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1 前言 傳統的測試系統采用線(xiàn)纜進(jìn)行信息的傳輸，但繁瑣的布線(xiàn)會(huì )帶來(lái)諸多不便，特別是某些應用場(chǎng)合，不允許布線(xiàn)或無(wú)法布線(xiàn)。比如，由于上業(yè)控制現場(chǎng)通常環(huán)境惡劣，高溫、潮濕、振動(dòng)、電網(wǎng)干擾嚴重，特別是存在電磁和無(wú)線(xiàn)電干擾環(huán)境中，要}s時(shí)間、連續、可靠、完整地傳送數據，就需要對線(xiàn)路進(jìn)行電磁屏蔽和物理保護;在有的上業(yè)環(huán)境中，如運動(dòng)或旋轉的設備中，走線(xiàn)十分不方便。為了解決這些問(wèn)題，宜采用無(wú)線(xiàn)方式進(jìn)行信息傳輸。尋找一種短距離無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)來(lái)解決上業(yè)控制現場(chǎng)的問(wèn)題，成為了一種需要。 2 方案的選擇 無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)的特點(diǎn)之一是標準不統一，不同的標準有不同的應用，使得無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)出現了百家爭鳴的局而，各種技術(shù)4.相競爭又4.相補充。表1列出了兒種現有常見(jiàn)的無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)的卞要特性和指標的比較。 通過(guò)比較分析可以看一出，各種標準都是根據不同的使用場(chǎng)合、不同的用戶(hù)需求而制定的，應視實(shí)際需求選擇合適的標準。在上業(yè)控制現場(chǎng)線(xiàn)纜替換領(lǐng)域，藍牙是最合適的選擇。 2 藍牙通信原理及協(xié)議層次結構 藍牙技術(shù)規定了4種物理接口通用串行總線(xiàn)USBEIA-232 ,PC卡及通用異步收發(fā)器UART接口。1個(gè)藍牙系統一般由射頻單元鏈路控制單元鏈路管理和單元組成。藍牙無(wú)線(xiàn)射頻單元的指標是遵循關(guān)國聯(lián)邦通信委員會(huì )((FCC)有關(guān)電平為0 dB的ISM頻段的標準設計的，藍牙運行的頻段為2.4 GHz。系統采用跳頻和擴展頻譜技術(shù)，跳頻速率為1 600h/s，在建立鏈接時(shí)，提高為3200h/s，這使得藍牙技術(shù)更為可靠。在2.4 GHz和2. 48 GHz之間，采用79個(gè)間隔為1 MHz的頻點(diǎn)實(shí)現。藍牙鏈路管理單元負責鏈路的建立、鑒權、鏈路硬件配置和其他一些協(xié)議。藍牙鏈路管理單元能夠發(fā)現遠端其他藍牙鏈路管理單元并通過(guò)鏈路管理器協(xié)議與之通信。藍牙鏈路管理單元提供發(fā)送和接收數據、設備號請求(查詢(xún)和報告設備ID最大}s度可達16位)、鏈路地址查詢(xún)、建立鏈接、鑒權、鏈路模式協(xié)商與建立(如數據模式或語(yǔ)音/數據模式)、決定幀的類(lèi)別及功耗模式設置等服務(wù)。 藍牙( BlueLooLh)通信協(xié)議采用層次結構，各種藍牙設備論在任何地方，都可以通過(guò)人上或自動(dòng)查詢(xún)來(lái)發(fā)現其他藍牙設備，從而構成卞從網(wǎng)絡(luò )(piconeL)或分散網(wǎng)絡(luò )( scaLLerneL)實(shí)現系統提供的各種功能。藍牙的軟件(協(xié)議)單元是一個(gè)獨立的操作系統，不與任何操作系統捆綁。其協(xié)議棧如圖1所示: (1)核心協(xié)議:它是藍才協(xié)議的關(guān)鍵部分。包括基帶部分協(xié)議Baseband和其他低層鏈路功能的基帶/鏈路控制協(xié)議;用于鏈路的建立、安全和控制的鏈路管理器協(xié)議LMP;描述卞機控制器接口的HCI協(xié)議;支持高層協(xié)議復用、幀的組裝和拆分的邏輯鏈路控制和分配協(xié)議L2CAP;發(fā)現藍才設備提供服務(wù)的SDP協(xié)議等;(2)電纜替代協(xié)議RFCOMM:它是一種仿真協(xié)議，在藍才基帶協(xié)議上仿真RS-232控制和數據信號，為上層協(xié)議提供服務(wù);(3)電話(huà)控制協(xié)議TCS:它是而向比特的協(xié)議，定義藍牙設備間建立數據和話(huà)音呼叫的控制信令和處理藍牙TCS設備群的移動(dòng)管f}進(jìn)程;AT-Command控制命令集是定義在多用戶(hù)模式下控制移動(dòng)電話(huà)、調制解調器和用于仿真的命令集;(4)與IWerne[相關(guān)的高層協(xié)議:它定義了與IWerne[相關(guān)的PPP , UDP ,TCP/IP協(xié)議及無(wú)線(xiàn)應用協(xié)議WAP 除了上述協(xié)議層外，規范還定義了卞機控制器接口(HCI)，它為基帶控制器、連接控制器、硬件狀態(tài)和控制寄存器等提供命令接口。 3 藍牙無(wú)線(xiàn)測控系統設計 藍牙無(wú)線(xiàn)測試系統如圖2所示。下位機信號調理電路和數據采集電路有兩種設計方式:一是信號調理電路卞要由前置放大器、低通濾波器和信號變換電路組成，數據采集模塊由多路選擇開(kāi)關(guān)MUX,采樣保持器S/H和模數轉換器A/D組成;一是信號調理電路與數據采集電路統一由微處理器或嵌入式芯片來(lái)處理。 (1)測量前端:被測量可以是工業(yè)控制現場(chǎng)的多個(gè)量，根據被測環(huán)境和對象的不同，來(lái)選擇相應適合的傳感器。傳感器是測試系統的前端，用于完成電信號的獲得。作為信號輸入通道的第一道環(huán)y，也是決定整個(gè)測試系統性能的關(guān)鍵環(huán)y之一。由于傳感器技術(shù)的發(fā)展非常迅速，各種各樣的傳感器非常豐富，應根據不同應用場(chǎng)合選擇。 (2)信號調理:根據測控系統的實(shí)際工作環(huán)境需求，對前置放大器要求滿(mǎn)足高靈敏度，低噪聲和低漂移。為此，本系統可選用儀用放大器。 (3)數據采集:數據采集有諸多性能要求，這里不具體描述。通�？紤]成本問(wèn)題，采用單片機完成的居多，圖3給出了一個(gè)基于單片機的數據采集電路連線(xiàn)圖，該設計可以對11組參數進(jìn)行測控。當然，這里需對單片機進(jìn)行軟件設計。 (4)藍牙收發(fā)模塊:在設備中增添藍牙功能有四條途徑:①連接在設備外部接口USB或RS-232上的硬件適配器;②在芯片級設計中集成藍牙功能;③在便攜式設備中嵌入完整的藍牙功能模塊;④利用便攜設備的標準插槽增添藍牙插卡。上述各種方案具有明顯的成本對上ili時(shí)間的利弊關(guān)系，同時(shí)也具有初看并不明顯的各自相應的優(yōu)點(diǎn)和問(wèn)題。在工業(yè)現場(chǎng)控制領(lǐng)域，為了縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，y約開(kāi)發(fā)成本，降低開(kāi)發(fā)的風(fēng)險，通常采用第一種途徑，即采用USB或RS-232硬件適配器。這里需選用一個(gè)藍牙技術(shù)平臺，口前ili場(chǎng)上此類(lèi)藍牙芯片已經(jīng)很多。 (s)上位機軟件設計:上位機是測試系統的神經(jīng)中樞，它使整個(gè)系統成為一個(gè)智能化的有機整體。它的卞要任務(wù)是在軟件引導下按照預定程序控制數據采集系統進(jìn)行數據采集與存儲，對采集的數據進(jìn)行運算分析與處理，并以適當的形式輸出、顯示、記錄和打印等;同時(shí)對整個(gè)系統進(jìn)行實(shí)時(shí)監控和系統的人機交b.功能，使得下位機可以根據前臺的控制來(lái)測試各項參數。 上位機軟件卞要由藍牙控制模塊、數據處理模塊、人機界而模塊三部分組成，三個(gè)模塊的卞要功能如下: (1)藍牙控制模塊:卞要負責本地藍牙設備的初始化，查找遠程藍牙設備，獲得藍牙設備的各項參數，藍牙設備間鏈接的建立和斷開(kāi)以及透明地接收和發(fā)送數據等。 (2)數據處理模塊:將藍牙設備傳來(lái)的串行數據流按通道進(jìn)行分離，對數據進(jìn)行格式的轉換，并以一定的形式存放到存儲單元，以便人機界而模塊調用。 (3)人機界而模塊:提供圖形界而，捕捉用戶(hù)的控制指令并執行相應的操作，將數據處理模塊處理后的數據以一定的形式顯示，實(shí)現系統的人機交4.功能。 4 結語(yǔ) 根據系統設計的要求，筆者選取了藍牙模塊進(jìn)行了測試，測試結果表明，藍牙模塊軟硬件接口與實(shí)際應用環(huán)境透明友好，軟件實(shí)現容易。筆者認為，將藍牙技術(shù)應用于上業(yè)控制現場(chǎng)的數據傳輸、信號傳輸的可靠性及有效性是設計的關(guān)鍵。 |
