通信与网络中的基于掌上终端的蓝牙微微网无线数据采集控制系统
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2020-11-06
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通信与网络中的基于掌上终端的蓝牙微微网无线数据采集控制系统通信与网络中的基于掌上终端的蓝牙微微网无线数据采集控制系统
1引言 近年来，近距离的数字化智能数据采集与控制系统得到了普遍应用，流行的结构是以PC机、笔记本电脑、工控机等作为上位机，以单片
机、嵌入式系统作为下位机，通过串行通信、488总线、CAN总线、以太网等多种方式进行数据传输。这些有线数据传输系统具有布线不便、通信电缆
容易受损等弊端。 随着无线数据通信技术的日益成熟，在工业控制、检测与测量领域，无线自动化（WirelessAutomaTIon）已经成为人们关注的
焦点，迫切需要低成本、高可靠、低功耗的无线数据传输方案代替有线系统。蓝牙作为一种电缆替代技术，可以方便地实现设备之间的无线连接，具
有低成本、低功耗、高速率、抗干扰能力强、组网灵活
1引言引言
近年来，近距离的数字化智能数据采集与控制系统得到了普遍应用，流行的结构是以PC机、笔记本电脑、工控机等作为上位机，以单片机、嵌入式系统作为下位
机，通过串行通信、488总线、CAN总线、以太网等多种方式进行数据传输。这些有线数据传输系统具有布线不便、通信电缆容易受损等弊端。
随着无线数据通信技术的日益成熟，在工业控制、检测与测量领域，无线自动化（WirelessAutomaTIon）已经成为人们关注的焦点，迫切需要低成本、高可靠、低
功耗的无线数据传输方案代替有线系统。蓝牙作为一种电缆替代技术，可以方便地实现设备之间的无线连接，具有低成本、低功耗、高速率、抗干扰能力强、组网灵活等
特点，是实现近距离无线数据传输的理想选择[1]。当前主要的掌上电脑（PocketPC）和智能手机（Smartphone）均支持蓝牙协议。
同时，随着掌上终端处理能力的不断增强，以掌上终端作为上位机控制中心成为可能，掌上终端携带方便，尤其适用于野外或复杂条件下的现场控制。
本文基于掌上智能终端实现对分布式数据采集系统的蓝牙无线控制，在掌上终端的主流操作系统WindowsMobile上实现基于不同蓝牙协议栈的终端设备控制与数据通
信，完成数据的实时无线传输。能够设置多个采集终端的数据采集参数并实时无线回收数据，保证数据采集的实时性、数据可靠性和软件系统稳定性。
2掌上终端控制的蓝牙微微网无线数据采集系统掌上终端控制的蓝牙微微网无线数据采集系统
2.1系统结构
如图1所示，多个蓝牙无线数据采集器组成蓝牙微微网，与掌上终端通过蓝牙连接进行控制信令传输及数据通信。掌上终端识别网内的数据采集器，发送控制命令并
实时显示回收的数据。蓝牙无线数据采集器在掌上终端的控制下设置数据采集参数，启动或停止数据采集，实时采集所需要的现场信号，并通过蓝牙微微网，将数据无线
回传至掌上系统。
图1掌上终端控制的蓝牙微微网无线数据采集系统结构图
2.2蓝牙无线数据采集器
各数据采集器通过距离、压力、温度等传感器将目标物理量转换为电信号，并由A/D转换器转换为数字信号。数据采集器上配接蓝牙模块，通过UART与蓝牙模块连
接，数据的收发通过读写UART寄存器来完成。采集器通过蓝牙链路接收来自掌上控制器的命令及采集参数，并将各时刻的数据组织为帧结构，发送至掌上控制终端。
2.3掌上智能控制终端系统
掌上终端代替PC机、笔记本电脑、工控机等作为现场数据采集系统的上位机，是现场数据采集与控制中心及数据接收中心，主要任务包括：蓝牙数据采集器管理及
传感器校正、数据采集器参数设置、数据采集控制、无线数据接收、实时显示与数据存储、回放。
基于掌上智能终端内嵌的蓝牙模块，调用相应的协议栈库函数即可完成蓝牙的相关操作。数据采集器管理模块负责设备查找与设备安全认证；采集参数摄制及控制模
块向采集器发送工作控制命令；无线数据接收模块实时接收采集器数据并提供图形化显示；实时采集的数据按照约定格式存放在指定文件中，并根据需要提供历史数据回
放。
2.4蓝牙微微网无线数据通信
蓝牙是一种短距离低功耗无线传输技术，工作于2.4GHz的ISM频段[2]。蓝牙通信协议栈分为四层，其中核心层为基带协议层（BaseBand）链路管理协议（LMP）、
逻辑链接控制和适配协议（L2CAP）以及服务发现协议（SDP），核心层之上为电缆替代协议（RFCOMM）与电话传送控制协议（TCS-Binary）[2]。本系统蓝牙无线传
输工作在RFCOMM协议上，利用SerialPortProfile将蓝牙设备虚拟成串口设备，数据的传输操作与串口操作相同，开发方便。
3掌上控制系统的工作流程掌上控制系统的工作流程
掌上控制系统的主要功能包括采集参数设置、采集器系统自检、传感器校正、采集控制以及数据回显。参数设置模块设置采样间隔、保存文件路径、工程信息等参
数；采集器系统自检模块以预采集的方式启动采集器，检测整个系统软硬件工作状态；传感器校正模块实现各传感器的零漂纠正及系数率定；采集控制模块控制采集器的
数据采样启动与结束，接收并处理数据，完成数据的实时显示及保存；数据回显模块从文件读取历史数据并显示。
4主要功能实现主要功能实现
4.1数据帧蓝牙数据通信中，命令帧结构与数据帧的约定如下：命令帧由两位命令标识、四位命令参数和两位结束符组成，如IT0001ZZ，IT代表设置采样间隔命
令，0001约定为采样间隔为0.01ms，ZZ为统一结束符。数据帧由两位机器识别码、两位数据和两位结束符组成，如A1HLZZ；其中H表示16进制数据的高位,L代表低
位。
每次采集传输数据时，终端无间隔采集并传送5组数据，在掌上控制终端进行中值滤波，以减小误差。
4.2蓝牙设备发现与连接实现
4.2.1基于微软协议栈的蓝牙传输
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