ROK 101 007/1型藍牙模塊的特性及其應用

1 引言
藍牙是一種正在發(fā)展中的短距離無線時分多址通信技術或個域網(wǎng)技術，是直接面向個人和商務的無線連接應用技術。藍牙集成電路的主要優(yōu)點是可以隨時隨地用無線接口代替有線電纜連接；具有很強的移植性，可應用于多種通信場合；功耗低，對人體危害??；成本低廉，實現(xiàn)容易，便于推廣。藍牙模塊工作在2.4 GHz的ISM頻段，采用跳頻/時分復用技術，傳輸速率高達1 Mbit/s，能實現(xiàn)點對點和點對多點通信，以無線方式將區(qū)域內(nèi)各個數(shù)據(jù)或語音設備連接組成微微網(wǎng)，嵌有藍牙模塊的電子設備之間可以方便快捷的通信。目前，藍牙產(chǎn)品在通信、電子和網(wǎng)絡等領域得到了廣泛應用。

2 ROK 101 007/1型藍牙模塊
2.1 硬件結(jié)構
藍牙模塊是實現(xiàn)無線通信的硬件基礎。ROK101 007/1是可以在各種電子設備中實現(xiàn)藍牙功能的短距離通信模塊，得到了廣泛的應用。其主要特點是支持USB、UART和ⅡC；具有聲音和數(shù)據(jù)傳輸功能；符合藍牙1.1版本并通過了FCC/ETST認證。其硬件結(jié)構框圖如圖1所示，主要包括基帶控制器、閃速存儲器和射頻模塊。

2.1.1 基帶控制器
基帶控制器實現(xiàn)藍牙基帶部分的功能，主要作用是完成對基帶及鏈路的管理，包括對同步(SCO)和異步(ACL)連接方式的支持、差錯控制、物理層的認證和加密、鏈路管理等。此外，基帶控制器還提供USB，UART/PCM接口，實現(xiàn)與主機控制接口(HCI)傳輸層的物理連接。
2.1.2 閃速存儲器
閃速存儲器的功能是存放基帶、鏈路管理層和主機控制接口軟件，以及一些API程序，用于對電路進行配置。使用時，基帶控制器首先把存放在閃速存儲器中的應用軟件調(diào)到RAM中。在ROK 101007/1模塊中，RAM是基帶控制器的運行空聞。
2.1.3 射頻模塊
射頻模塊的主要用來實現(xiàn)藍牙設備間的無線連接，具體功能是完成頻率的合成；完成基帶模塊的數(shù)據(jù)比特信號到無線電信號的轉(zhuǎn)換過濾，并將無線電信號以一定的功率和跳頻頻率發(fā)送出去。ROK101 007/1的射頻部分由PBA313 01/2型藍牙射頻電路實現(xiàn)，其工作頻段為2.4 GHz~2.5 GHz，最大傳輸速率為1 Mbit/s；PBA313 01/2的內(nèi)部電路包括鎖相環(huán)路(由環(huán)路濾波器、壓控振蕩器、晶體振蕩器和射頻專用集成電路組成)、接收/發(fā)送及其開關轉(zhuǎn)換電路、天線濾波器等。
2.2 HCI及其規(guī)范
ROK 101 007/1符合藍牙技術規(guī)范。主機控制接口(HCI)在藍牙技術規(guī)范中有嚴格的定義，HCI標準主要是定義主機控制藍牙模塊的各個指令意義，其功能部件的第一部分是傳輸固件，位于藍牙模塊中(如ROK 101 007/1的閃存內(nèi))，其主要功能是控制藍牙模塊內(nèi)的硬件(主機控制器)；第二部分是主機驅(qū)動程序，位于主機內(nèi)：第三部分是實際傳輸總線。藍牙模塊廣泛應用在工控、智能儀器儀表等領域，最典型的應用背景是與單片機串口通信，傳輸總線可能是USB，PC卡或RS232接口，它們的主要功能是為主機提供向主控制器發(fā)送HCI指令、HCI數(shù)據(jù)以及從主控制器接收HCI指令和數(shù)據(jù)的能力。
在USB，PC卡或RS232接口傳輸總線中，后2種較為簡單。以實際的物理傳輸選用的RS232為例，主機通過RS232接口與藍牙模塊(如ROK 101 007/1)相連接，通過RS232可以傳輸4種HCl分組，包括HCI命令分組、HCI事件分組、HCI ACL數(shù)據(jù)分組和HCI SCO數(shù)據(jù)分組。主機上的RS232驅(qū)動程序向主機控制器發(fā)出指令，即指令經(jīng)過RS232物理接口傳遞到藍牙模塊上，藍牙模塊內(nèi)的固件將信號傳遞到數(shù)據(jù)鏈路層，由數(shù)據(jù)鏈路層控制基帶層的操作。同樣，主控制器收到指令并準備執(zhí)行時，將向主機返回指令狀態(tài)事件。l條最基本的HCI指令一般應包括藍牙模塊復位、初始化、查詢、建立鏈接、傳送SCO/ACL數(shù)據(jù)等。

3 在醫(yī)院病房監(jiān)護系統(tǒng)中的應用
基于藍牙技術的醫(yī)院病房監(jiān)護系統(tǒng)由主控臺、各病房控制器和病床終端設備組成，其結(jié)構示意圖如圖2所示。主控臺與各病房控制器之間、各病房控制器與各病房內(nèi)的病床終端設備之間，以及各病房控制器之間能進行交互式無線通信，形成分布式無線交互式通信網(wǎng)絡。其中，病床終端設備收集與處理病人信息，并將所獲得的信息傳送給病房控制器，也可接收病房控制器所傳送的信息，在病房微微網(wǎng)中一般作為從設備，可靈活移動，根據(jù)病人需要放置在病床周圍；病房控制器對病床終端設備進行管理，并在主控臺和病床終端設備之間進行中繼通信，交換數(shù)據(jù)信息，在網(wǎng)絡中，病房控制器的編號是惟一的，一般作為各病房微微網(wǎng)的主設備，根據(jù)通信效果和實際需要，可安裝在走廊或病房內(nèi)；主控臺位于護士站，與各病房控制器構成微微網(wǎng)，作為微微網(wǎng)的主設備，對病房控制器和病床終端設備進行管理，與病房控制器通信并進行信息交換。在該系統(tǒng)中，各種設備之間的無線通信通過ROK 101007/1實現(xiàn)，各種設備都必須安裝ROK 101 007/1。

3.1 病床終端設備設計
病床終端設備的主要功能是接收用戶的各類呼叫，并通過藍牙模塊與病房控制器交換信息，其硬件結(jié)構示意圖如圖3所示，核心部件是89C51型單片機和ROK l01 007/1，二者之間通過串口寫入HCI指令實現(xiàn)相互通信。其外圍電路主要有語音編解碼電路、顯示電路、報警電路和呼叫按鈕電路等，其中，語音編解碼電路是對病人話音信號編碼或?qū)邮盏脑捯艟幋a信號解碼，實現(xiàn)病人與主控臺護士實時對話；顯示電路顯示病人呼叫及其處理情況；報警電路實現(xiàn)病人報警或緊急情況呼叫，緊急呼叫具有最高優(yōu)先級；呼叫按鈕電路供病人進行一般呼叫。

3.2 病房控制器設計
病房控制器的主要功能是在主控臺與病床終端設備通過無線方式轉(zhuǎn)發(fā)信息，具有發(fā)射和接收功能。基本組成部件是89C51型單片機和ROK 101007/1，其結(jié)構示意圖如圖4所示。

3.3 主控臺設計
主控臺的主功能是與各病房控制器通信，并完成對接收和輸入的各種數(shù)據(jù)的處理和可視化顯示。主要部件包括計算機和ROK 101 007/1等，其結(jié)構示意圖如圖5所示，計算機和藍牙模塊通過RS232型串行口連接，需要RS232進行電平轉(zhuǎn)換。

4 結(jié)束語
ROK 101 007/1型藍牙模塊可應用在包括筆記本電腦等在內(nèi)的各類電子設備中，在實際應用中具有極大的靈活性，用戶可以通過對主機控制接口(HCI)以上的協(xié)議包括邏輯鏈路控制適配協(xié)議和串口協(xié)議等編程來完成自己的開發(fā)。ROK 101 007/1克服了早期無線產(chǎn)品中的許多技術瓶頸，給用戶應用帶來方便，一般情況下用戶只需完成應用軟件的設計開發(fā)即可。因為ROK 101 007/1具有上述諸多優(yōu)點，所以已在許多電子設備中得到了普遍應用。