基于藍(lán)牙技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化傳感器及其應(yīng)用

藍(lán)牙模塊上電即讓其完成初始化工作，使其能與信號范圍內(nèi)藍(lán)牙建立連接通道。這一過程主要通過單片機(jī)MCU對藍(lán)牙模塊發(fā)送HCI指令完成。HCI指令包括指令分組，數(shù)據(jù)分組和事件分組，具體的格式為：操作碼+參數(shù)總長+參數(shù)0+參數(shù)N。

下面給出主從設(shè)備間實現(xiàn)ACL數(shù)據(jù)連接的HCI指令(字符對應(yīng)指令的操作碼，由前10位和后6位兩部分組成，括弧內(nèi)為該指令的參數(shù))：從設(shè)備上電后實現(xiàn)查詢使能進(jìn)行復(fù)位Write_scan_enable(0x03)。主設(shè)備發(fā)送查為0x00000000000,則建立ACL連接的HCI指令為Creat_Connection(0x000000000000,0x18,0,0,0,0)，從設(shè)備接收連接請求指令為Accept_connection_request(0x111111111111,0)，假定主設(shè)備地址為0x111111111111。這樣主從設(shè)備之間就建立了ACL數(shù)據(jù)連接。如Inquiry對應(yīng)操作碼為x0001,0x01。具體的HCI指令參見藍(lán)牙規(guī)范。

2.2　NCAP的實現(xiàn)

NCAP的功能為實現(xiàn)藍(lán)牙模塊對以太網(wǎng)(Ether2net)的接入，同樣選用ROK101008系列藍(lán)牙模塊，如此可以實現(xiàn)多個STIM對同一NCAP的連接。采用8位微處理器W77E58和TCP/IP協(xié)議棧芯片W3100A一起實現(xiàn)對以太網(wǎng)(Ethernet)的接入的網(wǎng)絡(luò)化接口。

(1)協(xié)議棧芯片W3100A初始化。

W3100A是一TCP/IP協(xié)議棧芯片，包含的各協(xié)議層有：TCP、IP、UDP、ICMP和以太網(wǎng)協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路DLC和MAC協(xié)議，其工作方式類似于Windows的SoketAPI,為便于實現(xiàn)對傳感器的訪問，可以將傳感器設(shè)計為具有Web服務(wù)器功能。W3100A支持全雙工模式，內(nèi)部帶有雙口的SRAM數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，其封裝是64腳的LQFP,提供了并口和串口兩種方式實現(xiàn)與MCU的通信。MCU和W3100A的硬件接口如圖4所示。其中，RTL8201芯片為以太網(wǎng)物理層選用設(shè)備。

W3100A提供MII接口與RTL8201相連，其中引腳RX_CLK,RXDV,RXD[0∶3]以及COL用于數(shù)據(jù)的接收，而TX_CLK,TXE,TXD[0∶3]用于數(shù)據(jù)的發(fā)送。

MCU中提供模擬的I2C接口與W3100A通信。

芯片W3100A正常工作必須對其完成相應(yīng)的初始化。初始化主要是對必要的寄存器進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，這些寄存器包括：網(wǎng)關(guān)地址寄存器GAR、子網(wǎng)掩碼寄存器SMR、硬件地址寄存器SHAR以及IP地址寄存器SIPR等。上述寄存器被設(shè)置后通過執(zhí)行控制寄存器CR的0位Sys_init激活芯片。

(2)WEB服務(wù)功能實現(xiàn)。

協(xié)議棧芯片W3100A從硬件上實現(xiàn)了TCP/IP協(xié)議，因此將該裝置集成Web服務(wù)功能顯然比較容易，即在無線NCAP上應(yīng)實現(xiàn)相應(yīng)的HTTP協(xié)議，NCAP在網(wǎng)絡(luò)功能上相當(dāng)于“網(wǎng)關(guān)”。要實現(xiàn)遠(yuǎn)程瀏覽器與傳感器交互，可以利用傳感器NCAP中增加了的E2PROM(FM24C04)來存儲相應(yīng)的網(wǎng)頁文件。交互時，HTTP通過統(tǒng)一資源定位器URL(uniformresourcelocator)來確定傳感器應(yīng)該為瀏覽器提供哪些資源。

網(wǎng)頁文件存放在傳感器中的FM24C04里。當(dāng)監(jiān)測中心的瀏覽器發(fā)出頁面請求時，NCAP上的處理器在TCP打包的時候，把來自STIM端的監(jiān)測值嵌入到相應(yīng)的網(wǎng)頁文件中的特殊標(biāo)志處，再為該網(wǎng)頁文件添加相應(yīng)的HTTP頭，返回給請求的用戶，如此用戶可以在瀏覽器上看到實際的監(jiān)測值。因此要實現(xiàn)Web功能，軟件上要在NCAP上完成HTTP協(xié)議，硬件上增加了一塊E2PROM(FM24C04)。

3　模擬裝置在病人監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用

將上述網(wǎng)絡(luò)化傳感器(實驗裝置)用于病人監(jiān)護(hù)中，病人就可以在異地(如家里)通過其身上攜帶的傳感器來采集和檢測某一信號，同時該傳感器將信號通過Ethernet或Internet傳送到監(jiān)測中心。病人遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。

利用模擬裝置中的WEB功能，本方案采用B/S(瀏覽器/服務(wù)器)方式實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測中心PC機(jī)對傳感器的訪問。如此可以最大程度地降低監(jiān)測中心PC機(jī)的要求，也免去客戶端軟件的設(shè)計。監(jiān)測PC只要通過其瀏覽器(如IE)即可方便實現(xiàn)對傳感器的信息進(jìn)行查詢和監(jiān)測。下面為存儲在溫度傳感器中的一個簡單的動態(tài)網(wǎng)頁程序，其中的“@”用來在網(wǎng)頁中插入溫度的標(biāo)志，網(wǎng)頁文件存放在傳感器中的E2PROM里。當(dāng)監(jiān)測中心的瀏覽器發(fā)出頁面請求時，NCAP上的處理器在TCP打包的時候，把來自STIM端的監(jiān)測值嵌入到相應(yīng)的網(wǎng)頁文件中的“@”處，再為該網(wǎng)頁文件添加相應(yīng)的HTTP頭，返回給請求的用戶，如此用戶可以在瀏覽器上看到實際的監(jiān)測值。

4　結(jié)語

本文提出的基于藍(lán)牙協(xié)議的無線網(wǎng)絡(luò)化傳感器設(shè)計，信息傳輸安全可靠，可行性強(qiáng)。其無線的特殊優(yōu)勢，能夠滿足某些特殊情況的需要，具有廣闊的應(yīng)用前景和良好的市場價值。開發(fā)的模擬實驗裝置如再進(jìn)一步通過臨床驗證與完善，即可用于病人遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)實現(xiàn)人體體溫的實時檢測、監(jiān)護(hù)、記錄和儲存。如在此基礎(chǔ)上增加血壓、心率等傳感器之后，即可實現(xiàn)對人體的血壓、心率等實施監(jiān)護(hù)與記錄處理。