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技術(shù)文章
閥門電動裝置中將應(yīng)用藍牙技術(shù)
閱讀：2166 發(fā)布時間：2014-12-29
1藍牙協(xié)議棧實現(xiàn)形式
藍牙協(xié)議規(guī)范遵循開放系統(tǒng)互聯(lián)OSI（OpenSystemInterconnection）模型。
藍牙協(xié)議棧按照封裝方式有3種不同的實現(xiàn)模型——寄居式、嵌入式和*嵌入式，分別針對具有不同功能和資源的產(chǎn)品。
對于嵌入式模型，藍牙協(xié)議棧位于藍牙模塊中，應(yīng)用程序單獨運行在主機上，通過適配協(xié)議與藍牙模塊通信。嵌入式模型無需主機處理藍牙上層協(xié)議，減少了主機的軟件負荷和代碼長度，降低了開發(fā)難度，對于內(nèi)存有限的設(shè)備是不錯的選擇。本設(shè)計在藍牙協(xié)議棧實現(xiàn)形式上選用了嵌入式模型，通過使用南京國春電子技術(shù)有限公司的KC02藍牙模塊，保證通信可靠性并減少了CPU的代碼量。
2藍牙應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計
在工業(yè)現(xiàn)場使用藍牙無線通信，其系統(tǒng)的硬件設(shè)計分為閥門電動裝置和手持操作器兩部分。
2.1閥門電動裝置
閥門電動裝置實現(xiàn)閥門本體的控制功能。以LPC2292為核心構(gòu)建整個嵌入式系統(tǒng)，藍牙模塊采用工業(yè)級KC02模塊。
LPC2292是NXP公司基于ARM7TDMI-S的一款高性能工業(yè)級微處理器。其處理器內(nèi)核為32位RISC體系結(jié)構(gòu)，具有高密度的16位指令集及極低的功耗。
KC02藍牙模塊是可進行數(shù)據(jù)交換和語音通信的藍牙通信模塊。其體積小，外形尺寸長為17.8mm，寬為15.2mm；工作電壓為3.3V，擁有UART、SPI和USB串行接口，在本設(shè)計中使用處理器的UART與藍牙模塊相連。
2.2手持操作器
手持操作器的功能為搜索從藍牙，并在主從藍牙建立鏈接之后，操作閥門電動裝置，并同步顯示閥門電動裝置屏幕內(nèi)容。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以8位AVR單片機ATmega128L為核心，包括按鍵、液晶顯示屏、主藍牙模塊和電源處理4個部分。KC02主藍牙模塊通過串口與單片機相連。手持操作器使用電池，通過電源轉(zhuǎn)換芯片AMSI1117穩(wěn)壓后給整個嵌入式系統(tǒng)供電。
2.3手持操作器軟件流程
手持操作器復(fù)位后首*行各底層硬件的初始化操作，然后根據(jù)接收到的按鍵命令進行相應(yīng)的操作。
在硬件設(shè)計中，將單片機的PD4與藍牙模塊的鏈接狀態(tài)端口相連，PD7口與藍牙模塊的RESET引腳相連。
3藍牙節(jié)點鏈接過程
處于工業(yè)現(xiàn)場的閥門電動裝置通常為一個陣列，此時正確完成藍牙節(jié)點的查詢以及鏈接是建立手持操作器與閥門電動裝置通信的關(guān)鍵。該過程由手持操作器MCU通過適配協(xié)議操作主藍牙模塊完成。
由于在工業(yè)現(xiàn)場可能有多臺閥門同時具有藍牙無線通信功能，手持操作器與閥門電動裝置的鏈接分為物理鏈接和邏輯鏈接。其中邏輯鏈接為物理鏈接的一個子集，只有在手持操作器與閥門電動裝置之間建立了物理鏈接，并且手持操作器接收到了確認鏈接的指令后邏輯鏈接才建立。此時手持操作器進入操作閥門電動裝置并同步顯示的狀態(tài)。閥門電動裝置只能被動地接收手持操作器的搜索和鏈接，其上層程序在處理鏈接狀態(tài)時給出提示用于操作者判斷藍牙網(wǎng)絡(luò)的鏈接狀態(tài)。
4系統(tǒng)功能
數(shù)據(jù)交換功能：手持操作器采用查詢應(yīng)答的方式采集閥門電動裝置的實時狀態(tài)。每隔100ms，手持操作器就會發(fā)出1次查詢指令，閥門電動裝置將當(dāng)前狀態(tài)打包為1幀6字符的數(shù)據(jù)上傳給手持操作器。由于所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不會包含0xff和0xfe，可以將其作為1幀數(shù)據(jù)的起始和結(jié)束標志。
手持操作器通過同樣的數(shù)據(jù)格式去除掉起始標志和結(jié)束標志解析出一幀數(shù)據(jù)，并同步顯示閥門電動裝置狀態(tài)。在手持操作器和閥門電動裝置進入閥門參數(shù)的同步設(shè)置狀態(tài)時，數(shù)據(jù)幀長度不固定，按照書前顯示頁面所需的信息進行數(shù)據(jù)交換。鏈接斷開提示：當(dāng)由于外界于擾或距離增加導(dǎo)致手持操作器和閥門電動裝置之間鏈接斷開時，手持操作器給出鏈接斷開提示，閥門電動裝置則跳出藍牙無線操作狀態(tài)，恢復(fù)到本地操作模式。
結(jié)語
針對將藍牙無線技術(shù)引入閥門電動裝置中的實際工程需求，三精閥門分析了其可行性，并且實現(xiàn)了實際軟硬件系統(tǒng)，對工業(yè)現(xiàn)場的無線技術(shù)應(yīng)用有一定參考價值。
藍牙協(xié)議規(guī)范遵循開放系統(tǒng)互聯(lián)OSI（OpenSystemInterconnection）模型。
藍牙協(xié)議棧按照封裝方式有3種不同的實現(xiàn)模型——寄居式、嵌入式和*嵌入式，分別針對具有不同功能和資源的產(chǎn)品。
對于嵌入式模型，藍牙協(xié)議棧位于藍牙模塊中，應(yīng)用程序單獨運行在主機上，通過適配協(xié)議與藍牙模塊通信。嵌入式模型無需主機處理藍牙上層協(xié)議，減少了主機的軟件負荷和代碼長度，降低了開發(fā)難度，對于內(nèi)存有限的設(shè)備是不錯的選擇。本設(shè)計在藍牙協(xié)議棧實現(xiàn)形式上選用了嵌入式模型，通過使用南京國春電子技術(shù)有限公司的KC02藍牙模塊，保證通信可靠性并減少了CPU的代碼量。
2藍牙應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計
在工業(yè)現(xiàn)場使用藍牙無線通信，其系統(tǒng)的硬件設(shè)計分為閥門電動裝置和手持操作器兩部分。
2.1閥門電動裝置
閥門電動裝置實現(xiàn)閥門本體的控制功能。以LPC2292為核心構(gòu)建整個嵌入式系統(tǒng)，藍牙模塊采用工業(yè)級KC02模塊。
LPC2292是NXP公司基于ARM7TDMI-S的一款高性能工業(yè)級微處理器。其處理器內(nèi)核為32位RISC體系結(jié)構(gòu)，具有高密度的16位指令集及極低的功耗。
KC02藍牙模塊是可進行數(shù)據(jù)交換和語音通信的藍牙通信模塊。其體積小，外形尺寸長為17.8mm，寬為15.2mm；工作電壓為3.3V，擁有UART、SPI和USB串行接口，在本設(shè)計中使用處理器的UART與藍牙模塊相連。
2.2手持操作器
手持操作器的功能為搜索從藍牙，并在主從藍牙建立鏈接之后，操作閥門電動裝置，并同步顯示閥門電動裝置屏幕內(nèi)容。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以8位AVR單片機ATmega128L為核心，包括按鍵、液晶顯示屏、主藍牙模塊和電源處理4個部分。KC02主藍牙模塊通過串口與單片機相連。手持操作器使用電池，通過電源轉(zhuǎn)換芯片AMSI1117穩(wěn)壓后給整個嵌入式系統(tǒng)供電。
2.3手持操作器軟件流程
手持操作器復(fù)位后首*行各底層硬件的初始化操作，然后根據(jù)接收到的按鍵命令進行相應(yīng)的操作。
在硬件設(shè)計中，將單片機的PD4與藍牙模塊的鏈接狀態(tài)端口相連，PD7口與藍牙模塊的RESET引腳相連。
3藍牙節(jié)點鏈接過程
處于工業(yè)現(xiàn)場的閥門電動裝置通常為一個陣列，此時正確完成藍牙節(jié)點的查詢以及鏈接是建立手持操作器與閥門電動裝置通信的關(guān)鍵。該過程由手持操作器MCU通過適配協(xié)議操作主藍牙模塊完成。
由于在工業(yè)現(xiàn)場可能有多臺閥門同時具有藍牙無線通信功能，手持操作器與閥門電動裝置的鏈接分為物理鏈接和邏輯鏈接。其中邏輯鏈接為物理鏈接的一個子集，只有在手持操作器與閥門電動裝置之間建立了物理鏈接，并且手持操作器接收到了確認鏈接的指令后邏輯鏈接才建立。此時手持操作器進入操作閥門電動裝置并同步顯示的狀態(tài)。閥門電動裝置只能被動地接收手持操作器的搜索和鏈接，其上層程序在處理鏈接狀態(tài)時給出提示用于操作者判斷藍牙網(wǎng)絡(luò)的鏈接狀態(tài)。
4系統(tǒng)功能
數(shù)據(jù)交換功能：手持操作器采用查詢應(yīng)答的方式采集閥門電動裝置的實時狀態(tài)。每隔100ms，手持操作器就會發(fā)出1次查詢指令，閥門電動裝置將當(dāng)前狀態(tài)打包為1幀6字符的數(shù)據(jù)上傳給手持操作器。由于所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不會包含0xff和0xfe，可以將其作為1幀數(shù)據(jù)的起始和結(jié)束標志。
手持操作器通過同樣的數(shù)據(jù)格式去除掉起始標志和結(jié)束標志解析出一幀數(shù)據(jù)，并同步顯示閥門電動裝置狀態(tài)。在手持操作器和閥門電動裝置進入閥門參數(shù)的同步設(shè)置狀態(tài)時，數(shù)據(jù)幀長度不固定，按照書前顯示頁面所需的信息進行數(shù)據(jù)交換。鏈接斷開提示：當(dāng)由于外界于擾或距離增加導(dǎo)致手持操作器和閥門電動裝置之間鏈接斷開時，手持操作器給出鏈接斷開提示，閥門電動裝置則跳出藍牙無線操作狀態(tài)，恢復(fù)到本地操作模式。
結(jié)語
針對將藍牙無線技術(shù)引入閥門電動裝置中的實際工程需求，三精閥門分析了其可行性，并且實現(xiàn)了實際軟硬件系統(tǒng)，對工業(yè)現(xiàn)場的無線技術(shù)應(yīng)用有一定參考價值。