藍牙無線抄表傳感器的設計

摘要：基于IEEE1451標準和藍牙協(xié)議提出藍牙無線傳感器結構模型，并就具體的抄表系統(tǒng)完成藍牙傳感器的設計。該傳感器不僅實現(xiàn)了數(shù)據檢測和傳輸?shù)臒o線化，同時也提供了數(shù)據傳輸?shù)目垢蓴_性能。

引言

IEEE1451.2是智能傳感器接口模塊標準。它提供了將傳感器和變送器連接到網絡的接口標準，主要用于實現(xiàn)傳感器的網絡化。IEEE1451.2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(shù)據，連同一個小存儲器—傳感器電子數(shù)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 Application Process）連接。如此，數(shù)據可以按網絡規(guī)定的協(xié)議接入網絡。該標準結構模型提供了一個連接智能變送器的接口模型STIM（Smart Transducer Interface Module）NCAP的10線標準接口—變送獨立接口TII（Transducer Independence Interface）。

圖1

采用上述IEEE1451標準實現(xiàn)傳感器網絡化的同時，無線通信技術被引入原有傳感器以實現(xiàn)無線化也是傳感器當前的研究熱點，是今后傳感器發(fā)展的一個重要方向。尤其隨著藍牙技術應用的失言以及其芯片價格的進一步下調，將藍牙技術引入傳感器以實現(xiàn)傳感器的無線化已成為可能。目前絕大多數(shù)抄表系統(tǒng)中的數(shù)據檢測和傳輸，主要是有線方式進行。本文將給出基于IEEE1451.2和藍牙協(xié)議的無線抄表傳感器的具體實現(xiàn)，以實現(xiàn)抄表系統(tǒng)的無線化。

1 藍牙技術

藍牙技術為藍牙特別興趣小組（SIG，Special Interest Group）在1998年提出。它是一種新的短距離無線通信協(xié)議，是一種無線數(shù)據與語音通信的開放標準，目的是以無線的方式取代現(xiàn)有的有線接口。其優(yōu)勢在于：具有很強的移植性，可應用于多種通信場合；硬件集成應用簡單，成本低廉，實現(xiàn)容易，而且易于推廣；藍牙功耗低，對人體危害��；采用擴頻跳頻技術，抗干擾能力強，增加了信息傳輸?shù)陌踩�性。藍牙系統(tǒng)支持點對點和一點對多點的通信。在一點對多瞇的連接方式中，多個藍牙單元共享一條信道，采用同一跳頻序列。各個藍牙設備構成的網絡稱為匹克網（Piconet）。匹克網中藍牙設備以主從方式實現(xiàn)通信。由于藍牙設備的物理尋址地址為3位，因此在同一時刻，匹克網最多只能激活8位設備（1主7從）；但不同時刻，多個匹克網可以構成一個可重疊的散射網絡結構。藍牙通信的有效半徑和其輸出的功率有關：當輸出功率是2類（2.5mW/4dB）時，通信范圍為15m；如果增加其功率到1類（4mW/20dB）時，就能使通信范圍達到100m。

2 基本標準和協(xié)議的傳感器結構模型

基于IEEE1451.5和藍牙協(xié)議的無線網絡化傳感器由STIM、藍牙模塊和NCAP三部分組成，其體系結構如圖1所示。此方案的實現(xiàn)，相當于在IEEE1451.2的結構模型上取代了原有的TII接口。采用無線的藍牙協(xié)議實現(xiàn)連接，類似于實現(xiàn)了一個無線的STIM和無線NCAP接收終端的模式。通過在原有的STIM和NCAP中嵌入了藍牙模塊，構成的無線NCAP和無線STIM，以點對多點在藍牙匹克網以主從方式實現(xiàn)相互通信。

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(shù)據到藍牙主控制接口HCI（Host Control Interface）的功能。

3 藍虎無線抄表傳感器的設計

基于上述無線傳感器結構模型給出的無線抄表傳感器的結構原理，如圖2所示。整個傳感器核心部件是實現(xiàn)數(shù)據采集的前端STIM部分和實現(xiàn)網絡接口的NCAP部分。STIM完成數(shù)據的采集和處理（濾波、校準等），NCAP完成傳感器的網絡接口，實現(xiàn)對PSTN電話互網連。STIM和NCAP之間用藍牙無線接口連接。STIM選用8位處理器實現(xiàn)，而NCAP的網絡接口通過8位的處理器和內嵌Modem的形式實現(xiàn)。

（1）NCAP部分硬件設計

抄表傳感器NCAP硬件部分選用的處理器、藍牙模塊和內置Modem分別是Winbond公司的W78E58處理器、Erricsson公司ROM 101 008系列藍牙模塊以及OKI公司的調制解調芯片MSM7512B。

圖3

由于系統(tǒng)中藍牙模塊接口采用的是RS232串口，同時處理器和內置Modem的通信接口也要用到RS232串口，因此我們選用W78E58處理器。該處理器具有雙串口。ROK 101 008系列藍牙模塊遵從藍牙1.1規(guī)范，是一個點對多點的通信模塊。該模塊可以同時和在其范圍內被連接的7個藍牙從設備實現(xiàn)數(shù)據傳輸。MSM7512B為OKI公司推出的FSK模式調制解調器芯片，通過設置引腳MOD2和MOD1選擇四種工作模式的一種。MT8888C作為DTMF接收器時，DTMF信號從IN 和IN-輸入，一旦信息被寫入到接收寄存器中，MT8888C將置位狀態(tài)豁口中接收寄存器滿標志位和IRQ/CP端電平來通知控制器準備接收數(shù)據；MT8888C作為DTMF發(fā)送器時，數(shù)據被寫入發(fā)送寄存器，經內部轉換合成DTMF信號從TONE端輸出。本處采用中斷方式檢測DTMF振鈴信號。圖3為藍牙抄表傳感器NCAP部分的硬件電路原理。

（2）抄表傳感器NCAP部分軟件設計

抄表傳感器NCAP部分的軟件設計，主要是在單片機上完成兩部分功能的程序編制：一是初始化藍牙模塊，使抄表傳感器NCAP部分上主設備模塊和所有范圍內的從設備模塊建立連接；二是驅動MSM7512B和MT8888C工作，實現(xiàn)與PSTN的連接。

①藍牙模塊初始化。參照008藍牙模塊的工作方式，即通過單片機向藍牙模塊發(fā)送HCI（Host Contr

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