基于藍牙技術的網絡化傳感器及其應用

藍牙模塊上電即讓其完成初始化工作，使其能與信號范圍內藍牙建立連接通道。這一過程主要通過單片機MCU對藍牙模塊發(fā)送HCI指令完成。HCI指令包括指令分組，數據分組和事件分組，具體的格式為：操作碼+參數總長+參數0+參數N。

下面給出主從設備間實現ACL數據連接的HCI指令(字符對應指令的操作碼，由前10位和后6位兩部分組成，括弧內為該指令的參數)：從設備上電后實現查詢使能進行復位Write_scan_enable(0x03)。主設備發(fā)送查為0x00000000000,則建立ACL連接的HCI指令為Creat_Connection(0x000000000000,0x18,0,0,0,0)，從設備接收連接請求指令為Accept_connection_request(0x111111111111,0)，假定主設備地址為0x111111111111。這樣主從設備之間就建立了ACL數據連接。如Inquiry對應操作碼為x0001,0x01。具體的HCI指令參見藍牙規(guī)范。

2.2　NCAP的實現

NCAP的功能為實現藍牙模塊對以太網(Ether2net)的接入，同樣選用ROK101008系列藍牙模塊，如此可以實現多個STIM對同一NCAP的連接。采用8位微處理器W77E58和TCP/IP協議棧芯片W3100A一起實現對以太網(Ethernet)的接入的網絡化接口。

(1)協議棧芯片W3100A初始化。

W3100A是一TCP/IP協議棧芯片，包含的各協議層有：TCP、IP、UDP、ICMP和以太網協議的數據鏈路DLC和MAC協議，其工作方式類似于Windows的SoketAPI,為便于實現對傳感器的訪問，可以將傳感器設計為具有Web服務器功能。W3100A支持全雙工模式，內部帶有雙口的SRAM數據緩沖區(qū)，其封裝是64腳的LQFP,提供了并口和串口兩種方式實現與MCU的通信。MCU和W3100A的硬件接口如圖4所示。其中，RTL8201芯片為以太網物理層選用設備。

W3100A提供MII接口與RTL8201相連，其中引腳RX_CLK,RXDV,RXD[0∶3]以及COL用于數據的接收，而TX_CLK,TXE,TXD[0∶3]用于數據的發(fā)送。

MCU中提供模擬的I2C接口與W3100A通信。

芯片W3100A正常工作必須對其完成相應的初始化。初始化主要是對必要的寄存器進行相應的設置，這些寄存器包括：網關地址寄存器GAR、子網掩碼寄存器SMR、硬件地址寄存器SHAR以及IP地址寄存器SIPR等。上述寄存器被設置后通過執(zhí)行控制寄存器CR的0位Sys_init激活芯片。

(2)WEB服務功能實現。

協議棧芯片W3100A從硬件上實現了TCP/IP協議，因此將該裝置集成Web服務功能顯然比較容易，即在無線NCAP上應實現相應的HTTP協議，NCAP在網絡功能上相當于“網關”。要實現遠程瀏覽器與傳感器交互，可以利用傳感器NCAP中增加了的E2PROM(FM24C04)來存儲相應的網頁文件。交互時，HTTP通過統(tǒng)一資源定位器URL(uniformresourcelocator)來確定傳感器應該為瀏覽器提供哪些資源。

網頁文件存放在傳感器中的FM24C04里。當監(jiān)測中心的瀏覽器發(fā)出頁面請求時，NCAP上的處理器在TCP打包的時候，把來自STIM端的監(jiān)測值嵌入到相應的網頁文件中的特殊標志處，再為該網頁文件添加相應的HTTP頭，返回給請求的用戶，如此用戶可以在瀏覽器上看到實際的監(jiān)測值。因此要實現Web功能，軟件上要在NCAP上完成HTTP協議，硬件上增加了一塊E2PROM(FM24C04)。

3　模擬裝置在病人監(jiān)護系統(tǒng)中的應用

將上述網絡化傳感器(實驗裝置)用于病人監(jiān)護中，病人就可以在異地(如家里)通過其身上攜帶的傳感器來采集和檢測某一信號，同時該傳感器將信號通過Ethernet或Internet傳送到監(jiān)測中心。病人遠程監(jiān)護系統(tǒng)結構示意圖如圖5所示。

利用模擬裝置中的WEB功能，本方案采用B/S(瀏覽器/服務器)方式實現遠程監(jiān)測中心PC機對傳感器的訪問。如此可以最大程度地降低監(jiān)測中心PC機的要求，也免去客戶端軟件的設計。監(jiān)測PC只要通過其瀏覽器(如IE)即可方便實現對傳感器的信息進行查詢和監(jiān)測。下面為存儲在溫度傳感器中的一個簡單的動態(tài)網頁程序，其中的“@”用來在網頁中插入溫度的標志，網頁文件存放在傳感器中的E2PROM里。當監(jiān)測中心的瀏覽器發(fā)出頁面請求時，NCAP上的處理器在TCP打包的時候，把來自STIM端的監(jiān)測值嵌入到相應的網頁文件中的“@”處，再為該網頁文件添加相應的HTTP頭，返回給請求的用戶，如此用戶可以在瀏覽器上看到實際的監(jiān)測值。

4　結語

本文提出的基于藍牙協議的無線網絡化傳感器設計，信息傳輸安全可靠，可行性強。其無線的特殊優(yōu)勢，能夠滿足某些特殊情況的需要，具有廣闊的應用前景和良好的市場價值。開發(fā)的模擬實驗裝置如再進一步通過臨床驗證與完善，即可用于病人遠程監(jiān)護系統(tǒng)實現人體體溫的實時檢測、監(jiān)護、記錄和儲存。如在此基礎上增加血壓、心率等傳感器之后，即可實現對人體的血壓、心率等實施監(jiān)護與記錄處理。