基于藍(lán)牙技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化傳感器設(shè)計(jì)及其應(yīng)用

摘要:以傳感器接口標(biāo)準(zhǔn)IEEE1451. 2為基礎(chǔ),介紹了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化傳感器實(shí)現(xiàn)的一些具體技術(shù)要點(diǎn),提出了一種基于藍(lán)牙協(xié)議的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化傳感器結(jié)構(gòu)模型,并給出了基于該模型開發(fā)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程測(cè)溫裝置的具體軟、硬件實(shí)現(xiàn),最后探討了該裝置在病人遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)中的應(yīng)用。

在測(cè)控系統(tǒng)中,傳感器作為信息采集必不可少的裝置,實(shí)現(xiàn)其網(wǎng)絡(luò)化是當(dāng)前的熱點(diǎn)研究問題。當(dāng)前大多數(shù)測(cè)控系統(tǒng)中,傳感器多是采用有線方式,但是在一些特殊情況下,有線線纜連接顯然會(huì)造成很多不便,不能夠滿足現(xiàn)實(shí)需要。隨著新興無(wú)線技術(shù)(如藍(lán)牙技術(shù))的發(fā)展以及其芯片價(jià)格的降低,無(wú)線方式在很多場(chǎng)合都得到應(yīng)用以取代原有的有線接口方式。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化傳感器勢(shì)必成為傳感器發(fā)展的一個(gè)重要方向。筆者在介紹IEEE1451. 2和藍(lán)牙技術(shù)的基礎(chǔ)上,提出了一種基于藍(lán)牙協(xié)議的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化傳感器結(jié)構(gòu)模型,并著重討論基于該模型開發(fā)的模擬實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)現(xiàn)及其在病人遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)中的應(yīng)用。

1　基于IEEE1451. 2和藍(lán)牙協(xié)議的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化傳感器

1. 1　IEEE1451. 2標(biāo)準(zhǔn)

IEEE1451. 2作為智能傳感器接口模塊標(biāo)準(zhǔn),它提供了將傳感器和變送器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的接口標(biāo)準(zhǔn),采用通用的A /D 或D /A 轉(zhuǎn)換裝置作為傳感器的I/O 接口,將各種傳感器模擬量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定格式的數(shù)據(jù),連同一個(gè)小存儲(chǔ)器———傳感器電子數(shù)據(jù)表( TEDS,transducer electronic data sheet)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的處理器目標(biāo)模型———網(wǎng)絡(luò)適配器(NCAP, network capable ap2p lication p rocess)連接,如此,數(shù)據(jù)可以按網(wǎng)絡(luò)規(guī)定的協(xié)議連接入網(wǎng)絡(luò)。該標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)模型提供了一個(gè)連接智能變送器接口模型( STIM, smart transducer interfacemodule)和NCAP的10線標(biāo)準(zhǔn)接口———變送獨(dú)立接口(TII, transducer independence interface) 。其工作流程是敏感元件輸出的模擬信號(hào)經(jīng)A /D轉(zhuǎn)換及相應(yīng)數(shù)據(jù)處理(濾波、校準(zhǔn))后,由網(wǎng)絡(luò)處理裝置根據(jù)程序設(shè)定和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(TCP / IP)將其封裝成數(shù)據(jù)幀,通過網(wǎng)絡(luò)接口傳到網(wǎng)絡(luò)上。

1. 2　藍(lán)牙技術(shù)

藍(lán)牙技術(shù)作為一種新的短距離無(wú)線通信協(xié)議,提供了一種無(wú)線數(shù)據(jù)與語(yǔ)音通信的開放標(biāo)準(zhǔn),它具有許多特有的優(yōu)勢(shì):很強(qiáng)的移植性,可應(yīng)用于多種通信場(chǎng)合;硬件集成電路應(yīng)用簡(jiǎn)單,成本低廉,實(shí)現(xiàn)容易,且易于推廣;藍(lán)牙功耗低,對(duì)人體危害小;藍(lán)牙采用擴(kuò)頻跳頻技術(shù),抗干擾能力強(qiáng),增加了信息傳輸?shù)陌踩浴Ｋ{(lán)牙技術(shù)正以其特有的優(yōu)勢(shì)引起許多專家學(xué)者的廣泛關(guān)注。

1. 3　傳感器結(jié)構(gòu)模型

基于IEEE1451. 2的有線網(wǎng)絡(luò)化傳感器結(jié)構(gòu)模型包含STIM、TII和NCAP 三部分。而本設(shè)計(jì)的基于IEEE1451. 2和藍(lán)牙協(xié)議的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化傳感器,采用藍(lán)牙模塊替代TII實(shí)現(xiàn)無(wú)線連接,類似于實(shí)現(xiàn)了一個(gè)無(wú)線的STIM和無(wú)線NCAP接收終端的模式,它們以點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)方式在藍(lán)牙匹克網(wǎng)以主從方式實(shí)現(xiàn)相互通信。

STIM通過無(wú)線的NCAP接入以太網(wǎng)( Ethernet)或In2ternet,同時(shí)NCAP通過分配的IP地址與網(wǎng)絡(luò)相連,如圖1所示。與典型的有線方式相比,上述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模型增加了兩個(gè)藍(lán)牙模塊,對(duì)于藍(lán)牙模塊部分,標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)牙對(duì)外接口電路一般使用RS232或USB 接口,而TII是一個(gè)控制鏈接到它的STIM的串行接口,因此必須設(shè)計(jì)一個(gè)類似于TII接口的藍(lán)牙電路,構(gòu)造一個(gè)專門的處理器來(lái)完成控制STIM和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)到藍(lán)牙主控制接口(HCI, host control interface)的功能。硬件實(shí)現(xiàn)上可以采用接口模塊,軟件實(shí)現(xiàn)上可以采用標(biāo)準(zhǔn)的STIM軟件模塊: STIM 模塊、STIM 傳感器接口模塊、TII模塊、TEDS模塊以及地址和函數(shù)模塊。

2　模擬實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)現(xiàn)

下面以實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的模擬裝置為例來(lái)說明該傳感器的實(shí)現(xiàn)。該裝置的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示,利用前端無(wú)線STIM中的MCU 定時(shí)采集溫度傳感器中的溫度值,經(jīng)藍(lán)牙無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送至NCAP。NCAP將存放于特定的位置,當(dāng)有瀏覽器要查看該數(shù)值時(shí),將該數(shù)值嵌入到相應(yīng)的網(wǎng)頁(yè)程序中,并對(duì)整段程序進(jìn)行TCP /IP封裝處理,傳送到客戶端的瀏覽器上。