采用ARM7的藍牙接入點的軟、硬件系統(tǒng)設計

本文著重介紹了藍牙接入點的硬件系統(tǒng)結構和軟件流程，并針對在工業(yè)現(xiàn)場上使用藍牙接入點將閥門、流量計、溫度變送器等幾個藍牙設備連接到工業(yè)以太網(wǎng)中，實現(xiàn)了帶藍牙通信模塊的工業(yè)設備和現(xiàn)有的有線網(wǎng)絡的通信。

　　1引言

　　在工業(yè)現(xiàn)場中，由于有些環(huán)境比較惡劣，布線不方便等因素可以采用藍牙無線通信技術來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信。同時，工業(yè)現(xiàn)場中有很多以不同方式互連的設備，其中包括非智能化簡單數(shù)據(jù)連接單元 (I/O)、智能化設備 (比如智能傳感器、單回路控制器和 PLC)和監(jiān)控系統(tǒng) (作為 HMI使用，用于數(shù)據(jù)記錄和監(jiān)控 )等。這些設備大都是以各種不同的通信協(xié)議和媒介來互連的，其中有些就可以用藍牙無線技術代替。本文以 AT91R40008為例，結合 BCM04藍牙模塊開發(fā)了基于藍牙通信的工業(yè)接入點，組建了基于藍牙通信的閥門、流量計、溫度變送器測試系統(tǒng)，實現(xiàn)了帶有藍牙通信模塊的工業(yè)設備和現(xiàn)有的有線網(wǎng)路的通信。

2藍牙技術簡介

　　藍牙（bluetooth）是一種短距的無線通訊技術，電子裝置彼此可以透過藍牙模塊而連接起來，省去了傳統(tǒng)的電線。透過芯片上的無線接收器，配有藍牙技術的電子產(chǎn)品能夠在十公尺的距離內(nèi)彼此相通，傳輸速度可以達到每秒鐘 1兆字節(jié)。同時，藍牙支持設備短距離通信（一般是 10m之內(nèi)）。能在包括移動電話、 PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關外設等眾多設備之間進行無線信息交換。藍牙的標準是 IEEE802.15，工作在 2.4GHZ頻帶，帶寬為 1Mb/s。

　　藍牙技術在工業(yè)現(xiàn)場上的應用大致可以分為四個方面：

　　(1) 代替串行線纜。無線藍牙連接可以代替當前的串行線纜。

　　(2) 結合藍牙和互聯(lián)網(wǎng)技術。利用藍牙帶來的 CPU處理能力，給設備添加更多功能，如內(nèi)置的 WEB用戶接口。

　　(3) 工業(yè)接入點。通過接入點將數(shù)個藍牙設備連接到傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡中，比如 IP網(wǎng)絡(如以太網(wǎng))或者工業(yè)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(如 Controlnet和 Profibus等)。

　　(4) 無線傳感器和起動器。利用藍牙來將與物理制程關系昀密切的設備 (傳感器、起動器和簡單的模擬 /數(shù)字 IO設備)連接到監(jiān)控系統(tǒng)。

　　3 藍牙接入點的系統(tǒng)設計

　　在工業(yè)現(xiàn)場中使用無線通信技術。這就要求工業(yè)設備使用藍牙功能，并能和現(xiàn)有的以太網(wǎng)或者工業(yè)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡相連。在這里，藍牙接入點就好像一個 “電話交換機”，通過以太網(wǎng)供電設備和上位機進行通信，以及通過無線方式和工業(yè)現(xiàn)場設備進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)上位機對現(xiàn)場設備的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測和控制。本文將藍牙接入點的系統(tǒng)設計分為硬件體系結構和軟件設計兩個部分。下面將對這兩部分進行具體說明。

　　3.1 硬件體系結構

　　該藍牙接入點包含了微處理器（ AT91R40008）、存儲器、藍牙通信模塊、網(wǎng)絡通信接口、串口通信等重要組成部分。在該設計中，電源使用了以太網(wǎng)供電設備，該設備除了用于網(wǎng)口通信，還提供設計中所需要的電源。該電源經(jīng)過電平轉換，為微處理器、存儲器、藍牙通信模塊等提供所需的 +3.3V和+1.8V電源。 32位的微處理器 AT91R40008通過串口 0和串口 1與串口通信部分和藍牙模塊進行數(shù)據(jù)交換。圖 1為藍牙接入點的硬件框圖。下面就其具體原理進行說明。

　　3.1.1 微處理器 AT91R40008

　　AT91R40008是 Atmel AT9116的 32位的微控制器系列產(chǎn)品。它以 ARM7TDMI 處理器內(nèi)核為基礎。該處理器有一個高性能 32位精簡指令系統(tǒng)和一個高密度 16位的指令系統(tǒng)，同時具有較低的能耗。AT91R40008具有片上的 SRAM或 ROM、完全可編成的外部總線接口（EBI）、32個可編程的 I/O口、8個優(yōu)先級、4個外部中斷、2個 USART及 16位的定時器/計數(shù)器等特點。除此之外，在內(nèi)部寄存器實現(xiàn)對異常情況的快速處理，可以方便的進行即時控制和應用編程。

　　AT91R40008以與外部存儲器的直聯(lián)為特色,由外部 FLASH，經(jīng)過完全可編程外部總線接口 (EBI)、一個八位優(yōu)先向量中斷控制器,，及外部數(shù)據(jù)控制器，大大提高了處理器的即時性能。 AT91R40008使用 Atmel的高密度 CMOS技術， ARM7TDMI 處理器內(nèi)核結合了片上高速存儲器及其外部設備，使其具有非常強大的功能。

　　微處理器部分的設計包含系統(tǒng)硬件的啟動與復位，地址總線、數(shù)據(jù)總線的分配和定義，通過串行線對藍牙模塊的讀寫等。

系統(tǒng)由外部的 50M鐘振作為時鐘源向 cpu輸入時鐘信號。復位電路由 10uF的電容、10K的電阻及按鍵組成低電平復位電路。該復位電路可實現(xiàn)上電低電平自動復位或者手動復位。AT91R40008內(nèi)部 ROM為 128K，外部昀大可擴 64M的存儲器，由于設計需要，在設計中擴展了一片 2M字節(jié)的 SST36VF160對大量的軟件程序進行存儲。由于 AT91R40008內(nèi)部包含的 SRAM已達 256K，對于數(shù)據(jù)存儲已夠用了，所以在外部沒有進行 RAM的擴展。網(wǎng)卡芯片 AX88796通過片選線、中斷線、讀寫信號控制線和地址數(shù)據(jù)總線和 cpu相連，實現(xiàn)藍牙接入點和上位機的網(wǎng)絡通信。AT91R40008通過串口 1實現(xiàn)與藍牙模塊的數(shù)據(jù)交換，通過串口 0實現(xiàn)和上位機之間的串口調(diào)試。