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1、基于蓝牙的工业开关量传送系统摘 要传统的工业数据通信采用有线线缆进行信息的传输，但繁琐的布线会带来诸多不便特别是某些应用场合，不允许布线或无法布线，如工业现场通常环境恶劣，高温、潮湿、在有的工业环境中还存在运动或者旋转的设备中，走线十分不方便，寻找一种短距离无线通信技术来解决工业现场问题成为了一种需要。蓝牙技术是一种无线数据和语音通信的开放性全球规范，其目的是实现设备之间低成本、低功耗的无线连接。随着蓝牙技术的迅速发展和逐渐成熟，将蓝牙运用到工业数据通信系统成为了可能。本文主要基于蓝牙文件传输协议栈的基础上，研究了利用蓝牙技术进行工业现场数据（工业开关量）的传输，具体实现了在脱离PC情况下蓝牙
2、设备之间数据的通信以及PC机与蓝牙设备之间的通信。为在恶劣的工业坏境中数据传输中存在的问题提供了一种解决方案。关键词：蓝牙，蓝牙协议 ，BlueCore4 ，工业现场Industrial Switch Data Delivery System Based on BluetoothABSTRACTThe traditional industrial data communication is using cable for information transmission, but tedious wiring will bring a lot of inconvenience especial
3、ly in some applications, such as industrial site usually environment is bad, and high temperature, moisture, in some industrial environment also there is movement of or rotating equipment, which is not convenient wiring, It is necessary that looking for wireless communication to solve the industrial
4、 site issues.Bluetooth is a wireless data and voice communications the openness of the global standard, its purpose is achieving between equipments of low power consumption, low cost wireless connection. With Bluetooth technology rapid development and mature gradually, Bluetooth will be applied to i
5、ndustrial data communication system. This paper is mainly based on Bluetooth transfer protocol stack, and with the study on Bluetooth technology for industrial field data (industrial switch quantity) transmission, the specific implementation from the PC to PC and the communication between the Blueto
6、oth devices. It provides a data communication solution in bad industrial situations.KEY WORDS：Bluetooth, Bluetooth Protocol, BlueCore4目 录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1 研究目的与意义11.2 国内外发展现状11.3 研究内容22 蓝牙概述32.1 蓝牙起源32.2 几种WLAN技术的比较32.3 各公司蓝牙模块53 蓝牙协议栈架构及其组成73.1 蓝牙协议栈的结构体系73.1 蓝牙无线射频73.2 蓝牙链路管理器和基带83.2.1 蓝牙微网和物理
7、链路83.2.2 地址格式93.2.3 蓝牙分组格式103.2.4 蓝牙设备操作状态及转换103.2.5 蓝牙基带加密与鉴权113.3 蓝牙链路管理器协议LMP123.4 逻辑链路控制和适配协议L2CAP123.4.1 L2CAP概述133.4.2 L2CAP分组格式133.5 服务发现协议SDP143.5.1 服务发现协议概述153.5.2 服务发现协议数据单元格式153.6 替代电缆协议（RFCOMM）163.6.1 RFCOMM概述163.6.2 RFCOMM服务接口164 系统硬件部分设计184.2 蓝牙主控模块BC04184.3 串口通信电路设计204.3.1串口通信概念204.3.
8、2常用的串口通信接口标准214.2.3 RS232接口标准详解224.4 下载接口SPI设计244.5 电源电路设计255 系统软件部分设计285.2 软件开发平台305.3 软件功能概述315.4 软件文件说明32结论34致谢35参考文献36附录37附录39 1 绪论各种新技术、新器件、新理论的出现和计算机网络的飞速发展，必将给数据采集传输技术的发展和应用提供广阔的天地。数据采集与传输方式朝复合式、多样性发展。近年来短距离无线与移动通信相继突起，WLAN、蓝牙技术、移动Ad Hoc网以及超宽带（UWB）技术等各种热点技术相继出现，均展现出各自巨大的应用潜力。蓝牙技术作为一种新兴的无线通信技术
9、应用到数据传输系统中，它还可以很方便的连接Internet/Intranet中，与网络配合来实现远程数据采集与传输，这将极大的节约数据传输的成本，尤其是对资金密集型的民用航空业来说。进一步融合EMIT（嵌入式微型因特网互联技术）和ECS（嵌入系统）技术，使现场数据传输子系统的智能化程度得到提高，且能够更方便的与远程数据采集与分析中心建立起通信渠道。随着微处理器和嵌入式技术的发展，数据传输系统的I/O系统的智能化程度将进一步提高，使整个系统的实时性性能提高；同时，高智能化的数据传输子系统可以很方便地通过Internet/Intranet将通信距离无限扩展。1.1 研究目的与意义传统的数据传输系统
10、的采集端和控制端是以有线的形式连接的，数据分析处理大多在工控机及PC上实现，存在布线复杂，开发周期长等问题。随着信息技术的发展，现代数据传输技术的发展对系统的可移动性和无缆性的要求空前提高。嵌入式系统应用与研究发展现状在现在日益信息化的社会中，计算机和网络已经全面渗透到日常生活的每一个角落。各种各样的新型嵌入式系统设备在应用数量上已经远远超过通用计算机。在工业和服务领域中，由于工业控制现场有各种噪声干扰无线通信，所以采用FHSS跳频方式实现双向无线数据传输，以达到信号可靠地传输到目的地。系统有蓝牙主单元和从设备单元组成，经查询扫描建立连接后可进行双向数据通信，将需要控制的开关量通过无线可靠地传
11、输到远端的接收模块和相应的上位计算机当中。实现了有线电缆替代。适合于一些危险场所和人员不宜接近设备的控制和无线数据传输。同时，该系统也可应用于其他数据采集和传输行业，具有广大的市场前景。1.2 国内外发展现状目前，不但不同类型数据网与计算机之间软件不兼容成为发展障碍，而且开发的数据应用软件大多为膝上计算机、家提供或者办公等固定的环境中使用，无线数据和无线网路通信量的比例不到5%。Bluetooth能解决上诉两个问题，能推动固定和移动两个环境之间软件的开发。若再加上支持端有微软的解决方案，将会促进无线短距离数据通信的发展。世界上各大厂商正在积极投入力量进行蓝牙模块的研制与调试。并且一度超过无线局
12、域网芯片的销售量。而国内应用组广泛的是CSR公司的和爱立信公司的蓝牙模块。世界主要的生产蓝牙模块的公司有爱立信的蓝牙模块如ROK101007、DELTA公司的蓝牙模块如DFBM-CF121、AirLogic公司的蓝牙模块。其中最为也能够用广泛的是英国CSR公司生产的BlueCore系列蓝牙芯片，而且一些国际知名品牌如如微软、Panasonic、Audio、NEC、东芝、三星和索尼均已在其蓝牙系列产品中使用了BlueCore。2003年6月CSR公司推出了第三代BlueCore芯片，这是首款支持蓝牙v1.2规范蓝牙芯片。2004年6月29日，CSR PLC公司日前宣布推出第四代蓝牙硅芯片Blue
13、Core4，BlueCore4的数据传输率将比现有的v1.2蓝牙装置快三倍，而且耗电量较低，该产品现已交由主要的OEM客户试用。随后CSR公司相继推出自己的第五代、第六代蓝牙芯片。至现在为止，CSR公司推出了最新的第七代蓝牙芯片BlueCore7，新一代的蓝牙芯片功耗更低，支持最新的蓝牙规范版本,也在语音质量和功率要求方面作了重要改进。.1.3 研究内容 本论文主要着眼于工业现场数据有线传输带来的不便，分析了蓝牙短无线通信的优势，从蓝牙软件协议开始到硬件系统的设计详细介绍了蓝牙技术开发过程。研究分为两个方面：脱离PC机也就是在设备可移动的情况下进行蓝牙设备之间数据的通信；在PC机和蓝牙设备之间
14、数据的通信。2 蓝牙概述2.1 蓝牙起源蓝牙(Bluetooth)原是十世纪统一了丹麦的国王的名字，现取其“统一”的含义，用来命名意在统一无线局域网通讯标准的蓝牙技术。蓝牙技术是爱立信、IBM等5家公司在1998年联合推出的一项无线网络技术，随后成立的蓝牙技术特殊兴趣组织(SIG)来负责该技术的开发和技术协议的制定，用来替代电缆连接便携与固定设备。如今全世界已有1800多家公司加盟该组织，而微软公司也正式加盟并成为SIG组织的领导成员之一。蓝牙是无线数据和语音传输的开放式标准，它将各种通信设备、计算机及其终端设备、各种数字数据系统、甚至家用电器采用无线方式联接起来。蓝牙技术规定了4中物理接口：
15、通用串行接口USB、EIA-232、PC卡及通用异步收发器 UART接口。它的传输距离为10cm-l0m，如果增加功率或是加上某些外设便可达到l00m的传输距离。它工作于无需许可证的工业、科学与医学频段(ISM)，频率范围为2.4G-2.485 GHz 2.4GHz，采用跳频扩频技术（FHSS），使用前向纠错编码、ARQ，TDD和基带协议。TDMA每时隙为0.625us，基带符合速率为1Mb/s。蓝牙支持64Kb/s实时语音传输和数据传输，语音编码为CVSD（连续可变斜率增量调制），发射功率分别为1mW，2.5mW和l00mW，并使用全球统一的48比特的设备识别码。由于蓝牙采用无线接口来代替有线电缆连接，具有很强的移植性，并且适用于多种场合，加上该技术功耗低、对人体危害小，而且应用简单、容易实现，所以易于推广。2.2 几种WLAN技术的比较（1）蓝牙频率：2.4G ISMRF技术：TDD，全双工，FHSS 1600-3200 hop/s，GFSK传输率：1-3Mbps范围：10-100m 特点及应用：耳机、鼠标、键盘、网络接入、AD-HOC网络及各种手持数据通信终端的数据语音的传输（2）802.11频率：2.4G ISMRF技术：FDD，全双工，FHSSDSSS，OFDM传输率：1-54Mbps范围：10-100m
