ROKl01007藍牙模塊及其在無線火災自動報警系統(tǒng)中的應用

1 引言
隨著傳感技術、微電子技術、人工智能以及網絡技術的不斷發(fā)展，火災自動報警系統(tǒng)正朝著新一代控制技術發(fā)展。但現(xiàn)行的火災報警系統(tǒng)探測器與控制器的連接大多采用兩條或多條銅芯絕緣導線或銅芯電纜，使得系統(tǒng)耗材多，功耗大，設計、施工與維護復雜；而且連接線容易老化或遭到腐蝕、磨損，故障發(fā)生率多，誤報率高；系統(tǒng)運行時，火災信息在探測器與控制器間往返傳送，增加了報警控制器的信號處理負擔，降低了系統(tǒng)巡檢速度、穩(wěn)定性和可靠性。因此，將藍牙技術應用于火災自動報警領域可實現(xiàn)火災信息的無線傳輸，是解決上述問題的理想方案，同時也是現(xiàn)代火災自動報警系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。本文引入藍牙芯片ROKl01007作為通信模塊集成到火災自動報警系統(tǒng)中，采用有線與無線相結合的網絡方案構成分布式報警系統(tǒng)，實現(xiàn)現(xiàn)場參數(shù)的自動檢測和控制。

2 ROKl01007的基本特性
ROKl01007是Ericsson公司生產的一種在各種電子設備中實現(xiàn)藍牙功能的短距離通信模塊，它支持UART、PCM和USBl.1接口，支持點對多點連接，具有聲音和數(shù)據傳輸?shù)墓δ?。該藍牙模塊符合藍牙1.1版本，并通過了FCC/ETST類型認證，其內部結構框圖和引腳配置如圖1所示，其內部主要包含射頻模塊(PBA31301/2)、基帶控制器、閃存等功能模塊。表1列出了ROKl0l007藍牙模塊主要引腳說明。

3 在火災自動報警中的應用
3.1 火災自動報警系統(tǒng)構成
采用PC機和單片機組成的二級測控系統(tǒng)結構，單片機作為下位機用于前端測量單元，負責現(xiàn)場火災信號的采集及預處理等。PC機作為上位機，也稱為終端，負責對整個網絡系統(tǒng)的參數(shù)設置及監(jiān)控，完成數(shù)據的集中智能化處理等?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)框圖如圖2(a)所示，下位機系統(tǒng)采用有線、無線相結合的連接方式進行信息傳輸，硬件框圖如圖2(b)。

下位機系統(tǒng)利用Intel公司的MCS-51系列單片機作為控制器進行現(xiàn)場溫度、煙霧和氣體信號的采集及預處理，并保存在單片機中，然后通過前端單元的藍牙模塊，以無線通信的方式發(fā)送給終端單元的藍牙模塊，最后傳給上位機進行后續(xù)處理，從而實現(xiàn)單片機與PC機上下位機的連接，完成數(shù)據交換。反之，PC機到單片機的數(shù)據傳輸過程同樣如此。上位機主機采用功能強大的PC機作為控制單元，利用VC/C++高級語言實現(xiàn)藍牙模塊的初始化、藍牙鏈路管理命令的編輯、鏈路建立、鏈路監(jiān)視、鏈路拆除以及數(shù)據的打包和拆包等功能，同時完成各位置藍牙終端信息的綜合分析、智能化處理，得出火災發(fā)生概率并報警。
3.2 ROKl01007工作原理
下位機系統(tǒng)單片機與藍牙模塊之間通過串口寫入HCI(主機控制器接口)指令即可進行通信，鑒于單片機工作電壓為+5 V，藍牙模塊的工作電壓為+3.3 V，采用電平轉換器件74LVTH245進行電源轉換。單片機和藍牙模塊的接口電路如圖3所示。采用藍牙模塊的UART作為接口進行數(shù)據通信，此時藍牙模塊作為數(shù)字電路終端設備(DCE，Data Circuit-terminal Equipment)，其串行傳輸速率可達460 kbit/s。

上位機系統(tǒng)硬件配置框圖如圖2(a)，值班室監(jiān)控服務器一側主機(PC機)，既可以采用模塊化設計，又可將藍牙模塊作為添加的附件和插卡與主機連接。藍牙模塊和主機接口都可采用USB接口，也可采用標準串行口RS-232方式連接。本文采用后一種接口方式，由于RS-232電平與TTL和CMOS電平相反，邏輯0電平規(guī)定為+5 V~+l5 V，邏輯l電平為-5 V~-15 V，因此，為了與藍牙模塊電平匹配，在藍牙模塊和PC機接口之間采用MAX3232進行電平轉換。上位機接口電路如圖4所示。

藍牙模塊ROKl01007支持保持(HOld)、偵聽(sniff)、休眠(Park)三種節(jié)能模式，其中保持模式適于連接幾個微微網以及溫度傳感器、煙霧探測器等低功耗設備。多數(shù)時間內火災探測設備沒有數(shù)據傳輸，因而在實際的火災自動報警系統(tǒng)中可以通過報警控制器把探測器置為保持工作模式，此時微微網內只有一個內部計數(shù)器工作。一旦某個火災探測器探測到火情，處于保持模式的單元被激活，探測器監(jiān)測到的火災信息由基帶芯片分析處理轉化成電信號后，通過射頻芯片傳送給報警控制器?？刂破魃习惭b應用軟件，負責各位置的藍牙終端信息的綜合分析、集中判斷處理。
運算并確認火災后，將指令傳輸?shù)铰?lián)動控制設備，再由聯(lián)動控制設備啟動相應的聯(lián)動裝置。在整個傳輸過程中，省去了硬件控制，提高了傳輸速度，也為維修保養(yǎng)提供了方便。通過藍牙技術連接的微微網網絡初建時，將報警控制器定義為主設備，火災探測器定義為從設備，建立A-CL鏈路進行數(shù)據傳輸。

4 系統(tǒng)軟件設計
藍牙技術標準定義了主機控制器接口HCI，HCI標準主要是定義主機控制藍牙模塊的各個指令意義。每個HCl分組都以HCI指示符開始，不同的指示符代表不同類型的HCl分組，如表2所列。主機與藍牙模塊之間通過HCI收發(fā)分組方式進行信息交換，用指令-應答(Command-Response)方式實現(xiàn)控制。

ROKl01007可提供高至HCI層的功能，系統(tǒng)軟件設計主要是完成藍牙模塊與主機(PC機、單片機)的通信及藍牙模塊與藍牙模塊的通信。下位機系統(tǒng)主要是在單片機上進行編程，實現(xiàn)數(shù)據的采集、處理等，重點是HCI-RS232傳輸層的通訊。軟件流程如圖5所示。首先對藍牙模塊進行初始化，設定相應的串口通信參數(shù)；根據藍牙標準的HCI指令，完成設備的查詢和連接；連接成功后單片機開始數(shù)據采集，然后將數(shù)據打包成ACL數(shù)據包再發(fā)送給終端進行透明數(shù)據傳輸。ACL數(shù)據分組里的數(shù)據必須是L2CAP(Logical Link Control and Adaption)格式的，具體意義參考規(guī)范。

PC機對藍牙模塊的控制主要通過軟件編制調用HCI指令，整個程序可采用高級語言編程VisualC/C++在PC機上實現(xiàn)。

5 結束語
利用藍牙模塊ROKl01007在室內體育館等中小范圍內組建一微微網進行區(qū)域報警，有很廣闊的發(fā)展前景。目前，在國外的某些高層建筑中已經采用藍牙無線網絡技術，在設備間真正實現(xiàn)了“無縫連接、隨時在線”。將報警控制器置為主設備，探測器置為從設備，通過ROKl01007模塊與主設備形成“空中連接”，實現(xiàn)數(shù)據通信，該模塊提供的三個主機控制器接口極大地方便了硬件設計。另外，藍牙模塊具有明確的網絡封裝協(xié)議，可以很方便地實現(xiàn)與TCP/IP的直接連接。將藍牙模塊應用于無線火災自動報警系統(tǒng)中，可降低系統(tǒng)設計施工成本，減少誤報率，提高系統(tǒng)可靠性，具有其他技術無可比擬的優(yōu)勢。