一種嵌入式的藍牙數據采集系統

摘要:一種基于嵌入式的藍牙數據采集系統，將藍牙無線通信技術和數據采集技術相結合，針對工業現場數據采集過程中，繁雜的線纜、事故隱患的發生，存在著線纜無法完成任務的情況下，構建了以ARM處理器LPC2142和藍牙芯片Rok101008的無線數據采集系統。該系統與其它數據采集器最大的差別在于實現了A/D轉換后數據的無線傳輸，電路結構簡單，集成化、抗干擾，移動性更強，具有較強的實用性，能廣泛應用在環境復雜的工業現場。

關鍵詞:嵌入式系統藍牙技術數據采集

0 引言

藍牙技術是近些年來發展迅速的短距離無線通信技術，數據采集是以傳感器技術、信號檢測與處理、計算機科學與技術為基礎而形成的一門綜合應用技術。現代工業控制和數據采集系統已從傳統電路、微機模式走進嵌入式的系統模式，嵌入式系統在工業數據控制和采集傳輸系統中有著不可替代的作用。針對目前工業現場數據采集過程中，繁雜的線纜給工作帶來不便，甚至是事故發生的隱患，同時存在著線纜無法完成的任務。利用藍牙技術和嵌入式數據采集技術研構建的無線數據采集模塊，可以減少系統間的電纜連接，具有攜帶方便、可靠性高、易擴展、功能強、應用靈活等優點。

1 數據采集系統

1.1 數據采集模塊方案 數據采集模塊的總體方案是通過ARM微處理器上的藍牙芯片發送采樣頻率、采樣信息給數據采集模塊，數據采集模塊接收指令信息，采集數據并以無線方式傳輸給PC機，PC機接收數據后顯示，并進行各種處理。藍牙無線數據采集模塊是無線數據采集的重要組成部分，該模塊由數據采集單元、無線傳輸單元、終端接受單元、電源管理單元四大部分構成。數據采集模塊由電池電源供電，安裝在現場，可脫離系統按指令自動完成數據的采集。輸入信號是傳感器放大器送來的模擬信號，此信號經信號調理電路后送入數據采集芯片TLC2543，然后再傳送到ARM微處理器LPC2142，最后ARM處理器通過串口和藍牙芯片Rok101008連接，從而使數字數據通過藍牙無線傳輸到PC處理器。

1.2 數據采集硬件設計與實現 數據采集硬件主要涉及到的就是ARM微處理器和A/D轉換器的接口以及藍牙和ARM微處理器的接口，其中主要元器件的選擇有兩個:一是嵌入式的處理器芯片，另一個是無線傳輸模塊。下面是數據采集模塊的硬件原理框圖。(如圖1)

LPC2142是基于一個支持實時仿真和嵌入式跟蹤的32/16 位ARM7TDMI-SCPU的微控制器，并帶有32kB和512kB 嵌入式Flash存儲器。由于內置了寬范圍的串行通信接口(從USB2.0全速器件、多個UART、SPI、SSP到I2C總線)和8KB-40kB的片內SRAM，它們也適合通信網關、協議轉換器、軟modem、語音識別、低端成像，為這些應用提供大規模的緩沖區和處理功能。多個32位定時器、1個或2個10位ADC、10位DAC、45個高速GPIO以及多達9個邊沿或電平觸發的外部中斷管腳，使它們特別適用于工業控制系統，而本模塊解決工業控制中一些相關數據采集及處理問題，故選擇該款芯片。

藍牙是無線數據和語音傳輸的開放式標準。它將各種通信設備、計算機及其終端設備、各種數字系統，采用無線方式連接起來。為了優化系統設計，我們選用的藍牙模塊是Ericsson公司的ROK101008藍牙模塊。ROK101008模塊是一種實現藍牙功能的短距離通信模塊。它包含三個主要的部分:基帶控制器、Flash和射頻部分，工作在全球通用2.4GHz～2.480GHz的ISM頻段的射頻模塊。系統可以提供無線標準UART接口，支持多種波特率(如9.6 kbps、19.2 kbps、38.4 kbps、57.6kbps、115.2 1kbps、230.4 kbps、460.8 kbps)。本系統經過測試發現，當速率為57.6 kbps時，藍牙芯片能夠正常工作。

藍牙射頻用來實現藍牙設備之間的無線傳輸，具體要完成頻率的合成，基帶模塊的數據信號到無線電信號的轉換過濾，并負責將無線電信號以一定的功率和跳頻頻率發送出去，該模塊同時支持數據和語音傳輸。ROK101008的設計符合藍牙規范1.0B，通信距離大約為10m左右，支持UART、PCM和I2C三種接口形式，工作電壓Vcc的典型值為3.3V，采用內部晶振和時鐘，外形尺寸為33×17×3mm。本系統中藍牙模塊接口電路如圖2所示。

2 數據采集軟件設計與實現

由于μC/OS-Ⅱ采用C語言和匯編語言，其中絕大部分用C語言，結構非常簡潔，同時μC/OS-Ⅱ是一個基于搶占式的實時多任務內核，可固化、可剪裁、具有高穩定性和可靠性，除此以外，μC/OS-Ⅱ的鮮明特點就是源碼公開，便于移植和維護，其內核提供任務調度與管理、時間管理、任務間同步與通信、內存管理和中斷服務等功能。

μC/OS-Ⅱ具有執行效率高、占用空間小、實時性能優良和可擴展性強等特點，最小內核可編譯至2KB。μC/OS-Ⅱ很適合小型控制系統，非常適合嵌入式技術者使用，故我們采用該系統。

藍牙無線數據采集模塊的軟件主要包括兩大部分:數據采集和藍牙通信。模/數轉換器TLC2453與ARM微處理器LPC2142接口子程序流程圖，該程序主要功能是ARM微處理器LPC2142控制數據采集器，對模擬數據進行采集處理。

軟件平臺μC/OS-Ⅱ主要采用標準的ANSI C語言編寫，與藍牙硬件有關部分使用匯編語言編寫，其中藍牙通信流程有以下幾個功能步驟:藍牙模塊自身初始化端口、初始化藍牙硬件、HCI流量控制設置、查詢、建立連接、進行ACL(Asynchronous ConnectionLess)數據傳輸和斷開連接等。其軟件流程圖如圖3所示。使用嵌入式操作系統時，應用軟件只與上層代碼有關，與處理器無關，在移植時只需與硬件相關的底層函數進行修改。因此系統的可移植性和穩定性得到良好的保障。

3 小結

嵌入式系統的廣泛應用前景和發展潛力使其成為21世紀的應用熱點，它的發展為傳統的測量和控制系統注入了新的活力。

本系統通過對硬件和軟件的應用調試，成功的實現了藍牙數據采集器的設計。該數據采集器能夠精確可以實現8路不同模式(連續模式、點檢模式等)數據采集并通過藍牙把數據無線傳送給上位機，其采集速率最高可達150kHz，數據傳輸速率最高可達460kbps。該系統與其它數據采集器最大的差別在于實現了A/D轉換后數據的無線傳輸，并且使數據采集器的電路結構更為簡單、集成化、抗干擾更強，且比傳統的數據采集器移動性強，具有較強的實用性，能廣泛應用在環境復雜的工業現場，可以替代傳統的有線電纜，有著廣泛地應用前景。

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