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标题: 基于ARM7的蓝牙接入点的设计与应用 [打印本页]

作者: liyf 时间: 2012-1-16 18:47
标题: 基于ARM7的蓝牙接入点的设计与应用

　　摘要：近几年来，在工业现场上越来越多的使用了蓝牙技术。蓝牙技术在工业上的应用大概可以分为代替串行线缆、结合蓝牙和互联网技术、工业接入点、无线传感器和起动器四个方面。本文着重介绍了蓝牙接入点的硬件系统结构和软件流程，并针对在工业现场上使用蓝牙接入点将阀门、流量计、温度变送器等几个蓝牙设备连接到工业以太网中，实现了带蓝牙通信模块的工业设备和现有的有线网络的通信。
　　1引言
　　在工业现场中，由于有些环境比较恶劣，布线不方便等因素可以采用蓝牙无线通信技术来实现数据的通信。同时，工业现场中有很多以不同方式互连的设备，其中包括非智能化简单数据连接单元 (I/O)、智能化设备 (比如智能传感器、单回路控制器和 PLC)和监控系统 (作为 HMI使用，用于数据记录和监控 )等。这些设备大都是以各种不同的通信协议和媒介来互连的，其中有些就可以用蓝牙无线技术代替。本文以 AT91R40008为例，结合 BCM04蓝牙模块开发了基于蓝牙通信的工业接入点，组建了基于蓝牙通信的阀门、流量计、温度变送器测试系统，实现了带有蓝牙通信模块的工业设备和现有的有线网路的通信。

???? ?2蓝牙技术简介
　　蓝牙（bluetooth）是一种短距的无线通讯技术，电子装置彼此可以透过蓝牙模块而连接起来，省去了传统的电线。透过芯片上的无线接收器，配有蓝牙技术的电子产品能够在十公尺的距离内彼此相通，传输速度可以达到每秒钟 1兆字节。同时，蓝牙支持设备短距离通信（一般是 10m之内）。能在包括移动电话、 PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。蓝牙的标准是 IEEE802.15，工作在 2.4GHz频带，带宽为 1Mb/s。
　　蓝牙技术在工业现场上的应用大致可以分为四个方面：
　　(1) 代替串行线缆。无线蓝牙连接可以代替当前的串行线缆。
　　(2) 结合蓝牙和互联网技术。利用蓝牙带来的 CPU处理能力，给设备添加更多功能，如内置的 WEB用户接口。
　　(3) 工业接入点。通过接入点将数个蓝牙设备连接到传统的有线网络中，比如 IP网络(如以太网)或者工业现场总线网络(如 Controlnet和 Profibus等)。
　　(4) 无线传感器和起动器。利用蓝牙来将与物理制程关系昀密切的设备 (传感器、起动器和简单的模拟 /数字 IO设备)连接到监控系统。
　　3 蓝牙接入点的系统设计
　　在工业现场中使用无线通信技术。这就要求工业设备使用蓝牙功能，并能和现有的以太网或者工业现场总线网络相连。在这里，蓝牙接入点就好像一个“电话交换机”，通过以太网供电设备和上位机进行通信，以及通过无线方式和工业现场设备进行数据交换，实现上位机对现场设备的数据采集、监测和控制。本文将蓝牙接入点的系统设计分为硬件体系结构和软件设计两个部分。下面将对这两部分进行具体说明。
　　3.1 硬件体系结构
　　该蓝牙接入点包含了微处理器（ AT91R40008）、存储器、蓝牙通信模块、网络通信接口、串口通信等重要组成部分。在该设计中，电源使用了以太网供电设备，该设备除了用于网口通信，还提供设计中所需要的电源。该电源经过电平转换，为微处理器、存储器、蓝牙通信模块等提供所需的 +3.3V和+1.8V电源。 32位的微处理器 AT91R40008通过串口 0和串口 1与串口通信部分和蓝牙模块进行数据交换。图 1为蓝牙接入点的硬件框图。下面就其具体原理进行说明。

　　在设计中，使用了蓝牙模块的 UART口和微处理器 AT91R40008的串口 1相连，通过蓝牙模块向工业现场的无线设备发送和接收数据，在由 cpu，经工业以太网将数据传送到上位机中，实现上位机对蓝牙设备的访问与监控。
　　3.1.4? 网络通信接口在设计中采用采用网络接口将蓝牙接入点接入工业以太网，数据由以太网传递到上位机中，实现工业现场的无线设备和上位机的通信。网络隔离器采用的是 HR61H50L，网卡芯片使用的是 AX88796。
　　AX88796是台湾 Asix公司推出的 NE2000兼容快速以太网控制器。其内部集成有 10/100 Mb/s自适应的物理层收发器和 8K×16位的 SRAM，支持 MCS-51系列、80186系列以及 MC68K系列等多种 CPU总线类型。 AX88796执行基于 IEEE802.3/IEEE802.3u 局域网标准的 10Mb/s和100Mb/s以太网控制功能，并提供IEEE802.3u兼容的媒质无关接口 MII(Media Independent Interface)，用以支持在其它媒质上的应用。 AX88796的地址总线 SA[9:0]与数据总线 SD[15:0]分别与 CPU的地址/数据总线相连。 CPU通过 I/O读写 NE2000寄存器来控制 AX88796的工作状态，通过远程 DMA FIFOs与 AX88796的内部缓存 SRAM进行数据交换。SRAM与 MAC核之间进行 Local DMA将数据发送至 MAC层，再经由内部的 PHY层发送至 RJ45接口，或者经过 MII接口送至外部的物理层芯片。SEEPROM接口可以用来连接串行 EEPROM。EEPROM可用于存储 MAC地址，供 AX88796每次初始化时读取。
　　3.1.5? 电源部分
　　电源采用的是以太网供电设备，该设备采用符合 802.3受电设备标准，输出标准的 +24V，经过 LM2576-5、 AS1117-1.8和 AS1117-3.3电源芯片，电平转换后，输出蓝牙接入点上的 cpu、存储器、网卡芯片和蓝牙模块上所需的 1.8V和 3.3V电源。
　　3.1.6? 串口通信
　　串口通信使用的是 MAX3232芯片。这里使用串口通信接口主要是为了调试蓝牙模块、 cpu和上位机之间的通信，及测试其通信性能。
　　3.2 软件部分
　　在软件设计部分，主要介绍一下蓝牙模块的通信原理。首先，初始化蓝牙模块，直到初始化成功。接着对通信模块的各个端口进行定义。AT91R40008有 32位的 I/O口，设计时结合实际中的情况，考虑具体所用的端口，结合其他通信模块定义这些端口。定义通信模块端口完成以后，立即与现场无线设备进行连接。随后，蓝牙接入点开始搜索现场设备，并对现场设备进行读写，接收蓝牙指令并更新。其蓝牙模块的通信流程图如图 3。

　　5 小结
　　在搭建完整个系统，并对蓝牙的通信性能进行检测的过程中发现，蓝牙模块由于采用的是信息无线传输方式，所以在传输过程中干扰较大，传输距离也较短。工业现场设备安装的环境往往比较恶劣，怎样使蓝牙设备拥有更好的稳定性、更低的功耗、更广的工作范围，这些对硬件设计和软件优化提出了更高的要求。

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