù)據(jù)實時通信進行相應(yīng)設(shè)計。

2.2 藍牙數(shù)據(jù)實時通信設(shè)計

傳統(tǒng)的工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采用的都是有線通信方式，例如RS232通信或者RS485通信。如果選用這些方式來進行數(shù)據(jù)的傳輸不僅需要消耗大量的電纜，增加了成本，而且操作起來也不具有靈活性，不僅如此，也加大了后期維護工作量。目前，無線通信技術(shù)發(fā)展較快，其中一種新型技術(shù)不僅成本低，而且具有較高的傳輸速率，可以在干擾比較嚴重的環(huán)境中正常運行，除此之外，還具有組網(wǎng)靈活的特性，該項技術(shù)就是藍牙技術(shù)。雖然傳輸距離不是很遠，在實際應(yīng)用當中受到了一定限制，經(jīng)過添加射頻前端功放以后，其傳輸距離有所增加，在100米范圍內(nèi)傳輸效果都非常好，所以可以利用這種技術(shù)來實現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸，使其取代傳統(tǒng)的有線傳輸方式。本文在建立藍牙數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)時，選取ARM9作為核心控制器，另外該系統(tǒng)的主要組成部分還包括藍牙通信鏈路以及智能節(jié)點。為了實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸，不僅要在ARM核心控制器中安裝藍牙模塊，而且在8051單片機中也要安裝藍牙模塊，需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過單片機節(jié)點進行A/D轉(zhuǎn)換處理以后，經(jīng)過藍牙無線鏈路最終達到ARM主控制器完成相應(yīng)處理。如圖1所示為藍牙傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖1 藍牙傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

其中嵌入式藍牙模塊選用的是DFBM-CS120，其傳輸速率最高為721kb/s，可以支持7種工作模式，不僅可以輸出射頻信號，而且還具有全雙工UART接口，該接口主要包括CTS、RTS、RXD以及TXD，其接收器與發(fā)射器具有相同的功能，均可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并轉(zhuǎn)串功能或者串轉(zhuǎn)并功能，從主機的角度對其進行分析，可以將UART看作是一個8位的輸入端口與輸出端口，主要用來實現(xiàn)主機的讀寫操作。由于該端口采用的是TTL電平，所以不需要借助其他器件來調(diào)整電壓，只需將藍牙模塊直接與相應(yīng)端口進行連接即可，不僅降低了系統(tǒng)開發(fā)成本，而且還降低了設(shè)計的難度，通過UART發(fā)送AT命令給藍牙模塊完成實時監(jiān)控，同時利用天線射頻信號來完成數(shù)據(jù)的傳輸。

3 總結(jié)

在通信技術(shù)快速發(fā)展的時代背景下，藍牙通信技術(shù)逐漸融入到人們的日常生活當中。為了提高嵌入式控制系統(tǒng)的通信效果，本文將藍牙通信技術(shù)應(yīng)用到了該控制系統(tǒng)的開發(fā)中，在對系統(tǒng)總體硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，主要對藍牙數(shù)據(jù)實時通信部分進行了詳細設(shè)計。實踐證明，該項技術(shù)的應(yīng)用不僅降低了系統(tǒng)開發(fā)成本，而且在一定程度上降低了系統(tǒng)設(shè)計難度。

[1]陳曦,徐鵬,許曉蕾.基于藍牙通信技術(shù)的嵌入式工業(yè)控制系統(tǒng)的開發(fā)[J].儀表技術(shù)與傳感器,2015(1):74-76.

[2]王鑫南.基于嵌入式平臺的藍牙通信模塊研究[J].工業(yè)控制計算機,2015(8):135-136.

[3]吳昊堃.無線藍牙嵌入式系統(tǒng)在車輛檢修單車試風系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].科技廣場,2015(4):241-244.