基于藍(lán)牙技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、南京曉莊學(xué)院2013屆本科畢業(yè)論文分類號(hào):學(xué)校代碼:11460學(xué)號(hào):南京曉莊學(xué)院本科生畢業(yè)論文基于藍(lán)牙技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì) The design of the data transmission system based on bluetooth technology所在院(系)：物理與電子工程學(xué)院 學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：研究起止日期：二一二年 十月至二一三年五月 二一三 年五月學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：1. 堅(jiān)持以“求實(shí)、創(chuàng)新”的科學(xué)精神從事研究工作。2. 本論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果。3. 本論文中除引文外，所有實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)和有關(guān)材料均是真實(shí)的。4. 本論

2、文中除引文和致謝的內(nèi)容外，不包含其他人或其它機(jī)構(gòu)已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果。5. 其他同志對(duì)本研究所做的貢獻(xiàn)均已在論文中作了聲明并表示了謝意。 作者簽名： 日 期：2013年5月第 0 頁(yè) 摘 要 藍(lán)牙技術(shù)作為一種無(wú)線數(shù)據(jù)與語(yǔ)音通信的開放性全球規(guī)范，可提供低功耗、短距離的無(wú)線空中接口，在各種固定與移動(dòng)設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信。在移動(dòng)通信、無(wú)線數(shù)據(jù)采集、無(wú)線遙控與遙測(cè)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及自動(dòng)控制等多種領(lǐng)域，藍(lán)牙技術(shù)都有著廣泛的應(yīng)用。 藍(lán)牙協(xié)議規(guī)范具有多個(gè)層次，完整的藍(lán)牙協(xié)議棧的開發(fā)是一項(xiàng)很復(fù)雜的工程，而在大多數(shù)嵌入式應(yīng)用中，只是需要實(shí)現(xiàn)基本的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸功能，并不需要實(shí)現(xiàn)全部的藍(lán)牙協(xié)議棧。針對(duì)此類應(yīng)用，若

3、是能提供一套實(shí)用的藍(lán)牙無(wú)線接口、實(shí)現(xiàn)一個(gè)通用的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊，就可以比較有效地縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。本文正是基于此目標(biāo)，首先介紹了藍(lán)牙技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和工作原理，分析了藍(lán)牙系統(tǒng)組成，比較了藍(lán)牙與其他無(wú)線技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上，做了藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)，包含非同步音頻，同步音頻，音樂(lè)信號(hào)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。關(guān)鍵字： 藍(lán)牙；數(shù)據(jù)傳輸；接口；單片機(jī)ABSTRACTbluetooth technology as a kind of wireless data and voice communication open global specification, can provide low power co

4、nsumption, short distance wireless air interface, realize the wireless communication between the various kinds of fixed and mobile devices. In mobile communications, wireless data collection, wireless remote control and remote sensing, computer network and a variety of fields such as automatic contr

5、ol, bluetooth technology has been widely used. Bluetooth protocol specification has multiple layers, the complete development of bluetooth protocol stack is a very complex project, and in most embedded applications, just need to realize the basic wireless data transmission function, does not need to

6、 implement all of the bluetooth protocol stack. For such applications, if you can provide a set of practical bluetooth wireless interface and implement a universal wireless data transmission module, can effectively shorten the development cycle, reduce development costs. Was based on this goal, this

7、 paper firstly introduces the advantages of bluetooth technology and working principle of the bluetooth system are analyzed, compared the bluetooth and other wireless technology, and on this basis, the realization of bluetooth data transmission for experiment, containing asynchronous audio, synchron

8、ization of audio and music signals, data transmission, etc.Key word:Bluetooth; Data transmission; Interface; Single chip microcomputer目 錄一 綜 述51.1 藍(lán)牙技術(shù)及優(yōu)勢(shì)51.1.1 藍(lán)牙概念51.1.2 藍(lán)牙產(chǎn)品技術(shù)51.1.3 藍(lán)牙與其他類似技術(shù)的特性比較51.2 藍(lán)牙工作原理61.2.1 藍(lán)牙的無(wú)線通信技術(shù)特征61.2.2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)71.2.3 連接建立的過(guò)程及其工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換71.2.4 藍(lán)牙對(duì)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)的支持71.3 藍(lán)牙硬件單元81.3.1 無(wú)線

9、射頻（RF）單元81.3.2 基帶（Baseband,BB）和鏈路管理（LinkManager,LM）單元81.4 藍(lán)牙軟件協(xié)議棧81.5 藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用101.5.1 藍(lán)牙可以為局域設(shè)備提供互連111.5.2 支持多媒體終端111.5.3 家庭網(wǎng)絡(luò)111.5.4 3G可能支持的應(yīng)用11二 藍(lán)牙的組成及功能132.1 藍(lán)牙通信模塊組成及功能:132.2藍(lán)牙芯片14三 原 理161系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理162數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的下位機(jī)電路設(shè)計(jì)173. 數(shù)據(jù)采集和藍(lán)牙通信的軟件實(shí)現(xiàn)18論文總結(jié)21參 考 文 獻(xiàn)21附 錄22電源輸出接口22非同步信號(hào)源23同步信號(hào)源24音樂(lè)信號(hào)源24單片機(jī)收發(fā)25Kc-04藍(lán)牙控制

10、26一 綜 述1.1 藍(lán)牙技術(shù)及優(yōu)勢(shì)1.1.1 藍(lán)牙概念 藍(lán)牙技術(shù)是一種短距離、低成本（在進(jìn)行無(wú)線通訊時(shí)是免費(fèi)的）的無(wú)線電技術(shù)，能夠有效的簡(jiǎn)化掌上電腦、筆記本電腦和移動(dòng)電話手機(jī)等移動(dòng)通信終端設(shè)備之間和因特網(wǎng)（internet）的通信。1.1.2 藍(lán)牙產(chǎn)品技術(shù)誕生日：1998年5月開發(fā)者：愛立信、IBM、Intel、諾基亞、東芝等5家公司聯(lián)合制定近距離無(wú)線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)傳輸頻段：全球公眾通用的2.4GHz ISM(工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué))頻段傳輸速率：1Mbps傳輸距離：10m-100m名稱由來(lái)：取自公元十世紀(jì)征服丹麥、挪威的國(guó)王Herald Bluetooth的名字。由于藍(lán)牙傳輸使用的電力很低，有效范

11、圍約為十米，因此，支持藍(lán)牙傳輸技術(shù)的產(chǎn)品，大多屬于便攜式的電子裝置，或是放在電腦附近的設(shè)備。例如筆記本電腦、PDA、手機(jī)、耳機(jī)、鍵盤、鼠標(biāo)、數(shù)碼相機(jī)、DV攝像機(jī)等等。1.1.3 藍(lán)牙與其他類似技術(shù)的特性比較藍(lán)牙與其它傳輸方法比對(duì)：項(xiàng)目傳輸技術(shù)藍(lán)牙紅外線一般傳輸線傳輸方式無(wú)線紅外線有線有效范圍10100米之內(nèi)1米距離內(nèi)視線長(zhǎng)而定1.1.4 藍(lán)牙的優(yōu)勢(shì)(1)、全球范圍適用 藍(lán)牙的工作在全球統(tǒng)一開放的2.4GHz工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)（Industrial,Scientific and Medical,ISM）頻段上進(jìn)行，全球大多數(shù)國(guó)家ISM頻段的范圍是2.4-2.4835GHz，使用該頻段無(wú)需向各國(guó)的無(wú)

12、線電資源管理部門申請(qǐng)?jiān)S可證。(2)、實(shí)用范圍廣 可用于手表、PC、NB、PDA、手機(jī)、打印機(jī)和汽車等多種領(lǐng)域。(3)、抗干擾能力強(qiáng) 藍(lán)牙采用了跳頻方式來(lái)擴(kuò)展頻譜，將2.402-2.480GHz頻段分成79個(gè)頻點(diǎn)(2408+k(MHz),k=0,1,278)，相鄰頻點(diǎn)間隔1MHz。藍(lán)牙設(shè)備在某個(gè)頻點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)之后，再跳到另一個(gè)頻點(diǎn)發(fā)送，而頻點(diǎn)的排列順序則是偽隨機(jī)的，每秒鐘頻率改變1600次，每個(gè)頻段持續(xù)625µs，多被用于軍事等領(lǐng)域。藍(lán)牙產(chǎn)品采用跳頻技術(shù)，能夠抗信號(hào)衰落，采用快跳頻和短分組技術(shù)，能夠有效地減少同頻干擾，提高通信的安全性；采用糾錯(cuò)編碼技術(shù)，以便在遠(yuǎn)距離通信時(shí)減少隨機(jī)噪聲干擾

13、。 (4)、同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)和語(yǔ)音 藍(lán)牙采用電路交換和分組交換技術(shù)，支持一個(gè)異步數(shù)據(jù)信道、3個(gè)并發(fā)的同步語(yǔ)音信道以及一個(gè)同時(shí)傳送異步數(shù)據(jù)信道和同步語(yǔ)音的信道。每一個(gè)話音信道數(shù)據(jù)速率為64kbit/s,當(dāng)采用非對(duì)稱信道傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，速率最高為721kbit/s，反向?yàn)?7.6kbit/s；當(dāng)采用對(duì)稱信道傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，速率最高為432.6kbit/s。藍(lán)牙有兩種鏈路類型：異步無(wú)連接鏈路（ACL）和同步面向連接鏈路（SCO）。 (5)、低耗能 藍(lán)牙設(shè)備在通信連接狀態(tài)下，有四種工作模式即激活（Active）模式、呼吸（Sniff）模式、保持（Hold）模式和休眠（Park）模式。Active模式是正常的工作狀

14、態(tài)，另外三種模式 是為了節(jié)能所規(guī)定的低耗能模式。1.2 藍(lán)牙工作原理 其基本實(shí)現(xiàn)原理為藍(lán)牙設(shè)備依靠專用的藍(lán)牙微芯片能使設(shè)備在短距離范圍內(nèi)發(fā)送無(wú)線電信號(hào)，來(lái)尋找另一個(gè)藍(lán)芽設(shè)備。一旦找到，相互之間便開始通信，交換信息。1.2.1 藍(lán)牙的無(wú)線通信技術(shù)特征 藍(lán)牙的無(wú)線通信技術(shù)采用每秒1600次的快跳頻和短分組技術(shù)，減少干擾和信號(hào)衰落，保證傳輸?shù)目煽啃裕?以時(shí)分方式進(jìn)行全雙工通信，傳輸速率設(shè)計(jì)為1MHz； 采用前向糾錯(cuò)(FEC)編碼技術(shù)，減少遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)的隨機(jī)噪聲影響； 其工作頻段為非授權(quán)的工業(yè)、醫(yī)學(xué)、科學(xué)頻段（2.4GHz的ISM頻段），保證能在全球范圍內(nèi)使用這種無(wú)線通用接口和通信技術(shù)； 話音采用抗衰

15、落能力很強(qiáng)的連續(xù)可變斜率調(diào)制(CVSD)編碼方式以提高話音質(zhì)量；采用頻率調(diào)制方式，降低設(shè)備的復(fù)雜性。1.2.2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 藍(lán)牙系統(tǒng)支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)以及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信。幾個(gè)相互獨(dú)立、以特定方式連接在一起的微微網(wǎng)構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)，各微微網(wǎng)由不同的跳頻序列來(lái)區(qū)分。在同一微微網(wǎng)中，所有的用戶均用同一跳頻序列同步。1.2.3 連接建立的過(guò)程及其工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換 在微微網(wǎng)建立之前，所有設(shè)備都處于就緒(STANDBY)狀態(tài)。在該狀態(tài)下，未連接的設(shè)備每隔1.28秒監(jiān)聽一次消息，設(shè)備一旦被喚醒，就在預(yù)先設(shè)定的32個(gè)跳頻頻率上監(jiān)聽信息。跳頻數(shù)目因地區(qū)而異，但32個(gè)跳頻頻率為絕大多數(shù)國(guó)家所采用。連接進(jìn)程由主設(shè)備初始化。如果一個(gè)

16、設(shè)備的地址已知，就采用尋呼消息(Page message)建立連接；如果地址未知，就采用緊隨尋呼消息的查詢消息(Inquiry message)建立連接。查詢消息主要用來(lái)查詢地址未知的設(shè)備(如公用打印機(jī)、傳真機(jī)等)，它與尋呼消息類似，但需要附加一個(gè)周期來(lái)收集所有的應(yīng)答。在尋呼狀態(tài)(PAGE state)，主設(shè)備在16個(gè)跳頻頻率上發(fā)送一串相同的頁(yè)信息給從設(shè)備，如果沒(méi)有收到應(yīng)答，主設(shè)備就在另外的16個(gè)跳頻頻率上發(fā)送尋呼消息。主設(shè)備到從設(shè)備的最大時(shí)延為兩個(gè)喚醒周期（2.56秒），平均時(shí)延為半個(gè)喚醒周期（0.64秒）。 在微微網(wǎng)中，無(wú)數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備轉(zhuǎn)入節(jié)能工作狀態(tài)。主設(shè)備可將從設(shè)備設(shè)置為保持方式(HO

17、LD mode)，此時(shí)，只有內(nèi)部定時(shí)器工作；從設(shè)備也可以要求轉(zhuǎn)入保持方式。設(shè)備由保持方式轉(zhuǎn)出后，可以立即恢復(fù)數(shù)據(jù)傳輸。連接幾個(gè)微微網(wǎng)或管理低功耗器件（如溫度傳感器）時(shí)，常使用保持方式。監(jiān)聽方式(SNIFF mode)和休眠方式（PARK mode）是另外兩種低功耗工作方式。在監(jiān)聽方式下，從設(shè)備監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間間隔增大，其間隔大小視應(yīng)用情況由編程確定；在休眠方式下，設(shè)備放棄了MAC地址，僅偶爾監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)同步信息和檢查廣播信息。各節(jié)能方式依電源效率高低排列為：休眠方式保持方式監(jiān)聽方式。1.2.4 藍(lán)牙對(duì)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)的支持 為了保證各種使用場(chǎng)合的應(yīng)用，藍(lán)牙的基帶協(xié)議是電路交換和分組交換的組合，可以同時(shí)支持

18、語(yǔ)音和數(shù)據(jù)的傳輸。該技術(shù)支持兩種連接方式：面向連接（SCO）方式，主要用于話音傳輸；無(wú)連接(ACL)方式，主要用于分組數(shù)據(jù)傳輸。 在同一微微網(wǎng)中，不同的主從設(shè)備可以采用不同的連接方式，在一次通信中，連接方式可以任意改變。每一連接方式可支持16種不同的分組類型，其中控制分組有4種，是SCO和ACL通用的分組，兩種連接方式均采用時(shí)分雙工（TDD）通信。SCO為對(duì)稱連接，每一個(gè)話音通道支持64kbp s的同步話音，支持限時(shí)話音傳送，主從設(shè)備無(wú)需輪詢即可發(fā)送數(shù)據(jù)。SCO的分組既可以是話音又可以是數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)生中斷時(shí)，只有數(shù)據(jù)部分需要重傳。ACL是面向分組的連接，它支持對(duì)稱和非對(duì)稱兩種傳輸流量： ACL的

19、非對(duì)稱連接支持正向速率721kbps、反向應(yīng)答速率為57.6kbps的；對(duì)稱連接速率為432.6kbps。ACL也支持通過(guò)廣播方式發(fā)送信息。在ACL方式下，主設(shè)備控制鏈路帶寬，負(fù)責(zé)從設(shè)備帶寬的分配；從設(shè)備依輪詢發(fā)送數(shù)據(jù)。 1.3 藍(lán)牙硬件單元藍(lán)牙模塊包括以下兩個(gè)部分：1.3.1 無(wú)線射頻（RF）單元 藍(lán)牙系統(tǒng)的天線發(fā)射功率符合FCC關(guān)于ISM波段的要求。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的通信距離為10米（0db），如果增加發(fā)射功率（20db），這一距離也可以達(dá)到100米。1.3.2 基帶（Baseband,BB）和鏈路管理（LinkManager,LM）單元 BB負(fù)責(zé)跳頻和藍(lán)芽數(shù)據(jù)及信息幀的傳輸。LM負(fù)責(zé)連接的建立和

20、拆除。它們實(shí)現(xiàn)的功能包括：對(duì)SCO和ACL連接方式的支持；差錯(cuò)控制，可以采用多種檢糾錯(cuò)方式，其中包括前向糾錯(cuò)編碼(FEC)；物理層的認(rèn)證與加密；鏈路管理。1.4 藍(lán)牙軟件協(xié)議棧協(xié)議棧結(jié)構(gòu):圖 1.1 藍(lán)牙軟件協(xié)議棧 底部協(xié)議層包括鏈路管理協(xié)議（Link Manager Protocol, LMP）和基帶（Baseband）控制部分。鏈路管理協(xié)議實(shí)現(xiàn)鏈路的建立、認(rèn)證及鏈路配置等。其中的服務(wù)項(xiàng)目包括：接收和發(fā)送數(shù)據(jù)、設(shè)備號(hào)請(qǐng)求、鏈路地址查詢、建立連接、認(rèn)證與加密、協(xié)商并建立連接方式、確定分組的幀類型、設(shè)置監(jiān)聽方式、設(shè)置保持方式以及設(shè)置休眠方式等。基帶（Baseband）控制部分負(fù)責(zé)跳頻和藍(lán)芽數(shù)據(jù)及

21、信息幀的傳輸，包括對(duì)糾錯(cuò)編碼的支持，對(duì)SCO和ACL包的組織，流控等。 中間協(xié)議層包括邏輯鏈路控制和適應(yīng)協(xié)議（Logical Link Control and Adaptation Protocol,L2CAP）、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議（Service Discovery Protocol,SDP）、串口仿真協(xié)議RFCOMM和電話通信協(xié)議（Telephony Control Protocol,TCS），對(duì)象交換協(xié)議（Object Exchange，OBEX)。L2CAP完成數(shù)據(jù)的拆裝、服務(wù)質(zhì)量和協(xié)議復(fù)用等功能，是其他上層協(xié)議實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。SDP為上層應(yīng)用程序提供一種機(jī)制來(lái)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中可用的服務(wù)及其特性。RF

22、COMM基于ETSI標(biāo)準(zhǔn)TS07.10在L2CAP上仿真9針RS232串口的功能。TCS提供藍(lán)芽設(shè)備間話音和數(shù)據(jù)的呼叫控制信令。對(duì)象交換協(xié)議（Object Exchange，OBEX)是Extended Systems公司為紅外通信的高層應(yīng)用開發(fā)的協(xié)議，現(xiàn)在已成功的應(yīng)用于藍(lán)牙協(xié)議棧中。 在BB和LM上與L2CAP之間還有一個(gè)主機(jī)控制接口層（Host Controller Interface,HCI）。HCI是藍(lán)芽協(xié)議中軟硬件之間的接口，它提供了一個(gè)調(diào)用下層BB、LM、狀態(tài)和控制寄存器等硬件的統(tǒng)一命令接口。HCI協(xié)議以上的協(xié)議軟件實(shí)體運(yùn)行在主機(jī)上，而HCI以下的功能由藍(lán)牙模塊來(lái)完成，二者之間通過(guò)

23、一個(gè)對(duì)兩端透明的傳輸層進(jìn)行交互。1.5 藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用圖 1.2藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用 藍(lán)牙技術(shù)能夠在短時(shí)間內(nèi)在世界范圍內(nèi)成為了標(biāo)準(zhǔn)，其主要原因在于它不僅可以讓許多種智能設(shè)備無(wú)線互連，可以傳輸文件、支持語(yǔ)音通信，可以建立數(shù)據(jù)鏈路等，它還有更多地作用。1.5.1 藍(lán)牙可以為局域設(shè)備提供互連 在一個(gè)微微網(wǎng)絡(luò)中，藍(lán)牙能夠?qū)?個(gè)接收器進(jìn)行同步互連。使用藍(lán)牙技術(shù)通信的設(shè)備可以發(fā)送和接收1Mbit/s的數(shù)據(jù)。但是實(shí)際上當(dāng)允許多個(gè)應(yīng)用設(shè)備進(jìn)行同步通信時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸率會(huì)在某種程度上降低。目前不在網(wǎng)絡(luò)中的藍(lán)牙設(shè)備，將持續(xù)聽從其他藍(lán)牙設(shè)備的動(dòng)向，當(dāng)它們足夠接近成為微微網(wǎng)的一部分時(shí)，它們將確定自己，如果需要，其他的設(shè)備可以與其通

24、信。1.5.2 支持多媒體終端 3G終端將提供接口接入許多不同格式的信息和通信，例如WEB瀏覽、電子郵件傳輸和接收、視頻和語(yǔ)音，使它們成為真正的多媒體終端。語(yǔ)音仍是通信的主要形式，在藍(lán)牙規(guī)范中已經(jīng)意識(shí)到這一點(diǎn)，并對(duì)此提供特別支持，支持64Kbit/s的高質(zhì)量演說(shuō)信道。隨著支持分組包數(shù)據(jù)和演說(shuō)的能力不斷提高（如果需要可以同時(shí)進(jìn)行），藍(lán)牙可以為這些多媒體應(yīng)用提供完全的局域支持。藍(lán)牙收發(fā)器可以支持多個(gè)數(shù)據(jù)連接并可同時(shí)達(dá)到3個(gè)語(yǔ)音連接，為3個(gè)手持無(wú)繩多媒體/互聯(lián)系統(tǒng)提供完全的功能性。1.5.3 家庭網(wǎng)絡(luò) 在一個(gè)典型的家庭中，有各種形式的娛樂(lè)設(shè)備（電視/VCR、 Hi-Fi），不同來(lái)源的主題信

25、息（報(bào)紙、雜志、電視報(bào)）和特別是在廚房中的功能性設(shè)備（烤爐、微波爐、冰箱/冰柜、中央暖氣系統(tǒng)）。雖然這些項(xiàng)目組目前沒(méi)有辦法相互連接，可以設(shè)想將其與藍(lán)牙設(shè)備組成寬松的連接，不管這些設(shè)備在那里，它的控制和接入將成為用戶的核心。設(shè)想一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)便簽簿，與PDA（或智能電話）類似，但是使用藍(lán)牙收發(fā)器和輕觸屏幕。它輕巧便捷，帶有高級(jí)像素驅(qū)動(dòng)菜單，很容易使用。無(wú)線紅外遙控的應(yīng)用將成為過(guò)去，你的PDA將控制所有的娛樂(lè)設(shè)備。1.5.4 3G可能支持的應(yīng)用 以下的例子說(shuō)明3G和藍(lán)牙技術(shù)如何合作，為一系列廣泛的應(yīng)用提供局域互聯(lián)和廣泛的區(qū)域連接。這些不很確定，而且絕不詳盡，但是目的在于展示互補(bǔ)的標(biāo)準(zhǔn)可以提供更高層

26、次的服務(wù)。購(gòu)物中心的自動(dòng)售貨機(jī)，在一個(gè)限定范圍內(nèi)的所有的自動(dòng)售貨機(jī)都可以通過(guò)藍(lán)牙接入系統(tǒng)與中心的售貨機(jī)管理設(shè)備相連，相反這樣也可以使用3G接入系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)或者提供貨物。少數(shù)問(wèn)題可以直接通過(guò)藍(lán)牙發(fā)報(bào)機(jī)傳遞給購(gòu)物中心的技術(shù)人員。許多人相信移動(dòng)電話將成為電子商務(wù)世界中的首選便攜設(shè)備。但是，目前需要一個(gè)分離的智能卡保存電子現(xiàn)金，然而為了讓它被銷售點(diǎn)終端識(shí)別，沒(méi)有人想要從電話中去除SIM。當(dāng)然當(dāng)SIM（現(xiàn)在它成為多功能智能卡）放在電話中時(shí)，藍(lán)牙將使其得到識(shí)讀。二 藍(lán)牙的組成及功能2.1 藍(lán)牙通信模塊組成及功能:圖2.1藍(lán)牙通信模塊 藍(lán)牙通信模塊由底板和核心板兩塊構(gòu)成,如圖2.3所示,核心板主要包括藍(lán)牙芯

27、片模塊和天線兩部分.底板主要是一些外圍電路.藍(lán)牙芯片模塊供電為3.3V,本實(shí)驗(yàn)板采用5V電壓經(jīng)過(guò)SG2011 變換后成3.3V的藍(lán)牙供電電壓,經(jīng)過(guò)電源總開關(guān) SW502 給開發(fā)板供電，LED506 為電源指示燈。K501為藍(lán)牙芯片模塊的復(fù)位開關(guān)，可給模塊進(jìn)行復(fù)位。下面是本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)所用藍(lán)牙模塊的功能框圖： 圖2.2 藍(lán)牙模塊的功能框圖 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)所用藍(lán)牙通信模塊采用CSR的BC02藍(lán)牙芯片，使用50歐姆的倒F天線。通信距離為10米。藍(lán)牙模塊引出了SPEAKER OUT 、MIC INPUT、SPI、UART、USB、PIOS、AIOS接口，方便用戶開發(fā)使用?？紤]到藍(lán)牙開發(fā)技術(shù)要求比較高，購(gòu)買開發(fā)軟

28、件開支較大，為方便一般教學(xué)演示使用，我公司在產(chǎn)品出廠時(shí)已在模塊內(nèi)燒好應(yīng)用程序。主端預(yù)先存儲(chǔ)了從端地址，上電后自動(dòng)建鏈，無(wú)需人工干預(yù)。 藍(lán)牙模塊提供功能： 1、兩邊通明數(shù)據(jù)傳輸，最大數(shù)據(jù)傳輸速率為1.4Mbps; 2、兩邊全雙工音頻通信； 3、串口數(shù)據(jù)傳輸：9600Baud 8位1位停止位 無(wú)奇偶校驗(yàn)2.2藍(lán)牙芯片KC-04表貼式藍(lán)牙串口模塊、藍(lán)牙GPS模塊 凱春科技開發(fā)生產(chǎn)的KC04英嵌入式藍(lán)牙串口模塊開放了CSR藍(lán)牙芯片（BC02_Audio_Flash）的所有功能引腳，模塊電路板為0.8mm四層板，采用激光盲孔加工工藝，引腳采用半孔加工工藝，體積尺寸緊湊，非常適合客戶開發(fā)各種運(yùn)用。 KC0

29、4藍(lán)牙模塊主要性能參數(shù) 1、頻段：2.40GHz2.48GHz，ISMBand 2、藍(lán)牙協(xié)議：BlueToothV1.1 3、功率等級(jí)：Class2（6dBm） 4、操作電壓：3V（2.73.3V） 5、端口：USB口、RS232口（最大波特率為1.4Mbps）、Audio音頻口、數(shù)字IO口12 條，兩路模擬量輸入ADC、一路數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC輸出。 6、工作溫度：40至105。三 原 理1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理本課題以單片機(jī)和藍(lán)牙模塊Kc-04為主，設(shè)計(jì)了基于藍(lán)牙無(wú)線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)，整個(gè)裝置由前端數(shù)據(jù)采集、傳送部分以及末端的數(shù)據(jù)接受部分組成（如PC機(jī)）。前端數(shù)據(jù)采集部分由位于現(xiàn)場(chǎng)的傳感器、信號(hào)放大電路

30、、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、存儲(chǔ)器、串口通信等構(gòu)成,傳送部分主要利用自帶微帶天線的藍(lán)牙模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸；末端通過(guò)藍(lán)牙模塊、串口通信傳輸將數(shù)據(jù)送到上位PC機(jī)進(jìn)一步處理。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖如圖1所示。 AT89C51單片機(jī)作為下位機(jī)主機(jī)，傳感器獲得的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后送入12位A/D轉(zhuǎn)換器AD574A進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到RAM芯片6264中。下位機(jī)可以主動(dòng)地或者在接收上位機(jī)通過(guò)藍(lán)牙模塊發(fā)送的傳送數(shù)據(jù)指令后，將6264中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)按照HCI-RS232傳輸協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)定義，通過(guò)MAX3232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后送至藍(lán)牙模塊，由籃牙模塊將數(shù)據(jù)傳送到空間，同時(shí)上位機(jī)的藍(lán)牙模塊對(duì)此數(shù)據(jù)進(jìn)行接

31、收,再通過(guò)MAX3232電平轉(zhuǎn)換后傳送至PC機(jī)，從而完成藍(lán)牙無(wú)線數(shù)據(jù)的交換。圖1. 基于藍(lán)牙無(wú)線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的下位機(jī)電路設(shè)計(jì) 信號(hào)放大電路主要采用高共模抑制比放大電路，它由三個(gè)集成運(yùn)算放大器組成，本課題選用的集成運(yùn)算放大器TL082具有高精度、低漂移的特性。 AT89C51與A/D轉(zhuǎn)換器AD574A及外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264的接口示意圖如圖2所示。AT89C51通過(guò)地址譯碼器74LS138、地址鎖存器74LS373，對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行地址選擇。圖2.AT89C51與AD574及外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264的接口示意圖 藍(lán)牙模塊與AT89C51串口之間采用藍(lán)牙模

32、塊提供的RS232傳輸層接口實(shí)現(xiàn)通信，需要外接電路實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，由于藍(lán)牙模塊需3.3V供電，因此這里選用MAX3232芯片作電平轉(zhuǎn)換芯片。另外，為了將5V輸入電壓轉(zhuǎn)換為3.3V電壓，選用電源穩(wěn)壓芯片7301為藍(lán)牙模塊供電。AT89C51通過(guò)MAX3232與藍(lán)牙模塊的接口示意圖如圖3所示。圖3.AT89C51通過(guò)MAX3232與藍(lán)牙模塊的接口示意圖3. 數(shù)據(jù)采集和藍(lán)牙通信的軟件實(shí)現(xiàn) 本課題的軟件主要包括兩部分：數(shù)據(jù)采集和藍(lán)牙通信，采用匯編語(yǔ)言和C51混合編程。為了保證數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性，數(shù)據(jù)采集部分采用匯編語(yǔ)言編程，單片機(jī)采用定時(shí)采樣，具體選擇定時(shí)方式2，定時(shí)為100微秒，定時(shí)結(jié)束后，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)

33、換，單片機(jī)采用查詢的方式讀取AD574A的轉(zhuǎn)換結(jié)果，然后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存至外擴(kuò)存儲(chǔ)器6264中。另外，串行口工作在方式1，波特率為9600bps。藍(lán)牙通信部分采用C51編程，主要實(shí)現(xiàn)利用主機(jī)控制器接口HCI層建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的藍(lán)牙異步無(wú)鏈接數(shù)據(jù)傳輸通道，當(dāng)兩個(gè)藍(lán)牙模塊鏈路建立成功后，就可以按照藍(lán)牙規(guī)范規(guī)定的HCI數(shù)據(jù)分組格式收發(fā)數(shù)據(jù)。 兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信是通過(guò)HCI分組實(shí)現(xiàn)的，HCI作為藍(lán)牙軟件協(xié)議堆棧中軟硬件之間的接口，為上層提供了訪問(wèn)和控制藍(lán)牙硬件的統(tǒng)一接口。HCI是通過(guò)分組(Packet)的方式來(lái)進(jìn)行信息交換的。HCI分組有三種類型:指令分組(Command Packet)、

34、事件分組(Event Packet)和數(shù)據(jù)分組(Data Packet)。主機(jī)與藍(lán)牙模塊用指令-應(yīng)答方式進(jìn)行通信，主機(jī)向主機(jī)控制器發(fā)送指令分組；主機(jī)控制器執(zhí)行某一指令后，大多數(shù)情況下會(huì)返回給主機(jī)一個(gè)指令完成事件分組(Command Complete Event Packet)，該分組攜帶有指令完成的信息。有些分組不會(huì)返回指令完成事件，而返回指令狀態(tài)事件分組(Command Status Event Packet)用以說(shuō)明主機(jī)發(fā)出的指令己經(jīng)被主機(jī)控制器接收并開始處理。如果指令分組的參數(shù)有誤，返回的指令狀態(tài)事件分組就會(huì)給出相應(yīng)的錯(cuò)誤代碼；數(shù)據(jù)分組分為異步無(wú)連接(Asynchronous Conne

35、ctionless, ACL)數(shù)據(jù)分組和同步面向連接(Synchronization Connection Oriented, SCO)數(shù)據(jù)分組兩種。在本課題中，僅涉及到數(shù)據(jù)通信，而沒(méi)有涉及到語(yǔ)音通信，因此建立的是ACL鏈路。單片機(jī)與藍(lán)牙模塊的軟件接口，就是指單片機(jī)如何通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)向藍(lán)牙模塊發(fā)送HCI指令，藍(lán)牙模塊又如何通過(guò)軟件向單片機(jī)返回HCI事件以及兩者之間如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。單片機(jī)和藍(lán)牙模塊間通信的過(guò)程是通過(guò)鍵入HCI指令，觀察收到的HCI事件。當(dāng)兩個(gè)藍(lán)牙模塊建立鏈路成功后，就可以按照藍(lán)牙規(guī)范規(guī)定的HCI數(shù)據(jù)包格式收發(fā)數(shù)據(jù)。在通過(guò)藍(lán)牙模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，首先要進(jìn)行藍(lán)牙模塊的初始化和HCI層流控設(shè)置。典型的藍(lán)牙模塊間的ACL數(shù)據(jù)通信流程有6個(gè)步驟:藍(lán)牙模塊自身初始化Init Bluetooth( )、HCI流量控制設(shè)置Flow Set( )、查詢Inquiry( )