作者：西北工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院 張鑫 杜清珍 楊杰

引言

    市場上現(xiàn)有的監(jiān)控設(shè)備也往往不能滿足用戶的遠(yuǎn)程查詢要求，而且誤報率也比較高。基于藍(lán)牙技術(shù)的家庭監(jiān)控報警系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)控終端探測設(shè)備的數(shù)據(jù)，并在有突發(fā)事件時及時報警；同時該系統(tǒng)還能滿足用戶隨時通過控制中心來統(tǒng)籌管理家居的要求。
　　
系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu) 

    ROK101007藍(lán)牙模塊 

    ROK 101007是Ericsson公司生產(chǎn)的一種在電子設(shè)備中實現(xiàn)藍(lán)牙功能的短距離通信模塊。該藍(lán)牙模塊是由基帶控制器、快閃式存儲器、PBA313 01/2無線電收發(fā)器3個芯片組成。其同時支持?jǐn)?shù)據(jù)和語音的傳遞，通過一個符合USB2.0規(guī)格的USB接口或一個UART/PCM接口來實現(xiàn)模塊和主機控制器之間的通信。它的VCC電源典型值為3.3V。POR101 007符合藍(lán)牙1.1規(guī)范要求，支持多操作點工作方式，通過了FCCETSI認(rèn)可。

    S3C4510B微控制器

    S3C4510B是基于以太網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的高性價比16/32位RISC微控制器，內(nèi)含一個由ARM" target="_blank">ARM公司設(shè)計的16/32位ARM7TDMI RISC處理器核。該處理器支持ROM/SRAM，LFASH，DRAM和外部I/O以及8/16/32位方式工作，包含有2個帶緩沖描述符(Buffer Descriptor)的HDLC通道，HDLC有地址搜索模式、工作速率可達10Mbps。擁有2個可工作于DMA方式或中斷方式的UART模塊。具有18個通用可編程I/O接口，這些I/O接口包括4個外部中斷請求、2個定時器溢出外部和DMA請求和應(yīng)答。

系統(tǒng)硬件電路

    家庭監(jiān)控報警系統(tǒng)整體是由兩部分組成，包括終端探測電路部分和中心監(jiān)控電路部分。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。


圖1 系統(tǒng)組成框圖

    結(jié)構(gòu)框圖中前半部分為一個基于藍(lán)牙模塊的終端探測單元電路，主要由傳感器、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、S3C4510B單片機、報警電路及ROK101 008藍(lán)牙模塊組成；后半部分為中心控制單元電路，主要由PC機和藍(lán)牙模塊組成。

    在終端探測單元，藍(lán)牙模塊和單片機之間通過串口輸入HCI指令實行數(shù)據(jù)通信。當(dāng)使用UART進行通信時，藍(lán)牙模塊作為一個DCE，其串行速度可達460.8Kbit/s。ROK101007藍(lán)牙模塊的UART接口符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)16C450，支持多種波特率，提供四個信號TXD、RXD、RTS和CTS，均按照null modern方式連接，其中TXD和RXD用于數(shù)據(jù)流傳輸，RTS和CTS用于數(shù)據(jù)流控制。MAX232芯片的工作電壓為5V，這就需要額外使用5個100nF的電容構(gòu)成外圍電路。S3C4510B微控制器和藍(lán)牙模塊的接口電路如圖2所示。


圖2 MCU和藍(lán)牙模塊接口電路

    在中心監(jiān)控單元，PC機和藍(lán)牙模塊的通信通過USB接口來實現(xiàn)。使用USB接口方式通信時，是將藍(lán)牙模塊當(dāng)作一個USB從設(shè)備與主機通信的，通過雙向端口D+和D-傳輸數(shù)據(jù)。對于PC機應(yīng)有喚醒和分離兩個邊帶信號來控制PC機的狀態(tài)，當(dāng)主機處于低功耗模式，如果藍(lán)牙模塊接收到建立連接的請求時，Wake_up引腳輸出高電平，喚醒主機。主機的掛起狀態(tài)可通過Detach信號來實現(xiàn)，當(dāng)Detach輸出高電平時，芯片脫離USB狀態(tài)。主機與藍(lán)牙模塊的接口電路如圖3所示。


圖3 主機與藍(lán)牙模塊的接口電路
　　　　　　　　

系統(tǒng)軟件設(shè)計

    藍(lán)牙模塊間的ACL數(shù)據(jù)通信流程主要有藍(lán)牙模塊初始化、HCI流量控制設(shè)置、查詢、建立連接、進行數(shù)據(jù)通信和斷開連接。初始化程序是單片機對藍(lán)牙發(fā)送一系列HCI命令分組并判斷藍(lán)牙返回的事件分組是否正確，當(dāng)藍(lán)牙設(shè)備正確初始化完成之后，通過Set_ Host_ Controller_ To_ Host_ Flow_ Control指令打開主機控制器到主機的流量控制，并通過Host Buffer Size指令來對流量控制進行配置。之后主設(shè)備查詢周圍的藍(lán)牙設(shè)備并發(fā)出建立連接指令，在成功建立ACL連接之后開始數(shù)據(jù)通信。當(dāng)通信完成后，主設(shè)備和從設(shè)備都可以發(fā)出Disconnect命令斷開連接。

    系統(tǒng)終端探測電路程序流程如圖4所示，軟件主要是在單片機上的編程，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，重點是HCI-RS232傳輸層的通信，單片機主要基于C語言編程，實現(xiàn)對前端來自傳感設(shè)備數(shù)據(jù)進行HCI-RS232信息格式的打包，然后通過傳輸層接口RS232實現(xiàn)和藍(lán)牙模塊之間的數(shù)據(jù)傳遞。

 


圖4 系統(tǒng)終端探測電路程序流程

系統(tǒng)中心監(jiān)控電路程序流程如圖5所示，軟件控制主要是實現(xiàn)藍(lán)牙模塊和PC機之間的通信，數(shù)據(jù)傳輸是關(guān)鍵部分。程序在循環(huán)中不斷查詢是否有藍(lán)牙數(shù)據(jù)需要接收和是否有監(jiān)控命令數(shù)據(jù)傳來，需要送藍(lán)牙發(fā)送。藍(lán)牙數(shù)據(jù)接收采用中斷接收方式，而監(jiān)控命令數(shù)據(jù)采用查詢接收方式，這樣可以達到最高的工作效率。


圖5 系統(tǒng)中心監(jiān)控電路程序流程

結(jié)語 

    基于藍(lán)牙技術(shù)的家庭監(jiān)控報警系統(tǒng)，硬件設(shè)計簡單，靈敏度高，由于藍(lán)牙技術(shù)采用跳頻模式，信息傳輸就更為安全準(zhǔn)確，同時在天線發(fā)射允許的范圍內(nèi)藍(lán)牙模塊間信息的傳輸不受空間的限制。隨著藍(lán)牙技術(shù)的普及，其低成本的優(yōu)勢將得到體現(xiàn)，正是由于藍(lán)牙的這些特點使得該系統(tǒng)適應(yīng)性較強，在不需要做較大改動的情況下就能適用于其它類似的監(jiān)控報警系統(tǒng)，具有較高的應(yīng)用價值，可以推廣應(yīng)用。

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