基于藍牙技術(shù)的嵌入式工業(yè)診斷系統

　　藍牙技術(shù)根據網(wǎng)絡(luò )的概念提供點(diǎn)對點(diǎn)和點(diǎn)對多點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)鏈接，使人們能隨時(shí)隨地地進(jìn)行數據信息的交換與傳輸。隨著(zhù)各種藍牙終端設備的普及，如何增加藍牙設備的互操作性，如何把藍牙設備接入因特網(wǎng)，以及對藍牙設備本身的數據分布存儲和主控中心集中存儲提出了很多新的挑戰。

　　本文介紹了一種采用藍牙技術(shù)的嵌入式工業(yè)診斷系統，能實(shí)時(shí)采集終端獲取的監控信息（溫度，電壓等）回傳到總控中心，實(shí)現了遠程報警，和數據采集功能。對于藍牙技術(shù)在工業(yè)環(huán)境里的實(shí)時(shí)性，穩定性作了基本的分析。同時(shí)試圖探索一種平臺獨立的控制系統，增加系統的獨立性和跨平臺操作。文章最后探討了藍牙技術(shù)和TCP/IP協(xié)議棧的結合，嵌入式分布數據庫的實(shí)現和管理。

　　該工業(yè)診斷系統具有藍牙無(wú)線(xiàn)通信功能，能夠多路采集,實(shí)時(shí)顯示二十四小時(shí)工業(yè)環(huán)境信息存儲，采集參數統計分析與診斷，監督報警的功能。管理員可以在總控中心，對各監控節點(diǎn)的數據進(jìn)行管理，此外，還可以遠程控制設備的報警參數，報警時(shí)間，探測頻率等進(jìn)行更改設置。系統采用16/32位RISC ARM7DMI為內核的LPC2106芯片和Connectblue公司的Cb-OEMSPA13i藍牙模塊作為主控制處理器模塊和藍牙通信模塊。

　　1藍牙技術(shù)

　　藍牙技術(shù)是由愛(ài)立信、IBM、Intel、諾基亞、東芝等5家公司于1998年5月聯(lián)合制定的近距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)標準，是一個(gè)開(kāi)放的全球工業(yè)標準。其實(shí)質(zhì)內容是為固定設備或移動(dòng)設備之間的通信環(huán)境建立通用的無(wú)線(xiàn)電空中接口(Radio Air Interface)，將通信技術(shù)與計算機技術(shù)進(jìn)一步結合起來(lái)，提供一種低價(jià)位、低功耗、可替代電纜的無(wú)線(xiàn)數據和語(yǔ)音鏈路，使設備能在近距離范圍內實(shí)現相互通信或操作。該技術(shù)采用跳頻機制進(jìn)行數據傳送，能極大地提高數據傳送的抗干擾性能，工作在全球公眾通用的2.4GHz ISM(工業(yè)、科學(xué)、醫學(xué))頻段，傳輸速率為1Mbps，傳輸距離為10m-100m，可構成最多由8臺設備構成的微微網(wǎng)（Piconet），亦可再由多個(gè)獨立、非同步的微微網(wǎng)（Piconet）拓撲形成分布式網(wǎng)絡(luò )（Scatternet）。同時(shí)信道可采用采用0位、40位、60位密鑰加密。目前已由Bluetooth SIG組織制定藍牙1.2系統國際規范。本系統藍牙協(xié)議棧如圖1所示。藍牙技術(shù)在PAN(personal area network)的應用十分廣泛，比較熟悉的主要有無(wú)線(xiàn)音頻的應用，隨處可見(jiàn)的藍牙耳塞大家一定不陌生。但是，藍牙技術(shù)在工業(yè)監控方面的應用，目前正全面鋪開(kāi)。在這個(gè)領(lǐng)域實(shí)現應用，應該說(shuō)是一個(gè)前期探索和研究，但又充滿(mǎn)前景的方向。歐洲許多大公司正陸續推出他們的相關(guān)解決方案。

　　2芯片概述

　　2.1主控制處理器LPC2106

　　LPC2106是飛利浦帶有一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的 ARM7DMI-S 微處理器，嵌入 128KB高速 Flash存儲器。 采用3級流水線(xiàn)技術(shù)，取指、譯碼和執行同時(shí)進(jìn)行，能夠并行處理指令，提高CPU運行速度。由于具有非常小的尺寸和極低的功耗，非常適用于那些將小型化作為主要要求的應用。多個(gè)32位定時(shí)器、PWM 輸出和32個(gè)GPIC使它特別適用于工業(yè)控制和小型機器人系統。ARM內核在嵌入式應用領(lǐng)域的絕對占有率無(wú)疑讓他成為很多工業(yè)系統的首選方案。PHILIPS推出的這個(gè)低成本的ARM7芯片，同時(shí)卻包含了比51單片機豐富許多的片上資源。在很多不需要音視頻處理的工業(yè)控制領(lǐng)域，正逐步替代51單片機，成為未來(lái)的趨勢。集成網(wǎng)絡(luò )功能和LCD顯示驅動(dòng)模塊的型號（LPC28xx），和針對低成本的LPC210X，成為我們實(shí)現該項目設計的最佳選擇。

　　2.2藍牙模塊Cb-OEMSPA13i

　　藍牙模塊Cb-OEMSPA13i是ConnectBlue公司集成的有射頻收發(fā)，基帶控制和管理，符合RS232接口協(xié)議的藍牙串口適配器。核心工作電壓3-6V。芯片內硬件和固件符合藍牙規范V1.1。射頻發(fā)射功率支持CLASS2。輸出頻率2.402 –2.480 GHz，最大接收頻率+14dBm。支持多點(diǎn)傳輸?；贑onnectBlue強大的工業(yè)應用背景，該模塊已經(jīng)在惡劣的工業(yè)環(huán)境下被大量的應用，針對工業(yè)環(huán)境做了很多的從硬件到軟件的改良和增強，這也是我們選擇這個(gè)模塊的原因。

　　3系統工作原理和總體設計

　　本系統原理框圖如圖2所示，它的工作原理是：系統由①處采集信號，其中包括兩路模擬信號，兩路數字信號和兩路由溫度傳感器（PT100）檢測出的環(huán)境溫度信號，這些信號分別送到各自的信號采集和調整模塊，針對各種信號的特點(diǎn)和要求進(jìn)行放大，濾波等處理，并將信號放大調整到一定的幅度，其中信號采集調整過(guò)程如圖3。信號再經(jīng)主控制處理器內含的十位A/D轉換器把模擬信號轉換成數字信號；主控制處理器模塊運行嵌入式操作系統和片上信號分析應用軟件對數據進(jìn)行分析處理和閾值比較及報警，同時(shí)在用戶(hù)界面上顯示各參數測量分析結果和報警信息，由FLASH ROM模塊完成對數據的壓縮存儲，將重要的數據存入E2PROM（數據庫②中存儲的是在用戶(hù)界面上設置的各個(gè)參數的閥值信息、報警信息和顯示的實(shí)時(shí)數據。）。PPP協(xié)議采用兩個(gè)循環(huán)隊列的方式，通過(guò)藍牙無(wú)線(xiàn)傳輸模塊功能，將數據實(shí)時(shí)發(fā)送到服務(wù)器，得出更為詳細的檢測報告，以便提供給技術(shù)人員作為現場(chǎng)信息的參考評價(jià)。此外，管理員可以在服務(wù)器端，通過(guò)web對各監控節點(diǎn)的數據進(jìn)行管理，并且遠程控制設備的報警參數，報警時(shí)間，探測頻率等進(jìn)行設置更改。

　　4 硬件電路

　　硬件電路部分包括信號采集調整模塊，ARM7DMI為內核的LPC2106主控制處理器模塊,以Connectblue公司的Cb-OEMSPA13i藍牙模塊作為藍牙無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )模塊，電源管理和重置模塊和其他保護、調整電路。各模塊具體實(shí)現以下功能： 
  

　　1) 信號采集調整模塊實(shí)現對多信號的拾取，對低頻、高頻、工頻等干擾信號進(jìn)行濾波和抑制，對模擬量進(jìn)行放大、零點(diǎn)調整和滿(mǎn)量程調整。

　　(2)      主控制處理器模塊結合商業(yè)嵌入式操作系統和片上采樣分析軟件實(shí)現對模擬信號的A/D模數轉換和控制，數字濾波和小波分析，數據計算分析，同時(shí)控制和管理硬件部分的每個(gè)模塊。

　　(3)      存儲模塊實(shí)現各種信號數據的實(shí)時(shí)存儲，可同時(shí)存儲實(shí)時(shí)產(chǎn)生的警報。E2PROM具有可擦除，可寫(xiě)入功能，即使系統電源關(guān)閉，其上的存儲數據也不會(huì )丟失。