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

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1、1．引言??????藍牙技術(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數(shù)據(jù)相比，在測控領(lǐng)域應(yīng)用籃牙技術(shù)的優(yōu)點主要有[1][2][3]：?????1.采集測控現(xiàn)場數(shù)據(jù)遇到大量的電磁干擾，而藍牙系統(tǒng)因采用了跳頻擴頻技術(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.可以從各個角度進行測控數(shù)據(jù)的傳輸，可以實現(xiàn)多個測控儀器設(shè)備間的連網(wǎng)，便于進

2、行集中監(jiān)測與控制。??????2．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理??????本課題以單片機和藍牙模塊ROK101008為主，設(shè)計了基于藍牙無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)，整個裝置由前端數(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）。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、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牙模塊進行數(shù)據(jù)的無線傳輸；末端通過藍牙模塊、串口通信傳輸將數(shù)據(jù)送到上位PC機進一步處理。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖如圖1所示。???????AT89C51單片機作為下位機主機，傳感器獲得的信號經(jīng)過

3、放大后送入12位A/D轉(zhuǎn)換器AD574A進行A/D轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存儲到RAM芯片6264中。下位機可以主動地或者在接收上位機通過藍牙模塊發(fā)送的傳送數(shù)據(jù)指令后，將6264中存儲的數(shù)據(jù)按照HCI-RS232傳輸協(xié)議進行數(shù)據(jù)定義，通過MAX3232進行電平轉(zhuǎn)換后送至藍牙模塊，由籃牙模塊將數(shù)據(jù)傳送到空間，同時上位機的藍牙模塊對此數(shù)據(jù)進行接收,再通過MAX3232電平轉(zhuǎn)換后傳送至PC機，從而完成藍牙無線數(shù)據(jù)的交換。圖1.基于藍牙無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖?????3．?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)的下位機電路設(shè)計[4]??????信號放大

4、電路主要采用高共模抑制比放大電路，它由三個集成運算放大器組成，本課題選用的集成運算放大器TL082具有高精度、低漂移的特性。??????AT89C51與A/D轉(zhuǎn)換器AD574A及外擴數(shù)據(jù)存儲器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A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)存儲器進行地址選擇。圖2.AT89C51與AD574及外擴數(shù)據(jù)存儲器6264的接口示意圖???????藍牙模塊與AT89C51串口之間采用藍牙模塊提供的RS232傳輸層接口實現(xiàn)通信，需要外接電路實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，由于藍牙模

5、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3.3V電壓，選用電源穩(wěn)壓芯片7301為藍牙模塊供電。AT89C51通過MAX3232與藍牙模塊的接口示意圖如圖3所示。圖3.AT89C51通過MAX3232與藍牙模塊的接口示意圖??????4.數(shù)據(jù)采集和藍牙通信的軟件實現(xiàn)???????本課題的軟件主要包括兩部分：數(shù)據(jù)采集和藍牙通信，采用匯編語言和C51混合編程。為了保證數(shù)據(jù)采集的實時性，數(shù)據(jù)采集部分采用匯編語言編程，單片機采用定時采樣，具體選擇定時方式2，定時為100微秒，定時結(jié)束

6、后，進行A/D轉(zhuǎn)換，單片機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)存至外擴存儲器6264中。另外，串行口工作在方式1，波特率為9600bps。藍牙通信部分采用C51編程，主要實現(xiàn)利用主機控制器接口HCI層建立點對點的藍牙異步無鏈接數(shù)據(jù)傳輸通道，當(dāng)兩個藍牙模塊鏈路建立成功后，就可以按照藍牙規(guī)范規(guī)定的HCI數(shù)據(jù)分組格式收發(fā)數(shù)據(jù)。???????兩個藍牙設(shè)備間進行數(shù)據(jù)通信是通過HCI分組實現(xiàn)的，HCI作為藍牙軟件協(xié)議堆棧中軟硬件之間的接口，為上層提供了訪問和控制藍牙硬件的統(tǒng)一接口。HCI是通過分組(Packet)的

7、方式來進行信息交換的。HCI分組有三種類型:指令分組(CommandPacket)、事件分組(EventPacket)和數(shù)據(jù)分組(DataPacket)。???????主機與藍牙模塊用指令--應(yīng)答方式進行通信，主機向主機控制器發(fā)送指令分組；主機控制器執(zhí)行某一指令后，大多數(shù)情況下會返回給主機一個指令完成事件分組(CommandCompleteEventPacket)，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(CommandStatusEventPacket)用以說明主機發(fā)出的指令己經(jīng)被主機

8、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)的錯誤代碼；數(shù)據(jù)分組分為異步無連接(AsynchronousConnectionless,ACL)數(shù)據(jù)分組和同步面向連接(SynchronizationConnectionOriented,SCO