基于掌上终端的蓝牙微微网无线数据采集控制系统

　　1引言

　　近年来，近距离的数字化智能数据采集与控制系统得到了普遍应用，流行的结构是以PC机、笔记本电脑、工控机等作为上位机，以单片机、嵌入式系统作为下位机，通过串行通信、488总线、CAN总线、以太网等多种方式进行数据传输。这些有线数据传输系统具有布线不便、通信电缆容易受损等弊端。

　　随着无线数据通信技术的日益成熟，在工业控制、检测与测量领域，无线自动化（WirelessAutomaTIon）已经成为人们关注的焦点，迫切需要低成本、高可靠、低功耗的无线数据传输方案代替有线系统。蓝牙作为一种电缆替代技术，可以方便地实现设备之间的无线连接，具有低成本、低功耗、高速率、抗干扰能力强、组网灵活等特点，是实现近距离无线数据传输的理想选择[1]。当前主要的掌上电脑（PocketPC）和智能手机（Smartphone）均支持蓝牙协议。

　　同时，随着掌上终端处理能力的不断增强，以掌上终端作为上位机控制中心成为可能，掌上终端携带方便，尤其适用于野外或复杂条件下的现场控制。

　　本文基于掌上智能终端实现对分布式数据采集系统的蓝牙无线控制，在掌上终端的主流操作系统WindowsMobile上实现基于不同蓝牙协议栈的终端设备控制与数据通信，完成数据的实时无线传输。能够设置多个采集终端的数据采集参数并实时无线回收数据，保证数据采集的实时性、数据可靠性和软件系统稳定性。

　　2掌上终端控制的蓝牙微微网无线数据采集系统

　　2.1系统结构

　　如图1所示，多个蓝牙无线数据采集器组成蓝牙微微网，与掌上终端通过蓝牙连接进行控制信令传输及数据通信。掌上终端识别网内的数据采集器，发送控制命令并实时显示回收的数据。蓝牙无线数据采集器在掌上终端的控制下设置数据采集参数，启动或停止数据采集，实时采集所需要的现场信号，并通过蓝牙微微网，将数据无线回传至掌上系统。

图1掌上终端控制的蓝牙微微网无线数据采集系统结构图

　　2.2蓝牙无线数据采集器

　　各数据采集器通过距离、压力、温度等传感器将目标物理量转换为电信号，并由A/D转换器转换为数字信号。数据采集器上配接蓝牙模块，通过UART与蓝牙模块连接，数据的收发通过读写UART寄存器来完成。采集器通过蓝牙链路接收来自掌上控制器的命令及采集参数，并将各时刻的数据组织为帧结构，发送至掌上控制终端。

　　2.3掌上智能控制终端系统

　　掌上终端代替PC机、笔记本电脑、工控机等作为现场数据采集系统的上位机，是现场数据采集与控制中心及数据接收中心，主要任务包括：蓝牙数据采集器管理及传感器校正、数据采集器参数设置、数据采集控制、无线数据接收、实时显示与数据存储、回放。

　　基于掌上智能终端内嵌的蓝牙模块，调用相应的协议栈库函数即可完成蓝牙的相关操作。数据采集器管理模块负责设备查找与设备安全认证；采集参数摄制及控制模块向采集器发送工作控制命令；无线数据接收模块实时接收采集器数据并提供图形化显示；实时采集的数据按照约定格式存放在指定文件中，并根据需要提供历史数据回放。

　　2.4蓝牙微微网无线数据通信

　　蓝牙是一种短距离低功耗无线传输技术，工作于2.4GHz的ISM频段[2]。蓝牙通信协议栈分为四层，其中核心层为基带协议层（BaseBand）链路管理协议（LMP）、逻辑链接控制和适配协议（L2CAP）以及服务发现协议（SDP），核心层之上为电缆替代协议（RFCOMM）与电话传送控制协议（TCS-Binary）[2]。本系统蓝牙无线传输工作在RFCOMM协议上，利用SerialPortProfile将蓝牙设备虚拟成串口设备，数据的传输操作与串口操作相同，开发方便。

　　3掌上控制系统的工作流程

　　掌上控制系统的主要功能包括采集参数设置、采集器系统自检、传感器校正、采集控制以及数据回显。参数设置模块设置采样间隔、保存文件路径、工程信息等参数；采集器系统自检模块以预采集的方式启动采集器，检测整个系统软硬件工作状态；传感器校正模块实现各传感器的零漂纠正及系数率定；采集控制模块控制采集器的数据采样启动与结束，接收并处理数据，完成数据的实时显示及保存；数据回显模块从文件读取历史数据并显示。

　　4主要功能实现

　　4.1数据帧蓝牙数据通信中，命令帧结构与数据帧的约定如下：命令帧由两位命令标识、四位命令参数和两位结束符组成，如IT0001ZZ，IT代表设置采样间隔命令，0001约定为采样间隔为0.01ms，ZZ为统一结束符。数据帧由两位机器识别码、两位数据和两位结束符组成，如A1HLZZ；其中H表示16进制数据的高位,L代表低位。

每次采集传输数据时，终端无间隔采集并传送5组数据，在掌上控制终端进行中值滤波，以减小误差。