中心議題：

• 藍牙技術(shù)簡(jiǎn)介
• 無(wú)線(xiàn)溫度傳感器硬件結構
• 藍牙技術(shù)在無(wú)線(xiàn)溫度傳感器中的應用

解決方案：

• 藍牙程序設計
• 無(wú)線(xiàn)溫度傳感器低功耗設計

在各種生產(chǎn)現場(chǎng)都需要溫度傳感器實(shí)現溫度的檢測中，溫度是一種最常用的控制參數。但在一些危險的場(chǎng)合或物體移動(dòng)的情況下，有線(xiàn)的溫度傳感器不僅布線(xiàn)復雜而且容易造成線(xiàn)纜脫落影響數據的可靠性。近年來(lái)，藍牙技術(shù)作為一種較成熟的短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，將它和單片機技術(shù)相融合設計無(wú)線(xiàn)溫度傳感器，可以方便、實(shí)時(shí)、可靠地將采集到的溫度數據傳輸給控制終端，保證了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

而且，經(jīng)過(guò)功能擴展建立的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，能夠適應更加復雜的測量現場(chǎng)。

1. 藍牙技術(shù)簡(jiǎn)介

藍牙技術(shù)是一種無(wú)線(xiàn)的數據與語(yǔ)音通信的開(kāi)放性標準，工作在2.4GHz的ISM頻段上，采用跳頻擴譜技術(shù)。藍牙設備的最大發(fā)射功率可分為3級：100mw（20dB/m）、2.smw（4dB/m）、lmw（0dB/m）。當藍牙設備功率為lmw時(shí)，其傳輸距離一般為0.1~10m。當發(fā)射源接近或是遠離而使藍牙設備接收到的電波強度改變時(shí)，藍牙設備會(huì )自動(dòng)地調整發(fā)射功率。當發(fā)射功率提高到10mw時(shí)，其傳輸距離可以擴大到10om。藍牙支持點(diǎn)對點(diǎn)和點(diǎn)對多點(diǎn)的通信方式，在非對稱(chēng)連接時(shí)，主設備到從設備的傳輸速率為721kbps，從設備到主設備的傳輸速率為57.6kbPs;對稱(chēng)連接時(shí)，主從設備之間的傳輸速率各為432.6kbps。藍牙標準中規定了在連接狀態(tài)下有保持模式（HoldM0de）、呼吸模式（SniffMode）和休眠模式（ParkMode）3種電源節能模式，再加上正常的活動(dòng)模式（ActiveMode），一個(gè)使用電源管理的藍牙設備可以處于這4種狀態(tài)并進(jìn)行切換，按照電能損耗由高到低的排列順序為：活動(dòng)模式、呼吸模式、保持模式、休眠模式，其中，休眠模式節能效率最高。藍牙技術(shù)的出現，為各種移動(dòng)設備和外圍設備之間的低功耗、低成本、短距離的無(wú)線(xiàn)連接提供了有效途徑。

2. 系統硬件結構

無(wú)線(xiàn)溫度傳感器主要由單片機控制單元、藍牙模塊、溫度檢測單元、接口電路及其它輔助電路組成，系統結構如圖1所示?？刂茊卧桕?yáng)單片機為整個(gè)系統的核心，對檢測到的溫度數據進(jìn)行轉換、顯示、傳輸，外擴4MBFLASH用于存儲程序和溫度數據。藍牙模塊包括藍牙芯片、放大器、非平衡變壓器（Balun）等，負責與藍牙控制終端進(jìn)行無(wú)線(xiàn)連接和數據傳輸，按鍵完成系統設置、復位等信息輸人，測量的溫度數據在傳輸到控制終端的同時(shí)在LED上顯示，并通過(guò)揚聲器定時(shí)語(yǔ)音播報當前溫度數據和超限報警。

2.1 單片機控制單元

控制單元采用SPCE061A單片機，工作電壓為2.6~3.6V，工作頻率為0.32一49.152MHz，較高的處理速度使其能夠非常容易、快速地處理復雜的數字信號。該芯片內包括ADC、DAC、定時(shí)器/計數器、RAM、FLAsH、ROM等器件，具有一套高效率的指令系統和集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，并且支持標準C語(yǔ)言，可以實(shí)現C語(yǔ)言與凌陽(yáng)匯編語(yǔ)言的相互調用，為硬件設計和軟件開(kāi)發(fā)提供了便利條件。另外，芯片內置的2路10位精度的DAC，再配合豐富的語(yǔ)音函數庫，可方便地完成語(yǔ)音的播放，非常適合于語(yǔ)音應用的開(kāi)發(fā)。

2.2 溫度檢瀏單元

溫度檢測單元采用D1S8B02型傳感器，是美國DALLAS公司推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據實(shí)際要求通過(guò)編程實(shí)現9~12位的數字值讀數方式。DS18BZo與SPCEo61A單片機的接口電路如圖2所示，由于DS18B20傳感器支持“一線(xiàn)總線(xiàn)”接口，因此只需將DS18B20信號線(xiàn)接到單片機的1位1/0線(xiàn)上即可，而且在1根1/0線(xiàn)上可以?huà)旖佣鄠€(gè)傳感器實(shí)現多點(diǎn)溫度測量。

為了提高抗干擾性能，采用外加電源方式對傳感器供電。
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2.3 無(wú)線(xiàn)傳輸控制單元

隨著(zhù)藍牙芯片單芯片的集成度越來(lái)越高和集成了芯片、Balun、晶振等各種藍牙模塊的面世，將藍牙嵌人到其它數字化設備中也越來(lái)越容易實(shí)現。本系統無(wú)線(xiàn)傳輸由藍牙模塊BCM02實(shí)現，BCM02核心采用CSR（CambridgesiliconRadio）公司的BlueCoreZ一External藍牙芯片，外圍擴展T晶振、FLASH、Balun、帶通濾波器（BPF）、1.SV穩壓電路，可以根據不同的應用場(chǎng)合快速開(kāi)發(fā)，模塊符合藍牙Vl.1標準，最大發(fā)射功率設計為2.smw（4dB/m），是一個(gè)二級藍牙芯片，工作電壓為3士0.3V。BCMoZ通過(guò)UART口與單片機相連，為簡(jiǎn)化設計，將所需的藍牙協(xié)議棧和無(wú)線(xiàn)傳輸應用程序直接固化在藍牙模塊中，利用藍牙提供一個(gè)透明的無(wú)線(xiàn)數據傳輸，而單片機只要設置好波特率等參數即可進(jìn)行通信，傳輸控制由單片機完成。

3. 軟件設計及流程

3.1 單片機軟件設計

單片機軟件部分主要包括主程序、中斷子程序、測溫子程序、轉換顯示及存儲子程序、UART通信子程序、語(yǔ)音播放子程序等，為了降低功耗，使用中斷來(lái)喚醒單片機進(jìn)行測溫等工作，因此主程序部分比較簡(jiǎn)單，主要負責系統各部分初始化和中斷的調用，在系統初始化完成后就直接進(jìn)人睡眠模式，當中斷到來(lái)時(shí)單片機退出睡眠模式，調用中斷子程序實(shí)現測溫、轉換顯示、溫度數據的傳輸以及語(yǔ)音的播報和報警等功能。

3.2 藍牙應用程序設計

本系統是基于藍牙的串口應用模型SPP（SerialPortProfile）實(shí)現無(wú)線(xiàn)數據的透明傳輸，在核心協(xié)議棧之上編寫(xiě)自己的上層應用程序。CSR的藍牙核心協(xié)議棧包括HCI、LZCAP、SDP、RFCOMM等，以固件的形式提供給開(kāi)發(fā)人員，用戶(hù)編寫(xiě)的應用程序和協(xié)議棧一起運行在CSR嵌人式環(huán)境中。在CSR程序中，不同任務(wù)之間可以異步地發(fā)送消息，每一個(gè)任務(wù)在創(chuàng )建的時(shí)候可以讓其中一個(gè)擁有消息隊列，其它的就把發(fā)給任務(wù)的消息提交給該消息隊列，由任務(wù)調度程序自動(dòng)運行獲得任務(wù)的消息。藍牙模塊上層應用程序流程如圖3所示。

4. 低功耗設計

作為無(wú)線(xiàn)傳感器，低功耗運行可以最大限度地延長(cháng)設備的有效使用時(shí)間，為了獲得最佳性能，設計時(shí)在電源損耗和可用性方面必須根據情況權衡使用，除了選用低功耗器件外，從以下幾個(gè)方面設計了電源管理程序以盡量減少無(wú)線(xiàn)溫度傳感器的功耗。

（1）由于無(wú)線(xiàn)溫度傳感器負責向控制終端傳輸數據，因此何時(shí)進(jìn)行數據采集、何時(shí)進(jìn)行數據傳輸可以由控制終端決定，非常適合使用休眠模式和呼吸模式，通過(guò)減少藍牙設備在微微網(wǎng)中的活動(dòng)達到節電的目的，并且控制終端一般接有持久的電源，所以電源管理的開(kāi)銷(xiāo)由終端來(lái)負責比較合適。把控制終端作為主設備，將電源管理程序設計在終端的應用控制層中，并由控制終端完成設備的查詢(xún)、配對、建鏈等工作，當無(wú)線(xiàn)傳感器與控制終端配對成功并建立RFCOMM連接后進(jìn)人休眠模式，此時(shí)主從設備仍然保持著(zhù)RFCOMM信道，只是不能發(fā)送和接收數據，休眠模式下信標間隔可設為15，電流大概在lmA左右。當需要進(jìn)行數據傳輸時(shí)，退出休眠模式進(jìn)人呼吸模式，通過(guò)呼吸時(shí)隙發(fā)送數據，呼吸間隔可設為20~40ms，間隔過(guò)大會(huì )帶來(lái)明顯延遲，當數據傳輸結束后再次進(jìn)人休眠模式，從而盡可能地降低能耗。

（2）CSR的BlueCore芯片提供T獨特的硬件節能方法—深度睡眠（Depslep）模式，進(jìn)人和退出深度睡眠模式至少需要10ms，通過(guò)按鈕或事件進(jìn)人深度睡眠模式很大程度上降低了損耗。當用戶(hù)確定將有較長(cháng)時(shí)間不使用無(wú)線(xiàn)溫度傳感器時(shí)，可通過(guò)控制終端發(fā)送事件消息進(jìn)人深度睡眠模式，需要使用時(shí)再通過(guò)消息快速退出。在深度睡眠模式下電流一般可控制在50拼A左右。

（3）凌陽(yáng)單片機SPCE06lA也可以應用CPU的睡眠模式，且A口具有鍵喚醒功能，將BCM02的PIOS與單片機的IOA7相連接，當藍牙模塊退出休眠模式，發(fā)送指令進(jìn)行數據采集時(shí)，PIOS輸出高電平，通過(guò)IOA7電平的變化產(chǎn)生中斷來(lái)喚醒CPU進(jìn)人工作狀態(tài)。