基于藍牙技術(shù)的無線溫度傳感器應用

引言

　　在各種生產(chǎn)現(xiàn)場都需要溫度傳感器實現(xiàn)溫度的檢測中，溫度是一種最常用的控制參數(shù)。但在一些危險的場合或物體移動的情況下，有線的溫度傳感器不僅布線復雜而且容易造成線纜脫落影響數(shù)據(jù)的可靠性。近年來，藍牙技術(shù)作為一種較成熟的短距離無線通信技術(shù)，將它和單片機技術(shù)相融合設(shè)計無線溫度傳感器，可以方便、實時、可靠地將采集到的溫度數(shù)據(jù)傳輸給控制終端，保證了生產(chǎn)的順利進行。

　　而且，經(jīng)過功能擴展建立的無線傳感器網(wǎng)絡，能夠適應更加復雜的測量現(xiàn)場。

　　1 藍牙技術(shù)簡介

　　藍牙技術(shù)是一種無線的數(shù)據(jù)與語音通信的開放性標準，工作在2.4GHz的ISM頻段上，采用跳頻擴譜技術(shù)。藍牙設(shè)備的最大發(fā)射功率可分為3級：

　　100mw（20dB/m）、2.smw（4dB/m）、lmw（0dB/m）。當藍牙設(shè)備功率為lmw時，其傳輸距離一般為0.1~10m。當發(fā)射源接近或是遠離而使藍牙設(shè)備接收到的電波強度改變時，藍牙設(shè)備會自動地調(diào)整發(fā)射功率。當發(fā)射功率提高到10mw時，其傳輸距離可以擴大到10om。藍牙支持點對點和點對多點的通信方式，在非對稱連接時，主設(shè)備到從設(shè)備的傳輸速率為721kbps，從設(shè)備到主設(shè)備的傳輸速率為57.6kbPs;對稱連接時，主從設(shè)備之間的傳輸速率各為432.6kbps。藍牙標準中規(guī)定了在連接狀態(tài)下有保持模式（HoldM0de）、呼吸模式（SniffMode）和休眠模式（ParkMode）3種電源節(jié)能模式，再加上正常的活動模式（ActiveMode），一個使用電源管理的藍牙設(shè)備可以處于這4種狀態(tài)并進行切換，按照電能損耗由高到低的排列順序為：

　　活動模式、呼吸模式、保持模式、休眠模式，其中，休眠模式節(jié)能效率最高。藍牙技術(shù)的出現(xiàn)，為各種移動設(shè)備和外圍設(shè)備之間的低功耗、低成本、短距離的無線連接提供了有效途徑。

　　2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　無線溫度傳感器主要由單片機控制單元、藍牙模塊、溫度檢測單元、接口電路及其它輔助電路組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。控制單元凌陽單片機為整個系統(tǒng)的核心，對檢測到的溫度數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換、顯示、傳輸，外擴4MBFLAsH用于存儲程序和溫度數(shù)據(jù)。藍牙模塊包括藍牙芯片、放大器、非平衡變壓器（Balun）等，負責與藍牙控制終端進行無線連接和數(shù)據(jù)傳輸，按鍵完成系統(tǒng)設(shè)置、復位等信息輸人，測量的溫度數(shù)據(jù)在傳輸?shù)娇刂平K端的同時在LED上顯示，并通過揚聲器定時語音播報當前溫度數(shù)據(jù)和超限報警。

　　2.1 單片機控制單元

　　控制單元采用SPCE061A單片機，工作電壓為2.6~3.6V，工作頻率為0.32一49.152MHz，較高的處理速度使其能夠非常容易、快速地處理復雜的數(shù)字信號。該芯片內(nèi)包括ADC、DAC、定時器/計數(shù)器、RAM、FLASH、ROM等器件，具有一套高效率的指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境，并且支持標準C語言，可以實現(xiàn)C語言與凌陽匯編語言的相互調(diào)用，為硬件設(shè)計和軟件開發(fā)提供了便利條件。另外，芯片內(nèi)置的2路10位精度的DAC，再配合豐富的語音函數(shù)庫，可方便地完成語音的播放，非常適合于語音應用的開發(fā)。

　　2.2 溫度檢瀏單元

　　溫度檢測單元采用D1S8B02型傳感器，是美國DALLAS公司推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過編程實現(xiàn)9~12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18BZo與SPCEo61A單片機的接口電路如圖2所示，由于DS18B20傳感器支持“一線總線”接口，因此只需將DS18B20信號線接到單片機的1位1/0線上即可，而且在1根1/0線上可以掛接多個傳感器實現(xiàn)多點溫度測量。

　　為了提高抗干擾性能，采用外加電源方式對傳感器供電。

　　2.3 無線傳愉控制單元

　　隨著藍牙芯片單芯片的集成度越來越高和集成了芯片、Balun、晶振等各種藍牙模塊的面世，將藍牙嵌人到其它數(shù)字化設(shè)備中也越來越容易實現(xiàn)。本系統(tǒng)無線傳輸由藍牙模塊BCM02實現(xiàn)，BCM02核心采用CSR（CambridgesiliconRadio）公司的BlueCoreZ一External藍牙芯片，外圍擴展T晶振、FLASH、Balun、帶通濾波器（BPF）、1.SV穩(wěn)壓電路，可以根據(jù)不同的應用場合快速開發(fā)，模塊符合藍牙Vl.1標準，最大發(fā)射功率設(shè)計為2.smw（4dB/m），是一個二級藍牙芯片，工作電壓為3士0.3V。BCMoZ通過UART口與單片機相連，為簡化設(shè)計，將所需的藍牙協(xié)議棧和無線傳輸應用程序直接固化在藍牙模塊中，利用藍牙提供一個透明的無線數(shù)據(jù)傳輸，而單片機只要設(shè)置好波特率等參數(shù)即可進行通信，傳輸控制由單片機完成。