基于蓝牙技术的火控检测系统无线网络的研究

　　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。

　　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。