单芯片蓝牙模块在车载自动收费机中的应用

1、单芯片蓝牙模块在车载自动收费机中的应用        摘要：蓝牙是一种低成本、近距离、低功耗的无线通信标准，他为仪器设备提供了一种无线连接方式。本文介绍了蓝牙模块ROK101 007的特性和车载机的基本结构，分析了目前车载自动收费机数据采集方法存在的问题，在此基础上，提出了基于蓝牙技术的车载机数据无线传输方案。这是一种高速、安全的数据采集方案。     关键词：蓝牙技术；蓝牙模块；车载自动收费机；无线数据采集 1单芯片蓝牙模块ROK101 007介绍   

2、 ROK101 007是Ericsson公司生产的一种能在各式电子设备中实现蓝牙功能的短距离通信的单芯片蓝牙模块。他支持USB，UART和I2C接口，具有声音和数据传输的功能。该蓝牙模块符合蓝牙11版本，并通过了FCC/ETSI类型认证。其模块组成框图如图1所示，该模块主要包括3个部分：射频模块、基带控制器和Flash存储器。    11射频模块蓝牙射频用来实现蓝牙设备间的无线连接，具体要完成频率的合成、基带模块的数据比特信号到无线电信号的转换过滤，并负责将无线电信号以一定的功率和跳频频率发送出去。ROK101 007模块的射频部分是由蓝牙射频芯片PBA31301

3、/2来实现的，该芯片是一个工作在2425 GHz ISM频段的蓝牙通信链的近距离微波频率射频收发器。最大的TXRX数据传输为1 Mb/s，最大限度地利用了无需认证的ISM频段，在可供使用的79个信道(24022480 GHz)之间快速地跳频(1 600个信道/s)。使用GFSK调制，通道带宽是1 MHz，频率偏差在140175 kHz之间。蓝牙射频芯片PBA31301/2包括环路滤波器、压控振荡器、射频专用集成电路、晶体振荡器、接收/发送电路、荡器与射频专用集成电路组成了锁相环电路(PLL)。发送和接收部分共享PLL，数据发送和接收在不同的时隙进行，根据给定的时间PLL可在不同的载波频率上跳变

4、。    12基带控制器13Flash存储器2公交车载自动收费机简介车载收费机用于储值票扣款，采用防水、防尘、防震、防电磁干扰的全密封结构，安装于原有投币箱的上部。主要包括单片机系统、显示、报警、发射接收、看门狗、通讯接口等电路。单片机系统一般选用AT89C52，内含8 kB的E2PROM，便于研制阶段反复调试和修改；为提高系统的可靠性，采用X25045实现硬件看门狗功能，他也提供512 B的E2PROM保存重要的系统参数。每当系统掉电、上电后，通过串行时钟输出端将重要的系统参数读到特定RAM区，使程序恢复正常运行，串行E2PROM93C46保存乘客每次刷卡时扣除

5、的金额等数据。3单芯片蓝牙模块在车载自动收费机中的应用    31蓝牙设备和蓝牙应用系统开发方法    32系统硬件设计根据前面介绍的ROK101 007单芯片蓝牙模块的特性和车载机结构特点，可以将基于蓝牙的车载机数据无线传输系统设计成如图3所示。车载机一侧主机是单片机，属非计算机背景应用方式，应该采用嵌入式开发方法中的第二种方法，即将蓝牙模块嵌入到车载收费机系统，用单片机本身具有的串行发送端TXD和接收端RXD，分别和蓝牙模块的接收端RXD和发送端TXD相连。数据汇总机一侧主机是PC机，属计算机背景应用方式，可以采用模块化设计方法，

6、既可以将蓝牙模块作为添加的附件和插卡与主机(数据汇总机)连接。蓝47牙模块和汇总机的接口可以采用USB接口和串行接口。从长远看，选USB接口更好，一方面，USB接口速度快；另一方面，USB支持PnP(Plug and Play)，即“即插即用”，本系统采用USB接口。如果采用PC标准串行口，则要用MAX232进行电平转换。    33应用系统软件及高层协议模型设计分析开发软件最简单的办法是用现有的协议产品，对于数据传输应用至少需要到RFCOMM(线缆替代协<-参考文献CH(开始)-> 议)层以下，有关蓝牙协议栈的详细情况请参考文献2。对于Linux平台

7、，Axis和IBM Bluedrekar提供了免费的协议栈，对于Windows平台，可以从Cstack免费得到协议栈。车载收费机软件主要在单片机89C52上用汇编语言编程，实现单片机和蓝牙模块之间的数据传递。单片机串口可以采用方式1，通过对蓝牙串口写入HCI指令完成蓝牙设备的初始化、ACL连接和ACL数据传输等，最后将车载机上数据打包成ACL数据包传输给汇总机上的蓝牙模块。汇总机软件部分实现蓝牙硬件的指令软控制、接收和发送数据的后台处理、图形化显示。整个程序可以采用VisualC在PC上实现，通过有效的会话机制实现双方通信。根据本课题应用特点，通信双方要相互传递数据。其中，数据汇总机向车载收费

8、机无线传输的数据有：采集、补采集、校正时间、黑名单下载、设置票价等；车载收费机向汇总机(PC机)无线传输的数据有：日交易现金数据。因而无线传输部分可以采用图4所示的协议栈模型。这种模型可以处理虚拟串行端口抽象替代线缆的所有应用情况，如同2个设备用串行线缆相连一样，通信双方不存在主/从关系，通信设备都是对等的。应用模型中有关各协议的作用及功能请参考文献1，2。4数据传输采集系统安全问题    无线环境的安全性是至关重要的，特别此项应用中，双方传输的主要数据是日交易现金。车载收费机和数据汇总机都必须保证发送和接收数据时对基带物理链路已经进行了加密。所以，必须采用蓝牙链

9、接来对用户进行鉴权，鉴权过程需提供PIN(PersonalIdentificationNumber)或链路密钥，不能完成连接过程将被禁止传输数据业务。对于不同厂家的蓝牙模块，可能还会有其他更高的鉴权要求、加密措施或授权机制。关于蓝牙安全的详细情况请参考文献1，2。5结语上述提出的基于蓝牙技术的数据传输方案有5种特点：采集速度快；通过无线接口传输，不会受污染；非人工的自动化操作；不需要充电；不会出现因采集仪内存不足导致采集失败的情况。是一种高效、可靠、安全、快速的采集方法。随着测控技术的发展，对数据的传输、处理提出了越来越高的要求。蓝牙技术在短距离内用无线接口代替线接口，可以取代仪器之间的复杂连线，因此，蓝牙技术将会引起测控领域较大的发展和变革。此开发方法同样适用于主从无线连接的测控系统和信息家电的开发。参考文献1张禄林蓝牙协仪及其实现M北京：人民邮电出版社，20012Nathan JMullerBluetooth DemystifiedM周正，等译