（控制理论与控制工程专业论文）蓝牙技术在测控领域的应用研究.pdf

6 通过对跳频技术的分析，阐述了其在蓝牙技术中的工作原 理，对其原理进行仿真6 仿真结果表明了蓝牙技术利用跳 频可以有效抑制信道上的干扰。讨论了具有跳频技术的微 网中同频信道的干扰问题，表明不同微网间的同步也将减 少干扰。肜 【关键字】蓝牙技术，蓝牙模块1 0 10 0 8 ，测控系统，5 1 单片机 t h er e s e a r c ho ft h e a p p l i c a t i o no f b l u e t o o t hi n i n d u s t r i a lm e a s u r i n ga n dc o n t r o ls y s t e m a b s t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n t o fn e t w o r ka n dm o b i l e c o m m u n i c a t i o n ，p e o p l e b e c a m et ok n o wt h en e e do fa s h o r t r a n g ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n b l u e t o o t h i ss u i t e df o r s u c had e m a n do fp e o p l e b l u e t o o t hi sak i n do fn e w ，l o w p o w e r - c o n s u m p t i o na n ds h o r t - r a n g ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y i th a s a t t r a c t e dm o r et h a n2 0 0 0 c o m p a n i e s ，a n di t b e c o m e st h en e w s p o t o fc o m m u n i c a t i o nf i e l do fe v e ni tf i e l d a t p r e s e n t ，t h ea p p l i c a t i o n o fb l u e t o o t hi sl i m i t e dt o c o m m u n i c a t i o n ，e l e c t r o n i c t h e r e a r ef e w a p p l i c a t i o n i n i n d u s t r y a n di nc h i n a t h i sa p p l i c a t i o ni ss t i l li nt h ei n f f i a ls t a g e t h i sp a p e ri sf o c u s e do nt h e e x p l o r a t i o na n dr e s e a r c ho ft h e a p p l i c a t i o no fb l u e t o o t h i ni n d u s t r i a lm e a s u r i n ga n dc o n t r o l s y s t e m t h ec o n t e n ti sa s f o f l o w i n g ： 1 d om u c hr e s e a r c ha n da n a l y s i so fb l u e t o o t ha n di t s p r o t o c o l s 2 b r i n gf o r w a r dam o d e lo fi n d u s t r i a lm e a s u r i n ga n d c o n t r o ls y s t e mb a s e do nb l u e t o o t h ，a n da n a l y z et h e k e yt e c h n o l o g y o ft h em o d e l - - - - t h eb l u e t o o t h m o d u l ea n dh c l p r o t o c 0 1 3 g i v et h ec i r c u i td e s i g no ft h ei n d u s t r i a lm e a s u r i n ga n d c o n t r o ls y s t e mm o d e lb yb l u e t o o t hm o d u l er o k10 1 0 0 8 4 f i n i s ht h es o f t w a r e d e s i g n o ft h em o d e l b y h c l - r $ 2 3 2 5 d e s i g nt h ed e v e l o p m e n ts e t ( i n c l u d i n g h a r d w a r ea n d s o f t w a r e ) o f b l u e t o o t ha p p l i c a t i o n 6 a n a l y z ea n d r e s e m b l et h e f r e q u e n c yj u m pt e c h n o l o g y i n b l u e t o o t h ， a n d p r o v e t h a tt h e f r e q u e n c yj u m p t e c h n o l o g y c a nc o n t r o lt h ed i s t u r b a n c eo ft h ec h a n n e li n e f f e c t z h o uh u a l a n d i r e c t e db y t a n a m i n a h a o k e y w o r d s ： b l u e t o o t h ，r o k10 10 0 8b l u e t o o t hm o d u l e m o n o l i t h i cp r o c e s s o r , m e a s u r i n ga n dc o n t r o ls y s t e m 蓝牙技术在测控领域的研究开发 第一章引言 1 1 课题研究的背景 随着i n t e r n e t 和移动通信的迅猛发展，人们对宽带和无线通 信的要求也越来越迫切，促使人们开发新的频段，加紧新技术的 研究。二十世纪9 0 年代末，原本不太被重视的小范围无线接入 技术正重新被厂商和用户所接受，呈现出巨大的商机。其代表性 的成果有：以无线l a n 位典型的i e e e s 0 2 1 1 ；由若干著名公司 为核心的家用射频工作组( h r f w g ) 提出以家庭应用为主要背 景的h o m e r f 爱立信等公司发起成立的“蓝牙特别兴趣小组” 提出的蓝牙技术( b l u e t o o t h ) 以及由此产生的无线个域网 ( w p a n ) 概念等。这些小范围无线接入系统和大范围快速移动 情况下的应用系统相辅相成，互为补充，其研究方兴未艾，并正 酝酿着更大的技术突破。 比较而言，蓝牙系统更具有代表性，从提出到现在不过三、 四年时间，但已吸引了近千个国际上有影响的公司参与，成为目 前通信领域乃至整个i t 行业的一个新热点。去年，美国权威性 杂志网络计算将蓝芽与8 0 2 1 i b 无线局域网及宽带技术等评 为了“十年来十大热门新技术产品”。 1 2 蓝牙技术研究现状 随着蓝牙技术的不断发展，国内外很多公司都投入到蓝牙技 术的研究开发中。对于蓝牙技术的研究可以有两个方向：一是研 究蓝牙底层协议，开发蓝牙芯片模块；二是探讨其应用领域，根 据蓝牙协议接口开发蓝牙产品。 现在已有不少公司推出高集成度的蓝牙芯片，如朗讯的 w 7 0 2 0 + w 7 4 0 0 芯片组、飞利浦的l m x 3 1 6 2 芯片、a t m e l 的 t 2 9 0 1 和a t 7 6 c 5 5 1 芯片、c s r 公司的b l u e c o r e r r a 0 1 等。基于 蓝牙技术在测控领域的研究开发 这些芯片的蓝牙产品如e x i c s s o h n 的r 5 2 0 手机，m o t o r o l a 的蓝 牙p c 卡p c m c i a ，t o s h i b a 的蓝牙p c 卡p a b t c 0 0 1 ，摩托罗拉 的新型b l u e t o o t h 耳机等，也纷纷走向市场。 蓝牙技术发展很快，它的应用已经或即将扩展到信息家电、 计算机、交通、医疗等更广阔的领域。然而，蓝牙是一项新的技 术，要真正达到大规模进入商用市场并在用户中普及，还有大量 应用技术细节需要解决。但是毫无疑问，蓝牙的发展必将对2 1 世纪的信息社会产生深刻的影响。 1 3 课题的研究内容和意义 蓝牙的应用研究是当前i t 行业的一个研究热点，也是一个 富有挑战性的课题。国内对蓝牙的研究仍然处于起步阶段，而且 其应用主要局限于通信、电子产品以及信息家电的研究，在工业 测控领域的研究较少。2 0 0 2 年下半年，有一些关于蓝牙应用于 测控领域的相关文章，但都只是提出一些应用设想，如文献 3 2 1 用蓝牙技术构建分布式污水处理控制系统，文献 4 1 1 中蓝牙无线 技术在电力系统中应用等等。这些更表明了基于蓝牙的测控系统 的研究处于起步阶段，有很多课题可以去进行探索和研究。 本文从应用的角度，将蓝牙模块作为通信模块集成到系统或 产品中作为出发点，对蓝牙技术在测控领域的应用进行探索和研 究。由于蓝牙是一个崭新技术，没有前人的成果可参考，因而课 题存在一定的预研性质。围绕本课题，本文的主要研究内容如下： 1 查阅大量文献资料，从技术特点、协议栈、网络等方面研 究蓝牙技术及其协议，提出蓝牙应用的开发思路和方法。 2 提出一种基于蓝牙的测控系统模型，并对模型中涉及到的 蓝牙模块、h c i 传输层等关键技术作了深入的分析与讨论。 3 采用爱立信r o k l 0 10 0 8 蓝牙模块，在实验室完成蓝牙测控 模型的硬件电路的设计和制作( a 括前端和终端系统) 。 蓝牙技术在测控领域的研究开发 这些芯片的蓝牙产品如e x i c s s o h n 的r 5 2 0 手机，m o t o r o l a 的蓝 牙p c 卡p c m c i a ，t o s h i b a 的蓝牙p c 卡p a b t c 0 0 1 ，摩托罗拉 的新型b l u e t o o t h 耳机等，也纷纷走向市场。 蓝牙技术发展很快，它的应用已经或即将扩展到信息家电、 计算机、交通、医疗等更广阔的领域。然而，蓝牙是一项新的技 术，要真正达到大规模进入商用市场并在用户中普及，还有大量 应用技术细节需要解决。但是毫无疑问，蓝牙的发展必将对2 1 世纪的信息社会产生深刻的影响。 1 3 课题的研究内容和意义 蓝牙的应用研究是当前i t 行业的一个研究热点，也是一个 富有挑战性的课题。国内对蓝牙的研究仍然处于起步阶段，而且 其应用主要局限于通信、电子产品以及信息家电的研究，在工业 测控领域的研究较少。2 0 0 2 年下半年，有一些关于蓝牙应用于 测控领域的相关文章，但都只是提出一些应用设想，如文献 3 2 1 用蓝牙技术构建分布式污水处理控制系统，文献 4 1 1 中蓝牙无线 技术在电力系统中应用等等。这些更表明了基于蓝牙的测控系统 的研究处于起步阶段，有很多课题可以去进行探索和研究。 本文从应用的角度，将蓝牙模块作为通信模块集成到系统或 产品中作为出发点，对蓝牙技术在测控领域的应用进行探索和研 究。由于蓝牙是一个崭新技术，没有前人的成果可参考，因而课 题存在一定的预研性质。围绕本课题，本文的主要研究内容如下： 1 查阅大量文献资料，从技术特点、协议栈、网络等方面研 究蓝牙技术及其协议，提出蓝牙应用的开发思路和方法。 2 提出一种基于蓝牙的测控系统模型，并对模型中涉及到的 蓝牙模块、h c i 传输层等关键技术作了深入的分析与讨论。 3 采用爱立信r o k l 0 10 0 8 蓝牙模块，在实验室完成蓝牙测控 模型的硬件电路的设计和制作( a 括前端和终端系统) 。 蓝牙技术在测控领域的研究开发 4 在主机和蓝牙模块间选用r s 2 3 2 接口方式，通过对h c i r s 2 3 2 标准及其指令的分析研究，完成测控系统模型中的 软件设计和调试( 包括前端与终端通信、终端与终端通信) 。 5 设计出一种蓝牙基于p c 机、单片机应用研究的开发工具。 6 通过对跳频技术的研究，阐述并仿真其应用在蓝牙技术中 的工作原理，并分析具有跳频技术的微网间同信道的干扰。 1 4 论文的结构安排 本文按照以下的结构进行组织： 第一章概述课题研究的背景、现状、内容以及结构安排。 第二章介绍了蓝牙的提出、技术特点，阐述了蓝牙的协议栈、 网络结构，并将它与其他无线通信技术进行了比较。 第三章通过对蓝牙技术及其协议研究，探讨出蓝牙进行应用 开发的思路和方法。 第四章提出了基于蓝牙的测控模型，并对模型中涉及到的蓝 牙模块、h c i 传输层等关键技术作了深入的分析与讨论。 第五章通过对爱立信r o k l 0 10 0 8 蓝牙模块的分析，完成基 于蓝牙的测控模型的硬件电路设计( 包括前端测量和终端显示) 。 第六章对h c i - r s 2 3 2 标准和指令进行研究分析，在主机和模 块间通过r s 2 3 2 物理接口，完成系统模型中的软件设计( 包括 前端和终端的通信、终端与终端的通信) 。 第七章设计出一种蓝牙技术基于p c 机、单片机应用研究的 开发工具( 包括硬件电路板和软件包) 。借助该工具可以很方便 的完成p c 机和单片机上蓝牙上层协议的应用开发。 第八章通过对跳频技术的分析，阐述了其在蓝牙技术中的工 作原理，对其原理进行仿真，仿真结果表明了蓝牙技术利用跳频 可以有效抑制信道上的干扰。讨论了具有跳频技术的微网中同频 信道的干扰问题，表明不同微网间的同步也将减少干扰。 蓝牙技术在测控领域的研究开发 4 在主机和蓝牙模块间选用r s 2 3 2 接口方式，通过对h c i r s 2 3 2 标准及其指令的分析研究，完成测控系统模型中的 软件设计和调试( 包括前端与终端通信、终端与终端通信) 。 5 设计出一种蓝牙基于p c 机、单片机应用研究的开发工具。 6 通过对跳频技术的研究，阐述并仿真其应用在蓝牙技术中 的工作原理，并分析具有跳频技术的微网间同信道的干扰。 1 4 论文的结构安排 本文按照以下的结构进行组织： 第一章概述课题研究的背景、现状、内容以及结构安排。 第二章介绍了蓝牙的提出、技术特点，阐述了蓝牙的协议栈、 网络结构，并将它与其他无线通信技术进行了比较。 第三章通过对蓝牙技术及其协议研究，探讨出蓝牙进行应用 开发的思路和方法。 第四章提出了基于蓝牙的测控模型，并对模型中涉及到的蓝 牙模块、h c i 传输层等关键技术作了深入的分析与讨论。 第五章通过对爱立信r o k l 0 10 0 8 蓝牙模块的分析，完成基 于蓝牙的测控模型的硬件电路设计( 包括前端测量和终端显示) 。 第六章对h c i - r s 2 3 2 标准和指令进行研究分析，在主机和模 块间通过r s 2 3 2 物理接口，完成系统模型中的软件设计( 包括 前端和终端的通信、终端与终端的通信) 。 第七章设计出一种蓝牙技术基于p c 机、单片机应用研究的 开发工具( 包括硬件电路板和软件包) 。借助该工具可以很方便 的完成p c 机和单片机上蓝牙上层协议的应用开发。 第八章通过对跳频技术的分析，阐述了其在蓝牙技术中的工 作原理，对其原理进行仿真，仿真结果表明了蓝牙技术利用跳频 可以有效抑制信道上的干扰。讨论了具有跳频技术的微网中同频 信道的干扰问题，表明不同微网间的同步也将减少干扰。 蓝牙技术在测控领域的研究开发 第二章蓝牙技术概述 蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，以 低成本，近距离无线连接为基础，其目的是取代计算机与外围设 备及其它电子设备之间的电缆。它可以使用户不用电缆就能在许 多设备之间进行数据交换及文件同步，非常方便地实现快速、灵 活、安全、低代价、低功耗的数据和语音通信。本章介绍蓝牙技 术的提出、技术特点、协议栈和网络结构，并将它与其他无线通 信技术进行了比较。 2 1 蓝牙技术的提出 1 9 9 4 年爱立信移动通信公司想解决移动电话及电话外围配件 之间的无线连接问题提出了蓝牙技术。 1 9 9 8 年2 月，由爱立信、诺基亚、m m 、东芝、因特尔五大 公司组成的蓝牙s i g ( 特别兴趣小组) 联合推出蓝牙技术，使其 成为无线通信技术的全球规范。 1 9 9 9 年1 2 月，b l u e t o o t hs i g 发布了b l u e t o o t h 规范1 0 b 版。 随后，蓝牙s i g 的活动迅速得到了包括许多世界著名的计算机、 通信以及消费电子产品领域的企业如摩托罗拉、朗讯、康柏、西 门子等一大批公司的一致支持，其中，甚至还有汽车与照相机的 制造商和生产厂家。截止到2 0 0 1 年1 月3 1 日，已经有2 1 6 4 个 公司和机构宣布加入该组织。 2 2 蓝牙技术的特点 蓝牙技术工作在2 4 g 的i s m 频段上，基于时分复用和跳频 原理，将电路交换和分组交换结合，适用于语音传输和数据传输。 采用蓝牙技术不需要进行任何设置。当两个蓝牙设备互相进入彼 此的范围之内时，蓝牙协议就会自动扫描蓝牙设备，并交换信息 蓝牙技术在测控领域的研究开发 第二章蓝牙技术概述 蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，以 低成本，近距离无线连接为基础，其目的是取代计算机与外围设 备及其它电子设备之间的电缆。它可以使用户不用电缆就能在许 多设备之间进行数据交换及文件同步，非常方便地实现快速、灵 活、安全、低代价、低功耗的数据和语音通信。本章介绍蓝牙技 术的提出、技术特点、协议栈和网络结构，并将它与其他无线通 信技术进行了比较。 2 1 蓝牙技术的提出 1 9 9 4 年爱立信移动通信公司想解决移动电话及电话外围配件 之间的无线连接问题提出了蓝牙技术。 1 9 9 8 年2 月，由爱立信、诺基亚、m m 、东芝、因特尔五大 公司组成的蓝牙s i g ( 特别兴趣小组) 联合推出蓝牙技术，使其 成为无线通信技术的全球规范。 1 9 9 9 年1 2 月，b l u e t o o t hs i g 发布了b l u e t o o t h 规范1 0 b 版。 随后，蓝牙s i g 的活动迅速得到了包括许多世界著名的计算机、 通信以及消费电子产品领域的企业如摩托罗拉、朗讯、康柏、西 门子等一大批公司的一致支持，其中，甚至还有汽车与照相机的 制造商和生产厂家。截止到2 0 0 1 年1 月3 1 日，已经有2 1 6 4 个 公司和机构宣布加入该组织。 2 2 蓝牙技术的特点 蓝牙技术工作在2 4 g 的i s m 频段上，基于时分复用和跳频 原理，将电路交换和分组交换结合，适用于语音传输和数据传输。 采用蓝牙技术不需要进行任何设置。当两个蓝牙设备互相进入彼 此的范围之内时，蓝牙协议就会自动扫描蓝牙设备，并交换信息 蓝牙技术在测控领域的研究开发 互相知晓彼此的功能，然后建立连接。如果有必要的话，还可以 加密用以在传输时保护一些敏感的数据。而且这些设备并不需要 在直视的视线情况下，也可以进行通信。 图1 蓝牙系统构成 蓝牙系统的构成如图l ，由一个无线单元、一个链路控制单 元和一个具有链路管理及主机终端接口功能的支持单元构成。其 具体技术指标和系统参数 5 9 如表1 。 表1蓝牙技术指标和系统参数 工作频段i s m 频段，2 4 0 2 2 4 8 0 g i - i z 戳上口a全双工，时分双工 业务类型 支持电路交换和分组交换 数据传输速率 1 m b i t s 非同步信道传输 非对称连接时7 2 1 5 7 6 k b i t s ，对称连接时4 3 3 9 k i 逛t s 速率 发射功率 6 4 k b i t s 发射距离 一般为l o 厘米1 0 米，增加功率情况下可达1 0 0 米 跳频频道数7 9 个，每个频道带宽1 m h z 频道带宽 1 m i , - i z _ _ 1 4 0 k h z ( 1 电平) ，1 7 5 k l i z ( 0 电平) 跳频速率1 6 0 0 次，s 工作模式活动，侦听保持，休眠 数据连接方式 同步定向连接s c o 业务，异步无连接a c l 业务 纠错方式1 3 f e c ，2 3 f e c ，a r q 鉴权 采用反应逻辑算术 信道加密采用0 位、4 0 位、6 0 位密钥 调试技术 二进制g f s k ( b t = 0 5 ，0 2 8 1 1 0 3 5 ) 语音编码方式p c m ，c v s d 接收机灵敏度 7 0 d b m0 1 位误差率( b e r ) 2 3 蓝牙协议栈 蓝牙技术的主要目的就是使符合该规范的各种设备能够互 通，这就要求本地设备和远端设备使用相同的协议。因此，蓝牙 协议是蓝牙技术规范的重点部分。 蓝牙技术在测控领域的研究开发 互相知晓彼此的功能，然后建立连接。如果有必要的话，还可以 加密用以在传输时保护一些敏感的数据。而且这些设备并不需要 在直视的视线情况下，也可以进行通信。 图1 蓝牙系统构成 蓝牙系统的构成如图l ，由一个无线单元、一个链路控制单 元和一个具有链路管理及主机终端接口功能的支持单元构成。其 具体技术指标和系统参数 5 9 如表1 。 表1蓝牙技术指标和系统参数 工作频段i s m 频段，2 4 0 2 2 4 8 0 g i - i z 戳上口a全双工，时分双工 业务类型支持电路交换和分组交换 数据传输速率 1 m b i t s 非同步信道传输 非对称连接时7 2 1 5 7 6 k b i t s ，对称连接时4 3 3 9 k i 逛t s 速率 发射功率 6 4 k b i t s 发射距离一般为l o 厘米1 0 米，增加功率情况下可达1 0 0 米 跳频频道数7 9 个，每个频道带宽1 m h z 频道带宽1 m i , - i z _ _ 1 4 0 k h z ( 1 电平) ，1 7 5 k l i z ( 0 电平) 跳频速率1 6 0 0 次，s 工作模式活动，侦听保持，休眠 数据连接方式同步定向连接s c o 业务，异步无连接a c l 业务 纠错方式1 3 f e c ，2 3 f e c ，a r q 鉴权采用反应逻辑算术 信道加密采用0 位、4 0 位、6 0 位密钥 调试技术二进制g f s k ( b t = 0 5 ，0 2 8 m o v e n e x t0 ： m o s e t 一 a d d n e w0 f l o a tf l o a t v ： f l o a t v = l o n g v ： 增加一条新的数据 将电压值转换成浮点型加入数据库 mp s e t - mc o l u m n l = f l o a t v 1 0 0 0 ： 添加电压值对应时刻 c o l e d a t e t i m ec u r t i m e = c o l e d a t e t i m e ：g e t c u r r e n t t i m e ( ) md s e t - mc o l u m n 2 = c u r t i m e ： mp s e t 一 u p d a t e0 ： m _ p s e t - m o v e l a s t0 ：指向最新数据 u p d a t e d a t a ( f a l s e ) ： 显示最新数据 ( 4 ) 波形显示模块 波形显示能让用户更直观地观察数据，它现在已是仪器中不 可缺少的部分。在这个程序中，波形的实时显示是通过在o n t i m e 函数中加入i n v a l i d a t e r e c t ( r c ) 不断重画图形处理对话框的绘 图部分来实现的。绘图的主要子程序如框图所示。另外波形还可 以放大、缩小或者上下左右移动来显示。 h d ch d c = ：g e t d c ( m _ h w n d ) ； 得到绘图设备 m _ d a t a w a v e s w a p 保存的是上一次绘画的y 坐标 m _ d a t a w a v e 保存的是此次绘画的y 坐标 i n tn i n d e x = 3 9 9 ： w h i l e ( n i n d e x = 0 ) f 从原始背景图片中相应的点获得原始像素值 c o l 0 f 氓e fc r = ：o e t p i x e lf m _ h d c _ b k ， n l n d e x + 1 0 3 ， 4 7 4 一md a t a w a v e s w a p n l n d e x ) ： 蓝牙技术在测控领域的研究开发 恢复上次绘画点为原始值 ：s e t p i x e l ( h d c ，n l n d e x + 1 0 3 ， 4 7 4 一md a t a w a v e s w a p n i n d e x ，c r ) ： 在此次绘画点绘厕 ：s e t p i x e l ( h d c ，n i n d e x + 1 0 3 ， 4 7 4 一m _ d a t a w a v e n i n d e x ，r g b ( 2 5 5 ，0 ，0 ) ) n l n d e x 一一： r e l e a s e d c ( m _ h w n d ，h d c ) 6 3 3 终端与终端的无线文件传输 为了方便测控信息的集中控制和传递，终端与终端也可以通 过蓝牙技术进行通信。蓝牙无线文件传输软件可以通过蓝牙技术 在终端于终端之间传输测控信息文件或其它文件。其界面如图 1 8 所示。 进行文件发送的过程如下：首先，启动从机，按“开始”按 钮，直到系统状态为“等待主机连接”：然后，启动主机，按“开 始”按钮，系统状态依次为“打开串口”、“蓝牙初始化”、“查询 本地地址”、“查询远端地址”和“连接从机成功”；第三步，按 “文件路径”按钮，选择要发送的文件；第四步，按“发送文件” 按钮，则主机和从机的进度条上将会显示发送的进度情况，发送 完毕后，主机和从机的系统状态相应为“发送文件完毕”和“接 受文件完毕”。 图2 3 蓝牙无线传输界面 蓝牙技术在测控领域的研究开发 恢复上次绘画点为原始值 ：s e t p i x e l ( h d c ，n l n d e x + 1 0 3 ， 4 7 4 一md a t a w a v e s w a p n i n d e x ，c r ) ： 在此次绘画点绘厕 ：s e t p i x e l ( h d c ，n i n d e x + 1 0 3 ， 4 7 4 一m _ d a t a w a v e n i n d e x ，r g b ( 2 5 5 ，0 ，0 ) ) n l n d e x 一一： r e l e a s e d c ( m _ h w n d ，h d c ) 6 3 3 终端与终端的无线文件传输 为了方便测控信息的集中控制和传递，终端与终端也可以通 过蓝牙技术进行通信。蓝牙无线文件传输软件可以通过蓝牙技术 在终端于终端之间传输测控信息文件或其它文件。其界面如图 1 8 所示。 进行文件发送的过程如下：首先，启动从机，按“开始”按 钮，直到系统状态为“等待主机连接”：然后，启动主机，按“开 始”按钮，系统状态依次为“打开串口”、“蓝牙初始化”、“查询 本地地址”、“查询远端地址”和“连接从机成功”；第三步，按 “文件路径”按钮，选择要发送的文件；第四步，按“发送文件” 按钮，则主机和从机的进度条上将会显示发送的进度情况，发送 完毕后，主机和从机的系统状态相应为“发送文件完毕”和“接 受文件完毕”。 图2 3 蓝牙无线传输界面 蓝牙技术在测控领域的研究开发 图1 8 终端与终端时序图 程序内部的时序，可以由图2 4 所示。首先，主机向从机建立 连接，主机打开文件，向从机发送文件名和文件长度信息；然后， 主机读取1 k 大小的文件数据，发送给从机，从机在捕获到串口 事件后，读取发送过来的数据，并解析数据包，保存数据到文件 中，此为一个循环；依次循环，主机将文件全部发送给从机，从 机保存文件，发送过程成功结束。 下面我们通过介绍主机部分流程图和从机数据接受部分流程 图，更好的解析蓝牙的应用程序框架。 ( 一) 主机部分流程 主机工作如下： ( 1 ) 打开串口，初始化本地蓝牙设备； ( 2 ) 向远端设备提出连接、建立连接； ( 3 ) 打开文件，读取文件名称、长度，并发送给远端蓝牙设备； ( 4 ) 读取一包数据并通过蓝牙信道发送； ( 5 ) 判断文件是否读完，然后读取下一包数据，直至结束。 蓝牙技术在测控领域的研究开发 图2 0 主机部分软件流程图 ( 二) 接受方数据整理流程图 从机工作如下： ( 1 ) 打开串口，初始化本地蓝牙设备； ( 2 ) 等待远端设备提出连接、建立连接； ( 3 ) 接收文件名称、长度并新建文件； ( 4 ) 读取数据并进行存储； ( 5 ) 判断文件是否接收完，然后等待下一包数据，直至结束。 由于蓝牙接受数据的异步性，导致了发送过来的一包数据可能分 散成多个散包。因此，在接受方，散包的整理、组合成为主要的 工作。接受程序采用了缓存链表的方式来动态扩展数据存储。 蓝牙技术在测控领域的研究开发 0 n r e e e i v e ( c h a r * s z v a t a ，u i n tn l e n ) s z d a t 8 一接收到的蓝牙数据包 n l e n 一蓝牙数据包长度 图2 1 接收方软件流程图 小结：本章对h c i - r s 2 3 2 标准和指令进行研究，具体分析了蓝 牙设备初始化、蓝牙设备查询、设备连接和数据传输等指令集。 具体采用r s 2 3 2 物理接口，通过h c i r s 2 3 2 指令完成蓝牙测控 模型中前端和终端的主机( 单片机、p c 机) 与蓝牙模块通信的软 件部分，具体包括( 1 ) 前端单片机的测量、显示；( 2 ) 终端p c 机 的数据显示、数据库管理；( 3 ) 前端与终端的通信；( 4 ) 终端与终 端的通信。 蓝牙技术在测控领域的研究开发 0 n r e e e i v e ( c h a r * s z v a t a ，u i n tn l e n ) s z d a t 8 一接收到的蓝牙数据包 n l e n 一蓝牙数据包长度 图2 1 接收方软件流程图 小结：本章对h c i - r s 2 3 2 标准和指令进行研究，具体分析了蓝 牙设备初始化、蓝牙设备查询、设备连接和数据传输等指令集。 具体采用r s 2 3 2 物理接口，通过h c i r s 2 3 2 指令完成蓝牙测控 模型中前端和终端的主机( 单片机、p c 机) 与蓝牙模块通信的软 件部分，具体包括( 1 ) 前端单片机的测量、显示；( 2 ) 终端p c 机 的数据显示、数据库管理；( 3 ) 前端与终端的通信；( 4 ) 终端与终 端的通信。 蘸牙技术在测控领域的研究开发 第七章蓝牙开发工具 在蓝牙系统实际开发过程中，常常需要借助于一定的开发工 具( 包含硬件开发板和调试软件包) 来协助开发。开发具有我国 自主知识产权的蓝牙产品具有重要意义。对于大多数用户而言， 是将蓝牙模块集成到自己的产品中，着力开发其应用部分。在开 发时，通常会借助一定的开发工具。目前，蓝牙的开发装置已有 一些商品化的产品，如爱立信公司的e b s k 等。然而这些装置虽 然很成熟，但是都是基于p c 机上的开发，价格昂贵。本章给出 了自行设计的简易的蓝牙开发工具( 包括硬件电路板和软件包) ， 使用该工具可以方便的进行基于p c 机和单片机的蓝牙上层协议 的开发。 7 1 硬件板组成 图2 2 所示，为整个蓝牙开发装置的硬件结构框图，该装置 可以通过选择开关分别选择蓝牙模块与单片机连接和蓝牙模块 与p c 机的连接；同时当蓝牙模块与单片机相连时，还可以通过 p c 机来观察单片机的串口输入输出值，更方便单片机的调试。 开发装置的硬件原理图参见附录。下面具体分为蓝牙模块与p c 机连接、蓝牙模块与单片机连接、单片机与p c 连接三个方面进 行介绍。 图2 2 开发装置的系统框图 蓝牙模块与p c 机连接：蓝牙模块通过电平转换1 d a x 2 3 2 与 p c 机相连接。m a x 2 3 2 的r x d 与t x d 分别与蓝牙模块的t x d 和r x d 蘸牙技术在测控领域的研究开发 第七章蓝牙开发工具 在蓝牙系统实际开发过程中，常常需要借助于一定的开发工 具( 包含硬件开发板和调试软件包) 来协助开发。开发具有我国 自主知识产权的蓝牙产品具有重要意义。对于大多数用户而言， 是将蓝牙模块集成到自己的产品中，着力开发其应用部分。在开 发时，通常会借助一定的开发工具。目前，蓝牙的开发装置已有 一些商品化的产品，如爱立信公司的e b s k 等。然而这些装置虽 然很成熟，但是都是基于p c 机上的开发，价格昂贵。本章给出 了自行设计的简易的蓝牙开发工具( 包括硬件电路板和软件包) ， 使用该工具可以方便的进行基于p c 机和单片机的蓝牙上层协议 的开发。 7 1 硬件板组成 图2 2 所示，为整个蓝牙开发装置的硬件结构框图，该装置 可以通过选择开关分别选择蓝牙模块与单片机连接和蓝牙模块 与p c 机的连接；同时当蓝牙模块与单片机相连时，还可以通过 p c 机来观察单片机的串口输入输出值，更方便单片机的调试。 开发装置的硬件原理图参见附录。下面具体分为蓝牙模块与p c 机连接、蓝牙模块与单片机连接、单片机与p c 连接三个方面进 行介绍。 图2 2 开发装置的系统框图 蓝牙模块与p c 机连接：蓝牙模块通过电平转换1 d a x 2 3 2 与 p c 机相连接。m a x 2 3 2 的r x d 与t x d 分别与蓝牙模块的t x d 和r x d 蓝牙技术在测控领域的研究开发 连接。p c 机通过串口写程序向蓝牙模块输入指令或数据，通过 串口读程序了解蓝牙模块的输出和返回。 蓝牙模块与单片机连接：单片机的r x d 与t x d 可以直接分别 与蓝牙模块的t x d 和r x d 连接。单片机通过串口写程序向蓝牙模 块输入指令或数据，通过串口读程序了解蓝牙模块的输出和返 回。 单片机与p c 连接：单片机通过电平转换m a x 2 3 2 与p c 机相 连接。p c 机的串口读写程序知道单片机串口的输入输出值。这 个在调试蓝牙与单片机通信时很重要，可以知道单片机接收蓝牙 输出及单片机发给蓝牙的数据是否正确。 7 2 调试软件包 蓝牙模块与主机( p c 机单片机) 之间通过r s 2 3 2 接口来进 行通信，为了继续开发编程调试的方便，设计了蓝牙模块连接的 调试软件包，来监控r s 2 3 2 接口的数据流。该软件包可以通过人 工或自动来完成蓝牙模块初始化、连接、发送数据等命令，并将 发送和接受的数据显示，还可以人工输入未使用过的指令进行调 试。这样通过每一步测试，可更方便的进行上层软件的开发和调 试。 7 2 1 软件界面功能介绍 软件包界面如图2 3 。总体来说，软件可以分为四个部分： 串口设定、自动调试、人工调试和程序状态。串口设定用来设定 串口、波特率、数据格式等；自动调试对已调试成功并封装指令 集如蓝牙设备初始化、本地蓝牙地址读取、远端蓝牙地址读取、 建立连接以及发送数据等进行调试；人工调试通过向串口输入指 令来调试蓝牙，可以通过知道指令每一步输入输出值来判断调试 的结果，同样根据需要也可以将不断调试好的指令进行封装；程 蓝牙技术在测控领域的研究开发 连接。p c 机通过串口写程序向蓝牙模块输入指令或数据，通过 串口读程序了解蓝牙模块的输出和返回。 蓝牙模块与单片机连接：单片机的r x d 与t x d 可以直接分别 与蓝牙模块的t x d 和r x d 连接。单片机通过串口写程序向蓝牙模 块输入指令或数据，通过串口读程序了解蓝牙模块的输出和返 回。 单片机与p c 连接：单片机通过电平转换m a x 2 3 2 与p c 机相 连接。p c 机的串口读写程序知道单片机串口的输入输出值。这 个在调试蓝牙与单片机通信时很重要，可以知道单片机接收蓝牙 输出及单片机发给蓝牙的数据是否正确。 7 2 调试软件包 蓝牙模块与主机( p c 机单片机) 之间通过r s 2 3 2 接口来进 行通信，为了继续开发编程调试的方便，设计了蓝牙模块连接的 调试软件包，来监控r s 2 3 2 接口的数据流。该软件包可以通过人 工或自动来完成蓝牙模块初始化、连接、发送数据等命令，并将 发送和接受的数据显示，还可以人工输入未使用过的指令进行调 试。这样通过每一步测试，可更方便的进行上层软件的开发和调 试。 7 2 1 软件界面功能介绍 软件包界面如图2 3 。总体来说，软件可以分为四个部分： 串口设定、自动调试、人工调试和程序状态。串口设定用来设定 串口、波特率、数据格式等；自动调试对已调试成功并封装指令 集如蓝牙设备初始化、本地蓝牙地址读取、远端蓝牙地址读取、 建立连接以及发送数据等进行调试；人工调试通过向串口输入指 令来调试蓝牙，可以通过知道指令每一步输入输出值来判断调试 的结果，同样根据需要也可以将不断调试好的指令进行封装；程 蓝牙技术在测控领域的研究开发 连接。p c 机通过串口写程序向蓝牙模块输入指令或数据，通过 串口读程序了解蓝牙模块的输出和返回。 蓝牙模块与单片机连接：单片机的r x d 与t x d 可以直接分别 与蓝牙模块的t x d 和r x d 连接。单片机通过串口写程序向蓝牙模 块输入指令或数据，通过串口读程序了解蓝牙模块的输出和返 回。 单片机与p c 连接：单片机通过电平转换m a x 2 3 2 与p c 机相 连接。p c 机的串口读写程序知道单片机串口的输入输出值。这 个在调试蓝牙与单片机通信时很重要，可以知道单片机接收蓝牙 输出及单片机发给蓝牙的数据是否正确。 7 2 调试软件包 蓝牙模块与主机( p c 机单片机) 之间通过r s 2 3 2 接口来进 行通信，为了继续开发编程调试的方便，设计了蓝牙模块连接的 调试软件包，来监控r s 2 3 2 接口的数据流。该软件包可以通过人 工或自动来完成蓝牙模块初始化、连接、发送数据等命令，并将 发送和接受的数据显示，还可以人工输入未使用过的指令进行调 试。这样通过每一步测试，可更方便的进行上层软件的开发和调 试。 7 2 1 软件界面功能介绍 软件包界面如图2 3 。总体来说，软件可以分为四个部分： 串口设定、自动调试、人工调试和程序状态。串口设定用来设定 串口、波特率、数据格式等；自动调试对已调试成功并封装指令 集如蓝牙设备初始化、本地蓝牙地址读取、远端蓝牙地址读取、 建立连接以及发送数据等进行调试；人工调试通过向串口输入指 令来调试蓝牙，可以通过知道指令每一步输入输出值来判断调试 的结果，同样根据需要也可以将不断调试好的指令进行封装；程 蓝牙技术在澳0 控领域的研究开发 序状态可以看到运行结果和出错原因，便于调试。 图2 3 调试软件界面 7 2 2 使用方法 硬件部分电路连接： 当进行蓝牙与p c 机的调试时，硬件选择蓝牙模块、k a l x 2 3 2 和p c 机。将蓝牙模块通过1 舱x 2 3 2 与p c 机连接，使蓝牙模块与 p c 机之间通信。 当进行蓝牙与单片机的调试时，硬件选择蓝牙模块、m a x 2 3 2 、 p c 机、单片机。蓝牙模块与单片机相连，另外p c 机与单片机通 过m a x 2 3 2 相连，使单片机不仅可以与蓝牙模块通信，还可以通 过p c 机看到单片机的输入输出。 软件调试都相同，它们都是通过p c 机进行的，步骤也一样， 具体如下： l 设定串口通信参数，一般蓝牙模块默认波特率为5 7 6 0 0 b p s ， 数据位为8 位，无校验位，1 位停止位。 2 选择设备的主从方式，主设备首先提出连接，从设备是被连 蓝牙技术在澳0 控领域的研究开发 序状态可以看到运行结果和出错原因，便于调试。 图2 3 调试软件界面 7 2 2 使用方法 硬件部分电路连接： 当进行蓝牙与p c 机的调试时，硬件选择蓝牙模块、k a l x 2 3 2 和p c 机。将蓝牙模块通过1 舱x 2 3 2 与p c 机连接，使蓝牙模块与 p c 机之间通信。 当进行蓝牙与单片机的调试时，硬件选择蓝牙模块、m a x 2 3 2 、 p c 机、单片机。蓝牙模块与单片机相连，另外p c 机与单片机通 过m a x 2 3 2 相连，使单片机不仅可以与蓝牙模块通信，还可以通 过p c 机看到单片机的输入输出。 软件调试都相同，它们都是通过p c 机进行的，步骤也一样， 具体如下： l 设定串口通信参数，一般蓝牙模块默认波特率为5 7 6 0 0 b p s ， 数据位为8 位，无校验位，1 位停止位。 2 选择设备的主从方式，主设备首先提出连接，从设备是被连 蓝牙技术在测控领域的研究开发 接的对象。 3 选择操作方式，“自动”是自动对已经封装的指令集按步骤 调试，“人工”是自己写入需要的指令来进行调试。 4 打开串口，可以开始测试蓝牙设备，以上都是开始的设定 工作。 5 “自动”按步骤进行蓝牙设备初始化、读取本地蓝牙地址、 远端蓝牙地址读取、建立连接、发送数据的调试。“自动”向串 口输入指令，观察串口的输出进行调试，如果调试成功，可以将 该指令封装入“自动”指令集内。 7 2 3 软件流程框图 该软件的“人工输入”部分为简