蓝牙技术应用.docx

基于蓝牙芯片的无线通信模块设计与开发秦琳媛1引言蓝牙技术是一个开放性的、短距离无线通信技术标准，它工作在全球通用的 2.4GHZ ISM频段，采用跳频扩频技术，可以用于近距离通过无线连接的方式实 现固定设备以及移动设备之间的网络互连，在各种数字设备之间实现灵活、安全、 低成本、小功耗的数据和语音通信，实现全方位的数据传输工业现场环境恶劣，有些地方工作人员甚至难以接近，特别是一些工业环境 禁止使用电缆（如超净或真空封闭的房间）或者很难使用电缆来传送数据（如 高速旋转的设备、高空设备、不适于布线的强腐蚀恶劣环境），这时采用蓝牙等 无线通信技术代替电缆来实现现场设备与监控网络间的数据传输就能有效解决 上述问题为此本文针对工业现场设备、接入点、手操器等设计蓝牙无线通信模 块，该模块具有体积小、完全嵌入蓝牙协议、性能可靠和组网灵活等特点验 证了蓝牙技术应用于工业控制系统的可行性3蓝牙模块的硬件设计蓝牙模块的硬件结构框图如图1所示，包括BlueCore2-External（BC212015）蓝牙芯片、SST39VF800 FLASH芯片、FB2520带通滤波器+平衡不 平衡变换器、LTCC陶瓷天线等。

电源由配套主设备引入，经过电源模块电平转 换，为蓝牙主芯片、存储器、带通滤波器和平衡 不平衡转换器等提供所需的+3.3V 和+1.8V电源下面将对各个模块分别介绍3.1 BlueCore2芯片介绍蓝牙模块采用了 BlueCore2-External（BC212015）芯片，BlueCore2 是英 国CSR公司推出的一款工作在2.4GHZ的ISM（工业、科学、医学）频段集成基带和射频的单芯片蓝牙芯片BlueCore2-External芯片的内部结构如图1所示芯片内部主要集成有 32Kbyte片上RAM、DSP、MCU、射频前端以及各种I/O 口各种I/O 口包括 SPI、UART、USB、PIO、PCM、I2C 等接口其中 SPI、UART、USB 接口主要用 来传输数据；I2C总线用于链接EEPROM； PIO接口为可编程接口； PCM接口用 来传输语音；在BlueCore2中UART接口的最大传输数率为1.5Mbps，能够达到 蓝牙标准中规定的723.2kbps的数据传输数率3.2储存电路由于蓝牙芯片并不自带协议栈，需要外拓一块FLASH用来储存协议栈和应 用软件本设 计中选用了 Silicon存储科技公司(SST)的SST39VF系列中的一 款， 闪存型号为SST39VF800O SST39VF800是SST多用途高精度CMOS闪存技 术的成功典范，它采用了分立门电路的元件设计方式和氧化通道喷射技术，使得 其存储可靠性大大提高，工艺和性能都远优于其它竞争对手。

此外SST还专门 为便携式设备进行了 SST39VF800的性能优化，使得它在运行中的能耗更小， 程序执行速度更快，更加适合便携式设备使用根据蓝牙协议栈的大小采用 8Mbit的SST39VF800，读取时间为70ns，工作电压为2.7~3.6V，为了适应工业 现场苛刻的要求选用了支持-20°C~+85°CH业级温度范围的型号3.3带通滤波器+平衡不平衡转换器(Balun)通常射频发射机输出的是TX_A和TX_B两路差分信号，其输出特性是平衡 (对称)的而天线输出的电缆是采用50欧姆的不平衡同轴电缆，同轴电缆 直接与平衡的系统连接时，同轴电缆不单屏蔽层的里面有高频电流，而且屏蔽 层的外面也有高频电流流过，这样就会引起不必要的耦合，造成许多干扰，严重 时甚至使周围的设备不能正常工作所以，有必要在天线和发射机输出端之间接 入平衡-不平衡转换器带通滤波器一般是无源器件它的作用是滤除接收机不需 要的频带内的信号，为低噪声放大器(LNA)提供选择性信号起到减小干扰的作 用本设计中采用了台湾ACX公司的集成带通滤波器+平衡不平衡转换器的器 件FB2520，带通滤波器和平衡-不平衡转换器集成在一起集成度更高有效的减小 了电路板的面积，该器件具有外型小巧，插入损耗低等优点，能够很好的完成平 衡到不平衡端的转换和带通滤波的功能。

3.4电源模块蓝牙模块需要3.3V和1.8V两种电压，其中1.8V是为蓝牙芯片和带通滤波器+平衡不平 衡转换器供电，3.3V是为FLASH芯片和蓝牙芯片的外围I/O脚提供电压由于 从主设备引入的电压为3.3V，所以在蓝牙模块上需要DC-DC芯片实现电压转 换本设计中采用了广泛应用于移动的XC6204B182MR高速LDO转换芯片进 行3.3V到1.8V电压转换，该芯片最大输出电流为150mA，输出电压范围为 1.8V-6V，完全满足蓝牙模块的电源需要基于蓝牙技术的小区供水设备远程监控系统III朱 洁1,茅忠明2时间:2011年05月25日来源：电子技术应用2011年第3期 字体：■ ■ ■关键词:蓝牙技术PLC远程控制物业摘要：介绍了一种远程控制和监视生活供水设备的方法通过PLC模拟量模块实现管路、 压力和流量的测量；PLC数字量模块实现供水设备状态监视、故障和远程启停信号采集借助蓝 牙通信技术实现远程数据信号的交换，使小区物业可在办公室对供水设备远程监控应用计算机 组态软件对现场采集的数据进行分析、处理，同时在显示屏上显示窗口和棒状图形，以及对历史 数据查询和打印关键词：蓝牙技术；PLC;远程控制；物业近年来我国城市发展建设速度加快，小区的规模越来越大，生活供水设备作为物业的重 要组成部分也越来越庞大、分散。

随着最近计算机网络技术的飞速发展，各种自来水管理系统应 运而生图1所示的系统是未来城市自来水管理的一个发展方向，但各小区的生活供水设备管 理水平还相对落后，所以加强对现有生活供水设备的信息化建设与改造具有重要意义M 1窗牙横奥晚件椎图1系统主要功能和特点本文旨在利用计算机信息技术、通信技术和自动控制技术，使得物业公司能在办公室内 对小区生活供水设备的主要运行参数、管网信息及设备运行状况进行动态监测、实时调度和控制， 从而实现自动化信息管理图2为小区生活供水设备远程监控系统的原理图系统具有如下功能 和特点：(1) 可同时监控多个泵房设备的运行情况，可足不出户第一时间巡查水泵设备2) 能显示测量的压力、流量、水泵［1 ］运行数量、水泵运行频率等数据3) 可远程进行数据设置，远程控制设备启停4) 具有各种动态系统图形显示功能，可分区、分段地显示每台水泵工作状态情况，如运行、停止、故障等5) 具有故障报警、故障显示、故障查询功能6) 具有每台设备运行累积时间记录功能7) 所有的记录具有报表功能，可通过Excel表格的形式进行输出、保存，便于通过Office软件进行数据计算处理8) 预留系统网络接口，以便与自来水厂售后服务中心进行远程通信。

ffl1监牙模奥使件挣图2监控系统的硬件构成监控系统的硬件主要由现场监控设备、蓝牙通信模块和上位机及监视软件三部分组成2.1监控设备考虑到系统输入、输出的信号较多，且信号类型复杂，所以本文选用功能强大、性能优 异的西门子S7-300/400系列PLC［2］作为现场监控设备它主要由CPU模块、数字量扩展模块和 模拟量扩展模块［3］组成CPU模块是整个PLC的大脑，它要完成信号采集、数据处理、信号输 出和数据通信等功能它附属的MPI通信口可以直接连接到蓝牙串口适配器，以完成与上位机的 蓝牙通信数字量扩展模块用于输入水泵手/自动状态、运行或停止状态、故障状态和远程启停 指令，并输出相应的开关量信号去完成水泵的启动、停止和故障声光报警等模拟量扩展模块用 于接收管路压力、流量和水位信号，并把经过测量转换后的数据送给CPU模块，以便作进一步运 算和信号远传2.2蓝牙通信模块本案小区物业公司主要坐落于一楼，供水设备一般在地下一层，两者之间若采用有线通 信将需要架设较长的电缆线，而且施工麻烦如果物业公司中途更换办公地点，又需要重新布线 和施工所以本文采用无线蓝牙通信技术，通过无线进行数据传输，避免了架设电缆线的困难。

蓝牙(Bluetooth)［4］是一种短程无线电技术工作在2.4 GHz的ISM频段,该频段在全球 范围内属绿色免费频段，使用该频段无需向无线电资源管理部门申请许可证蓝牙采用了快速跳 频(Frequency Hopping)方式来扩展频谱(Spread Spectrum)，将 2.402 GHz〜2.48 GHz 频段 分成79个频点，相邻频点间隔1 MHz蓝牙设备在某个频点发送数据之后，再跳到另一个频点 发送，而频点的排列顺序则是伪随机的，每秒钟频率改变1 600次，每个频率持续625 uso这 使得蓝牙技术比其他系统如数传电台、无线Modem等都更稳定可靠本文选用西门子S7-300/400系列的PLC蓝牙通信模块FS-BT-MPI［5］，如图3所示，它是由四星电子自主研发生产的工业级蓝牙MPI适配器，实现计算机或触摸屏等装置的RS232 口或 USB 口到西门子S7-300/400系列PLC的MPI 口的蓝牙无线数据通信m1酸牙橙奥硬伴椎图该通信套件可完全替代传统的编程通信接口适配器，如PC/MPI、USB/MPI、PC Adapter 等无需改动原有串口的通信协议和各种编程软件、监控软件等，无需设置，即插即用十分方便， 不失为近距离串口无线通信的最佳选择，特别适合使用在以下场合：（1）移动或旋转的设备之间 的串口通信；（2）河沟对面、公路或铁路对面的设备之间的通信；（3）其他所有不便于敷设电缆 的设备之间的通信。

由于该蓝牙串口产品全部按工业级设计，除全部采用工业级芯片外，在 RS232/RS485/RS422各端口以及电源端口，均设计有浪涌保护或防雷击保护电路对于电源则采 用宽电压输入，不怕电源抖动变化的影响同时输入的电源经内部DC/DC模块隔离后，给电路板 供电，这样输入电源可取自任意设备，而不必担心共地干扰可能引起对设备的损坏每套由 FS-BT-MPI由两只FS-BT-MPI模块组成，一只连接到上位机的RS232 口或USB 口，另一只连接 S7-300/400系列PLC的MPI 口（RS485接口），出厂时已配对设置好只能在配好对的两只 FS-BT-MPI之间建立通信，不同对的蓝牙模块不能混用，各对的通信互不影响，就像汽车的遥控 钥匙只能打开与它配对的汽车一样模块面板上有4个发光二极管指示灯，可以通过该指示灯判 断出模块的工作状态，如表1所示两只模块上分别有三只拨动开关，用于设定蓝牙通信的波特率，如表2所示考虑到本 系统参数的变化不是很快，且需要通信的数据量也不大，所以本文选用的波特率是慢速的19 200 b/s这样既能满足系统的需要，也能获得足够高的通信稳定性和可靠性M 1窗牙横奥晚件椎图2.3上位机及监视软件上位机即是一台PC计算机。

监控软件将现场设备采集的信号以图形及数据的方式在显示 屏上显示出来常见的监控软件有组态王、WebAccess、WinCC等，本文选用组态王6.53版本作 为系统的监控软件3监控系统的软件监控系统的软件主要由PLC程序和上位机组态软件两部分组成3.1 PLC程序该部分程序包括主程序和100 ms定时中断服务程序，如图4所示主程序完成定时器、 蓝牙通信的初始化，然后就等待定时中断的进入每当100 ms时间到后，就进入了服务子程序 首先查询蓝牙通信有无数据输入，如有，则先接收再存储接着判断收到的数据中有无远程（紧 急情况下，在物业办公室）启停泵请求，若有，则先启动或关停相应的水泵，以达到快速调节管 路压力和流量的目的然后计算压力、流量的值，并判断有无故障点，如有，则生成故障号。