基于藍牙技術的網絡化傳感器設計與實現

相關專題: 無線 愛立信 芯片

  摘要:以傳感器接口標準IEEE1451. 2為基礎,介紹了無線網絡化傳感器實現的一些具體技術要點,提出了一種基于藍牙協議的無線網絡化傳感器結構模型,并給出了基于該模型開發(fā)的一個實驗室遠程測溫裝置的具體軟、硬件實現,最后探討了該裝置在病人遠程監(jiān)護中的應用。

 

  在測控系統(tǒng)中,傳感器作為信息采集必不可少的裝置,實現其網絡化是當前的熱點研究問題。當前大多數測控系統(tǒng)中,傳感器多是采用有線方式,但是在一些特殊情況下,有線線纜連接顯然會造成很多不便,不能夠滿足現實需要。隨著新興無線技術(如藍牙技術)的發(fā)展以及其芯片價格的降低,無線方式在很多場合都得到應用以取代原有的有線接口方式。無線網絡化傳感器勢必成為傳感器發(fā)展的一個重要方向。筆者在介紹IEEE1451. 2和藍牙技術的基礎上,提出了一種基于藍牙協議的無線網絡化傳感器結構模型,并著重討論基于該模型開發(fā)的模擬實驗裝置的實現及其在病人遠程監(jiān)護中的應用。

 

  1 基于IEEE1451. 2和藍牙協議的無線網絡化傳感器

 

  1. 1 IEEE1451. 2標準

  IEEE1451. 2作為智能傳感器接口模塊標準,它提供了將傳感器和變送器實現網絡化的接口標準,采用通用的A /D 或D /A 轉換裝置作為傳感器的I/O 接口,將各種傳感器模擬量轉換成標準規(guī)定格式的數據,連同一個小存儲器———傳感器電子數據表( TEDS,transducer electronic data sheet)與標準規(guī)定的處理器目標模型———網絡適配器(NCAP, network capable ap2p lication p rocess)連接,如此,數據可以按網絡規(guī)定的協議連接入網絡。該標準的結構模型提供了一個連接智能變送器接口模型( STIM, smart transducer interfacemodule)和NCAP的10線標準接口———變送獨立接口(TII, transducer independence interface) 。其工作流程是敏感元件輸出的模擬信號經A /D轉換及相應數據處理(濾波、校準)后,由網絡處理裝置根據程序設定和網絡協議(TCP / IP)將其封裝成數據幀,通過網絡接口傳到網絡上。

  1. 2 藍牙技術

  藍牙技術作為一種新的短距離無線通信協議,提供了一種無線數據與語音通信的開放標準,它具有許多特有的優(yōu)勢:很強的移植性,可應用于多種通信場合;硬件集成電路應用簡單,成本低廉,實現容易,且易于推廣;藍牙功耗低,對人體危害小;藍牙采用擴頻跳頻技術,抗干擾能力強,增加了信息傳輸的安全性。藍牙技術正以其特有的優(yōu)勢引起許多專家學者的廣泛關注。

  1. 3 傳感器結構模型

  基于IEEE1451. 2的有線網絡化傳感器結構模型包含STIM、TII和NCAP 三部分。而本設計的基于IEEE1451. 2和藍牙協議的無線網絡化傳感器,采用藍牙模塊替代TII實現無線連接,類似于實現了一個無線的STIM和無線NCAP接收終端的模式,它們以點對多點方式在藍牙匹克網以主從方式實現相互通信。

  STIM通過無線的NCAP接入以太網( Ethernet)或In2ternet,同時NCAP通過分配的IP地址與網絡相連,如圖1所示。與典型的有線方式相比,上述無線網絡模型增加了兩個藍牙模塊,對于藍牙模塊部分,標準的藍牙對外接口電路一般使用RS232或USB 接口,而TII是一個控制鏈接到它的STIM的串行接口,因此必須設計一個類似于TII接口的藍牙電路,構造一個專門的處理器來完成控制STIM和轉換數據到藍牙主控制接口(HCI, host control interface)的功能。硬件實現上可以采用接口模塊,軟件實現上可以采用標準的STIM軟件模塊: STIM 模塊、STIM 傳感器接口模塊、TII模塊、TEDS模塊以及地址和函數模塊。

 

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  2 模擬實驗裝置的實現

 

  下面以實驗室開發(fā)的模擬裝置為例來說明該傳感器的實現。該裝置的結構框圖如圖2所示,利用前端無線STIM中的MCU 定時采集溫度傳感器中的溫度值,經藍牙無線網絡將數據傳送至NCAP。NCAP將存放于特定的位置,當有瀏覽器要查看該數值時,將該數值嵌入到相應的網頁程序中,并對整段程序進行TCP /IP封裝處理,傳送到客戶端的瀏覽器上。

 

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  2. 1 STIM的實現

  STIM中MCU 采用的是AD 公司的微轉換芯片ADμC812。該芯片內有一個8052兼容的微處理器,遵從IEEE1451. 2標準,利用芯片ADμC812內部的640 B的數據存儲器作為可重復寫的TEDS存儲,利用內部的一個通道12位的ADC實現A /D轉換以及通過芯片內的UART串行口實現與藍牙模塊的通信。藍牙模塊選用的是支持點對多點的愛立信ROK 101 008 系列,同時該模塊自帶射頻微帶天線。ROK 101 008 藍牙模塊內部結構遵從藍牙規(guī)范1. 1,其內部基帶控制器同樣提供了UART接口。藍牙模塊內部提供了主機控制器接口(HCI)來實現對藍牙硬件訪問的統(tǒng)一接口,結合RS232串口就可以實現主控制器和主機之間在傳輸層上的數據通信,基帶和射頻則提供了上層的鏈接和服務。同時,ADμC812還應完成對溫度傳感器的初始化、數據采集和處理。

 。1)溫度傳感器DS18B20接口和驅動。

  溫度傳感器選用的是DS18B20, 該溫度芯片是DALLAS公司生產的一線式數字溫度傳感器,主要由4部分組成: 64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。ROM中的64位序列號是該DS18B20 的地址序列碼, ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同,這樣就可以實現一根總線上掛接多個DS18B20 的目的。主機控制DS18B20完成溫度轉換必須經過3個步驟:初始化、ROM操作指令、存儲器操作指令。其工作流程是: 初始化→ROM操作指令→存儲器操作指令→數據傳輸,工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序。操作時必須先啟動DS18B20開始轉換,再讀出溫度轉換值。其硬件接口如圖3所示。

 

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