基于蓝牙技术的嵌入式工业诊断系统

　　蓝牙技术根据网络的概念提供点对点和点对多点的无线链接，使人们能随时随地地进行数据信息的交换与传输。随着各种蓝牙终端设备的普及，如何增加蓝牙设备的互操作性，如何把蓝牙设备接入因特网，以及对蓝牙设备本身的数据分布存储和主控中心集中存储提出了很多新的挑战。

　　本文介绍了一种采用蓝牙技术的嵌入式工业诊断系统，能实时采集终端获取的监控信息（温度，电压等）回传到总控中心，实现了远程报警，和数据采集功能。对于蓝牙技术在工业环境里的实时性，稳定性作了基本的分析。同时试图探索一种平台独立的控制系统，增加系统的独立性和跨平台操作。文章最后探讨了蓝牙技术和TCP/IP协议栈的结合，嵌入式分布数据库的实现和管理。

　　该工业诊断系统具有蓝牙无线通信功能，能够多路采集,实时显示二十四小时工业环境信息存储，采集参数统计分析与诊断，监督报警的功能。管理员可以在总控中心，对各监控节点的数据进行管理，此外，还可以远程控制设备的报警参数，报警时间，探测频率等进行更改设置。系统采用16/32位RISC ARM7DMI为内核的LPC2106芯片和Connectblue公司的Cb-OEMSPA13i蓝牙模块作为主控制处理器模块和蓝牙通信模块。

　　1蓝牙技术

　　蓝牙技术是由爱立信、IBM、Intel、诺基亚、东芝等5家公司于1998年5月联合制定的近距离无线通信技术标准，是一个开放的全球工业标准。其实质内容是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的无线电空中接口(Radio Air Interface)，将通信技术与计算机技术进一步结合起来，提供一种低价位、低功耗、可替代电缆的无线数据和语音链路，使设备能在近距离范围内实现相互通信或操作。该技术采用跳频机制进行数据传送，能极大地提高数据传送的抗干扰性能，工作在全球公众通用的2.4GHz ISM(工业、科学、医学)频段，传输速率为1Mbps，传输距离为10m-100m，可构成最多由8台设备构成的微微网（Piconet），亦可再由多个独立、非同步的微微网（Piconet）拓扑形成分布式网络（Scatternet）。同时信道可采用采用0位、40位、60位密钥加密。目前已由Bluetooth SIG组织制定蓝牙1.2系统国际规范。本系统蓝牙协议栈如图1所示。蓝牙技术在PAN(personal area network)的应用十分广泛，比较熟悉的主要有无线音频的应用，随处可见的蓝牙耳塞大家一定不陌生。但是，蓝牙技术在工业监控方面的应用，目前正全面铺开。在这个领域实现应用，应该说是一个前期探索和研究，但又充满前景的方向。欧洲许多大公司正陆续推出他们的相关解决方案。

　　2芯片概述

　　2.1主控制处理器LPC2106

　　LPC2106是飞利浦带有一个支持实时仿真和跟踪的 ARM7DMI-S 微处理器，嵌入 128KB高速 Flash存储器。 采用3级流水线技术，取指、译码和执行同时进行，能够并行处理指令，提高CPU运行速度。由于具有非常小的尺寸和极低的功耗，非常适用于那些将小型化作为主要要求的应用。多个32位定时器、PWM 输出和32个GPIC使它特别适用于工业控制和小型机器人系统。ARM内核在嵌入式应用领域的绝对占有率无疑让他成为很多工业系统的首选方案。PHILIPS推出的这个低成本的ARM7芯片，同时却包含了比51单片机丰富许多的片上资源。在很多不需要音视频处理的工业控制领域，正逐步替代51单片机，成为未来的趋势。集成网络功能和LCD显示驱动模块的型号（LPC28xx），和针对低成本的LPC210X，成为我们实现该项目设计的最佳选择。

　　2.2蓝牙模块Cb-OEMSPA13i

　　蓝牙模块Cb-OEMSPA13i是ConnectBlue公司集成的有射频收发，基带控制和管理，符合RS232接口协议的蓝牙串口适配器。核心工作电压3-6V。芯片内硬件和固件符合蓝牙规范V1.1。射频发射功率支持CLASS2。输出频率2.402 –2.480 GHz，最大接收频率+14dBm。支持多点传输。基于ConnectBlue强大的工业应用背景，该模块已经在恶劣的工业环境下被大量的应用，针对工业环境做了很多的从硬件到软件的改良和增强，这也是我们选择这个模块的原因。

　　3系统工作原理和总体设计

　　本系统原理框图如图2所示，它的工作原理是：系统由①处采集信号，其中包括两路模拟信号，两路数字信号和两路由温度传感器（PT100）检测出的环境温度信号，这些信号分别送到各自的信号采集和调整模块，针对各种信号的特点和要求进行放大，滤波等处理，并将信号放大调整到一定的幅度，其中信号采集调整过程如图3。信号再经主控制处理器内含的十位A/D转换器把模拟信号转换成数字信号；主控制处理器模块运行嵌入式操作系统和片上信号分析应用软件对数据进行分析处理和阈值比较及报警，同时在用户界面上显示各参数测量分析结果和报警信息，由FLASH ROM模块完成对数据的压缩存储，将重要的数据存入E2PROM（数据库②中存储的是在用户界面上设置的各个参数的阀值信息、报警信息和显示的实时数据。）。PPP协议采用两个循环队列的方式，通过蓝牙无线传输模块功能，将数据实时发送到服务器，得出更为详细的检测报告，以便提供给技术人员作为现场信息的参考评价。此外，管理员可以在服务器端，通过web对各监控节点的数据进行管理，并且远程控制设备的报警参数，报警时间，探测频率等进行设置更改。

　　4 硬件电路

　　硬件电路部分包括信号采集调整模块，ARM7DMI为内核的LPC2106主控制处理器模块,以Connectblue公司的Cb-OEMSPA13i蓝牙模块作为蓝牙无线网络模块，电源管理和重置模块和其他保护、调整电路。各模块具体实现以下功能： 
  

　　1) 信号采集调整模块实现对多信号的拾取，对低频、高频、工频等干扰信号进行滤波和抑制，对模拟量进行放大、零点调整和满量程调整。

　　(2)      主控制处理器模块结合商业嵌入式操作系统和片上采样分析软件实现对模拟信号的A/D模数转换和控制，数字滤波和小波分析，数据计算分析，同时控制和管理硬件部分的每个模块。

　　(3)      存储模块实现各种信号数据的实时存储，可同时存储实时产生的警报。E2PROM具有可擦除，可写入功能，即使系统电源关闭，其上的存储数据也不会丢失。