1、作者：Pan Hon glia ng僅供個人學習摘要：基于ARM的藍牙接入點的設計與應用時間：2013-03-14 14:43:45來源： 作者：近幾年來，在工業現場上越來越多的使用了藍牙技術。藍牙技術在工業上的應用大概可以分為代替串行線纜、 結合藍牙和互聯網技術、工業接入點、無線傳感器和起動器 四個方面。本文著重介紹了藍牙接入點的硬件系統結構和軟件流程，并針對在工業現場上使用藍牙接入點將閥門、流量計、溫度變送器等幾個藍牙設備連接到工業以太網中，實現了帶藍牙通信模塊的工業設備和現有的有線網絡的通信。1引言在工業現場中，由于有些環境比較惡劣，布線不方便等因素可以采用藍牙無線通信技術 來實現數據的

2、通信。同時，工業現場中有很多以不同方式互連的設備，其中包括非智能化簡單數據連接單元(I/O)、智能化設備(比如智能傳感器、單回路控制器和PLC)和監控系統(作為HMI使用，用于數據記錄和監控)等。這些設備大都是以各種不同的通信協議和媒介來互連的，其中有些就可以用藍牙無線技術代替。本文以AT91R40008為例，結合BCMO醞牙模塊開發了基于藍牙通信的工業接入點，組建了基于藍牙通信的閥門、流量計、溫度變送器測試系統，實現了帶有藍牙通信模塊的工業設備和現有的有線網路的通信。2藍牙技術簡介藍牙(bluetooth)是一種短距的無線通訊技術，電子裝置彼此可以透過藍牙模塊而連接 起來，省去了傳統的電線。

3、 透過芯片上的無線接收器，配有藍牙技術的電子產品能夠在十公尺的距離內彼此相通，傳輸速度可以達到每秒鐘1兆字節。同時，藍牙支持設備短距離通信(一般是10m之內)。能在包括移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關外設等眾多設備之間進行無線信息交換。藍牙的標準是IEEE802.15，工作在2.4GHz頻帶，帶寬為1Mb/s。藍牙技術在工業現場上的應用大致可以分為四個方面：(1) 代替串行線纜。無線藍牙連接可以代替當前的串行線纜。(2) 結合藍牙和互聯網技術。利用藍牙帶來的CPU處理能力，給設備添加更多功能，如內置的WEB用戶接口。(3) 工業接入點。通過接入點將數個藍牙設備連接到傳統的有線網絡中

4、，比如IP網絡(如以太網)或者工業現場總線網絡 (如Controlnet 和Profibus 等)。(4) 無線傳感器和起動器。利用藍牙來將與物理制程關系旳密切的設備(傳感器、起動器和簡單的模擬/數字10設備)連接到監控系統。3藍牙接入點的系統設計在工業現場中使用無線通信技術。這就要求工業設備使用藍牙功能，并能和現有的以太網或者工業現場總線網絡相連。在這里，藍牙接入點就好像一個“電話交換機”，通過以太網供電設備和上位機進行通信，以及通過無線方式和工業現場設備進行數據交換，實現上位機對現場設備的數據采集、監測和控制。本文將藍牙接入點的系統設計分為硬件體系結構和 軟件設計兩個部分。下面將對這兩部分

5、進行具體說明。3.1硬件體系結構該藍牙接入點包含了微處理器 (AT91R40008)、存儲器、藍牙通信模塊、網絡通信接口、 串口通信等重要組成部分。在該設計中，電源使用了以太網供電設備，該設備除了用于網口通信，還提供設計中所需要的電源。該電源經過電平轉換，為微處理器、存儲器、藍牙通信 模塊等提供所需的 +3.3V和+1.8V電源。32位的微處理器 AT91R40008通過串口 0和串口 1 與串口通信部分和藍牙模塊進行數據交換。圖1為藍牙接入點的硬件框圖。下面就其具體原理進行說明。3.1.1 微處理器 AT91R40008AT91R40008是 Atmel AT9116的32位的微控制器系列產

6、品。它以ARM7TDMI處理器內核為基礎。該處理器有一個高性能 32位精簡指令系統和一個高密度16位的指令系統，同時具有較低的能耗。AT91R40008具有片上的SRAM或ROM完全可編成的外部總線接口(EBI)、32個可編程的I/O 口、8個優先級、4個外部中斷、2個USART及16位的定時器/計數器等特 點。除此之外，在內部寄存器實現對異常情況的快速處理，可以方便的進行即時控制和應用編程。AT91R40008以與外部存儲器的直聯為特色，由外部FLASH,經過完全可編程外部總線接口 (EBI)、一個八位優先向量中斷控制器，及外部數據控制器，大大提高了處理器的即時性能。AT91R40008使用

7、Atmel的高密度CMOS技術，ARM7TDMI處理器內核結合了片上高 速存儲器及其外部設備，使其具有非常強大的功能。微處理器部分的設計包含系統硬件的啟動與復位，地址總線、數據總線的分配和定義， 通過串行線對藍牙模塊的讀寫等。系統由外部的50M鐘振作為時鐘源向 cpu輸入時鐘信號。復位電路由10uF的電容、10K的電阻及按鍵組成低電平復位電路。該復位電路可實現上電低電平自動復位或者手動復位。AT91R40008內部ROM為128K，外部旳大可擴64M的存儲器，由于設計需要，在設計中 擴展了一片2M字節的SST36VF160對大量的軟件程序進行存儲。由于AT91R40008內部包含的SRAM已達

8、256K，對于數據存儲已夠用了，所以在外部沒有進行RAM的擴展。網卡芯片AX88796通過片選線、中斷線、讀寫信號控制線和地址數據總線和cpu相連，實現藍牙接入點和上位機的網絡通信。AT91R40008通過串口 1實現與藍牙模塊的數據交換，通過串口0實現和上位機之間的串口調試。3.1.2 FLASH 存儲器 SST36VF160由于該系統是應用與工業現場以太網中，在軟件中必須加入相應的以太網規范標準，所以在系統設計中，在 cpu的外部拓展了 2M字節的FLASH。SST39VF160是一個1MK 16的 CMO多功能FLASH器件，由SST特有的高性能的 SuperFlash 技術制造而成。S

9、ST39VF160 功耗較低，工作電壓為3.3V，具有高性能的編程功能， 字編程時間為14us?；赟ST39F160 的這些優點選用這款 FLASH,在實踐中證明這款 FLASH能夠更方便和更低成本的滿足程序 配置和數據存儲的要求。藍牙模塊BCM04是滿足自適應的可進行數據交換和語音通信的藍牙通信模塊。其體積小，為 17.5 X 15.0 X 2.3mm工作電壓為1.8V ,功耗較低；以UART為主接口，另有語音接口、 SPI接口、PIO 口等， 其結構框圖如圖 2所示;BCM04內部集成了 16Kbits 的EEPROM和 4Mbits的FLASH/ROM 具有豐富的存儲器資源。在設計中，

10、使用了藍牙模塊的UART 口和微處理器 AT91R40008的串口 1相連，通過藍牙模塊向工業現場的無線設備發送和接收數據，在由cpu ,經工業以太網將數據傳送到上位機中，實現上位機對藍牙設備的訪問與監控。網絡通信接口在設計中采用采用網絡接口將藍牙接入點接入工業以太網，數據由以太網傳遞到上位機中，實現工業現場的無線設備和上位機的通信。網絡隔離器采用的是HR6伯50L網卡芯片使用的是 AX88796。AX88796是臺灣Asix公司推出的80186系列以及 MC68K系列等多種 CPU總線類型。 AX88796執行基于IEEE802.3/IEEE802.3U局域網標準的10Mb/s和100Mb/

11、s以太網控制功能，并提供IEEE802.3U兼容的媒質無關接口MII(Media In depe ndent In terface)，用以支持在其它媒質上的應用。AX88796的地址總線SA9:0與數據總線SD15:0分別與CPU的地址/數據總線相連。CPU通過I/O 讀寫RJ45接口，或者經過 Mil接口送至外部的物理層芯片。SEEPRO接口可以用來連接串行EEPROM EEPRO可用于存儲MAC地址，供AX88796每次初始化時讀取。3.1.5 電源部分電源采用的是以太網供電設備，該設備采用符合 802.3受電設備標準，輸出標準的+24V，經過LM2576-5、AS1117-1.8和AS1

12、117-3.3電源芯片，電平轉換后，輸出藍牙接入點上的cpu、存儲器、網卡芯片和藍牙模塊上所需的1.8V和3.3V電源。3.1.6 串口通信串口通信使用的是 MAX3232芯片。這里使用串口通信接口主要是為了調試藍牙模塊、 cpu和上位機之間的通信，及測試其通信性能。3.2軟件部分在軟件設計部分，主要介紹一下藍牙模塊的通信原理。首先，初始化藍牙模塊，直到初始化成功。接著對通信模塊的各個端口進行定義。AT91R40008有 32位的I/O 口，設計時結合實際中的情況，考慮具體所用的端口，結合其他通信模塊定義這些端口。定義通信模塊端口完成以后，立即與現場無線設備進行連接。隨后，藍牙接入點開始搜索現

13、場設備，并對現場設備進行讀寫，接收藍牙指令并更新。其藍牙模塊的通信流程圖如圖3。藍牙接入點向本地子網廣播自己的設備聲明，并接收其他設備的設備聲明。初始化完后5秒鐘內用來搜尋子網中的鄰居設備，搜尋完成后，開始建立鄰居表，并把鄰居表內的其他 從設備加入到無線調度列表中。網絡組建完成后，接入點按照確定性調度算法輪詢從設備。 并把藍牙數據報文轉換成工業以太網的報文，放入工業以太網的調度器中。設備聲明報文：typedef struct _zgb_pkt_a nn zgb_pkt_a nn;信息分發報文：typedef struct _zgb_distribute INT8U devdesp16; INT

14、8U mdata16; zgb_distribute;令牌：typedef struct _zgb_pass_token INT8U ans;INT8U res3;/ 設備描述,字符串 /主or從？ 0主設備;1從設備/設備狀態：0設備未組態，自由發包；/1設備已組態， 獲取令牌才能發包/保留字段/設備描述，字符串/ 信息分發的內容/確認？ 0不確認;1確認/保留信息 zgb_pass_toke n;藍牙接入點在工業現場中的應用在設計中，將工業以太網的有線網絡與工業現場的無線設備之間建立連接，如圖4。工業現場的無線設備通過一個藍牙專用的傳輸協議將數據傳輸到藍牙接入點。數據經過轉換， 成為工業以

15、太網能夠識別和支持的格式，并傳輸到工業以太網中的一個發出指令請求的設備中。上位機同時可以通過以太網對數據進行監控。工業現場的無線設備還可以同時與一個帶有藍牙模塊的手持設備和一個藍牙接入點進行連接，對數據進行訪問和采集。版權申明本文部分內容，包括文字、圖片、以及設計等在網上搜集整理。版權為潘宏亮個人所有This article in eludes someparts, in cludi ng text, pictures, and desig n. Copyright is Pan Hon glia ng's pers onal own ership.用戶可將本文的內容或服務用于個人學習

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