基于蓝牙技术的火控检测系统无线网络的研究

　　火控系统[1]是武器系统的指挥控制中心，系统结构复杂、科技含量高、故障检测难度大，其系统工作的可靠性不仅影响对战场态势的正确判断和对攻击目标的选择，还直接影响武器系统作战效能发挥和武器装备及人员的安全，因此，必须对火控系统实施实时、准确的检测，以保障火控系统时刻处于良好状态。基于蓝牙技术的火控检测系统无线网络，利用蓝牙的无线传输取代传统的有线电缆传输，同时利用蓝牙的网络特性，实现火控系统检测的无线化、网络化、简单化，大大提高了检测能力及效率，拓展了武器检测系统在恶劣或特殊环境中的应用。

　　蓝牙网络结构

　　蓝牙微微网

　　蓝牙可以提供点对点或点对多点的连接，最基本的网络组成是微微网[7]，也称皮克网(Piconet)。在同一微微网内，蓝牙单元享有同一条信道，一个微微网内有且仅有一个主单元(master unit)，其余为从单元(slave unit)。主单元发起连接，决定微微网通信信道，控制整个工作过程，蓝牙微微网结构如图1A。

　　微微网内主单元和从单元在硬件上没有区别，这样组网非常简单和方便。蓝牙限制了微微网的单元数量，同一时间一个微微网最多只能有7个从单元处于活动状态，其余单元处于休眠状态，处于休眠状态的蓝牙设备可以通过激活模式和休眠模式的切换，将原来激活的7个从设备变为休眠，而使原来处于休眠的从设备被激活。

　　蓝牙散射网

　　为了消除限制数量对通信的影响，同时提高频谱的利用效率，蓝牙允许同一区域内同时存在多个微微网，这样多个交叠覆盖的微微网就构成一个分布式散射网(scatter net)，如图1B。一个微微网的主单元既可以是连接另一微微网的主单元，也可以是连接从单元。每一个微微网拥有自己的信道，主单元按照跳频系列中的不同频率识别不同的从单元，散射网用识别频率来区分各个不同的微微网。这样，蓝牙通过简单的网络控制就可以实现更多设备之间的通信，但同时也增加了蓝牙设备之间通信干扰的可能性。

　　系统总体设计

　　本设计主要是利用蓝牙无线传输技术，将火控检测系统主机无线连接起来，构成蓝牙微微网，实现网内数据的传输与资源共享。本文在硬件上采用BlueCore4-External蓝牙模块设计开发了蓝牙串口适配器，取代有线电缆。在此基础之上，开发了系统的软件，实现了蓝牙无线网络的搭建。其构成的蓝牙微微网示意图如图2所示。

　　火控检测系统无线网络的实现

　　硬件实现

　　蓝牙串口适配器选用CSR公司的BlueCore4-External蓝牙模块。该模块尺寸仅为26.9×13×2.2(mm)，采用3.3V供电模式，完全符合蓝牙规范v2.0+EDR，能够提供符合蓝牙规范的数据和语音通信，支持IIC、UART、PCM、USB等总线接口，拥有8Mbit的Flash(内存)，可实现100m的通信，支持点对点、点对多点的工作方式。蓝牙串口适配器采用BlueCore4-External模块，其主要电路包括电源电路、复位电路、蓝牙模块UART转RS-232串口电路、其它辅助电路以及蓝牙天线设计，其具体电路见图3。[page]

　　电源电路整个蓝牙串口适配器采用5V供电，直接由主机的USB口提供。Bluecore4-External蓝牙模块是3.3V供电。电路采用AS1117低压差线性稳压器，将5V电压转化成3.3V稳定电压供蓝牙模块。

　　复位电路Bluecore4-External蓝牙模块有一个外部复位引脚RESETB，复位信号低电平有效。复位电路采用简单的接触式按键控制，采用两个10mF的电容并联增加时延，使复位电路更有效。蓝牙模块上电后，RESET处于高电平，电容也将充电，当按下S2后，C8、C9和S2构成一个回路，电容逐步放电，使RESET(复位)端电压为0;再当S2松开时，蓝牙模块上电复位，从而实现手动按钮复位，使蓝牙模块回到预先设置的状态，等待下一次连接。

　　主要采用RS232电平转换器MAX3232。通过MAX3232，一方面将主机的信号转换送给蓝牙模块;另一方面将蓝牙模块的TX、RTS、RX、CTS分别与MAX3232的RxD、CTS、TxD和RTS相连，完成蓝牙UART接口与RS232信号的转换，并通过RS232接口传送给主机。利用MAX3232也就是提供RS-232电平转换，使RS232层与蓝牙芯片3.3V逻辑层连接。注意串口与Bluecore4-External的波特率一致。

　　其他辅助电路主要包括SPI接口电路以及连接状态显示。SPI即串行外设接口，包括SPI_MOSI、SPI_MISO、SPI_CSB和SPI_CLK引脚，直接印在PCB(印制板)板的测试口，它是一个很简单的调试接口，与蓝牙开发工具相连接，用来向蓝牙模块写入程序、调整和与Bluecore4-External直接通信，并且还可以擦写Flash存储器。连接状态显示设计了一个发光二极管，其主要作用是用它来显示蓝牙串口适配器的工作状态：当发光二极管处于高电平，也就是发光时，蓝牙设备连接正常，处于工作状态;当二极管处于低电平，二极管不发光时，蓝牙设备没有建立连接。发光二极管可以任意安装在蓝牙模块的PIO引脚上，可由蓝牙模块的PIO口直接驱动。

　　关于蓝牙天线[5]，目前常用的蓝牙天线有：偶极天线(Dipole Antenna)、PIFA天线(Planar Inverted Antenna)和集成陶瓷天线(Ceramic Antenna)等。本文主要设计了成本低，结构简单的倒F天线，直接印制在PCB板上。

　　软件实现

　　系统的软件开发主要在蓝牙串口适配器的基础上，实现蓝牙设备的组网，其软件设计主要是蓝牙串口适配器的串口通信实现，包括蓝牙串口适配器串口的打开、初始化、本地设备设置、查询设备、建立连接、数据/广播数据等，其软件流程如图4所示。

　　整个程序以HCI命令及事件为手段，发送响应的命令，并对接收到的数据进行分析，做出响应的动作。在完成蓝牙串口适配器与主机连接之后，首先打开串口，是主机获得串口，有效识别适配器;其次完成初始化，主要包括适配器和主机的初始化;然后设置蓝牙设备名称，读取蓝牙设备地址;紧接着主机发送查询指令，查询有限范围内的蓝牙设备;在查询完成后，主设备根据需要建立连接，并向从设备发送指令，完成网内点对点数据传输和广播数据。

　　其主要的程序设计HCI指令[6]有如下几条。

　　M8 get_local_bd_addr() reentrant //获取本地地址

　　M8 HCI_change_local_name() reentrant //改变蓝牙

　　设备名称

　　void HCI_inquiry() reentrant //查询设备

　　void HCI_creat_connect() reentrant //建立连接

　　void HCI_disconnect() reentrant //断开连接

　　void HCI_send_acl_data() reentrant //发送数据

　　void HCI_event_handler() reentrant //接收数据

　　void HCI_broadcast() reentrant //广播数据

　　LED驱动程序：

　　#ifdef CSR_APPLICATION_HARDWARE

　　PioSet(LED_CONNECT|LED_POWER,LED_CONNECT);

　　#else

　　PioSet(LED_CONNECT,0)

　　在完成蓝牙串口适配器组建火控检测系统微微网后，利用蓝牙微微网在网内实现了几类特殊信号的数据和广播数据，主设备自发送相应指令后，从设备发回相应的测试结果，其点对点数据传输显示测试结果如图5a所示。对于广播数据来说，也就是点对多点数据传输，其具有不稳定性，不能确定主设备每次发送的指令从设备都能够接收到，一般需采用2次以上的广播。本设计测试中主设备广播次数为2次，在主设备广播完成后，得到的从设备1-7发回的测试结果见图5b。从测试结果来看，网内点对点数据通信和广播数据效果良好，能满足检测需求。

　　结语

　　本文在研究蓝牙无线网络的基础上，设计开发了以蓝牙串口适配器为硬件的火控检测系统无线网络。测试表明，本文设计的蓝牙微微网可以实现网内点对点数据和广播数据，且通信效果良好。由此可以得知在火控检测系统中实现蓝牙无线组网是可行的，这也为蓝牙网络特性在装备检测中的应用积累了经验，做出了有益探索。