ROKl01007藍(lán)牙模塊及其在無線火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 引言
隨著傳感技術(shù)、微電子技術(shù)、人工智能以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)正朝著新一代控制技術(shù)發(fā)展。但現(xiàn)行的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)探測器與控制器的連接大多采用兩條或多條銅芯絕緣導(dǎo)線或銅芯電纜，使得系統(tǒng)耗材多，功耗大，設(shè)計(jì)、施工與維護(hù)復(fù)雜；而且連接線容易老化或遭到腐蝕、磨損，故障發(fā)生率多，誤報(bào)率高；系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，火災(zāi)信息在探測器與控制器間往返傳送，增加了報(bào)警控制器的信號(hào)處理負(fù)擔(dān)，降低了系統(tǒng)巡檢速度、穩(wěn)定性和可靠性。因此，將藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用于火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警領(lǐng)域可實(shí)現(xiàn)火災(zāi)信息的無線傳輸，是解決上述問題的理想方案，同時(shí)也是現(xiàn)代火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。本文引入藍(lán)牙芯片ROKl01007作為通信模塊集成到火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中，采用有線與無線相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)方案構(gòu)成分布式報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場參數(shù)的自動(dòng)檢測和控制。

2 ROKl01007的基本特性
ROKl01007是Ericsson公司生產(chǎn)的一種在各種電子設(shè)備中實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙功能的短距離通信模塊，它支持UART、PCM和USBl.1接口，支持點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)連接，具有聲音和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。該藍(lán)牙模塊符合藍(lán)牙1.1版本，并通過了FCC/ETST類型認(rèn)證，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖和引腳配置如圖1所示，其內(nèi)部主要包含射頻模塊(PBA31301/2)、基帶控制器、閃存等功能模塊。表1列出了ROKl0l007藍(lán)牙模塊主要引腳說明。

3 在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警中的應(yīng)用
3.1 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)構(gòu)成
采用PC機(jī)和單片機(jī)組成的二級(jí)測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，單片機(jī)作為下位機(jī)用于前端測量單元，負(fù)責(zé)現(xiàn)場火災(zāi)信號(hào)的采集及預(yù)處理等。PC機(jī)作為上位機(jī)，也稱為終端，負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置及監(jiān)控，完成數(shù)據(jù)的集中智能化處理等?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)框圖如圖2(a)所示，下位機(jī)系統(tǒng)采用有線、無線相結(jié)合的連接方式進(jìn)行信息傳輸，硬件框圖如圖2(b)。

下位機(jī)系統(tǒng)利用Intel公司的MCS-51系列單片機(jī)作為控制器進(jìn)行現(xiàn)場溫度、煙霧和氣體信號(hào)的采集及預(yù)處理，并保存在單片機(jī)中，然后通過前端單元的藍(lán)牙模塊，以無線通信的方式發(fā)送給終端單元的藍(lán)牙模塊，最后傳給上位機(jī)進(jìn)行后續(xù)處理，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)上下位機(jī)的連接，完成數(shù)據(jù)交換。反之，PC機(jī)到單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸過程同樣如此。上位機(jī)主機(jī)采用功能強(qiáng)大的PC機(jī)作為控制單元，利用VC/C++高級(jí)語言實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙模塊的初始化、藍(lán)牙鏈路管理命令的編輯、鏈路建立、鏈路監(jiān)視、鏈路拆除以及數(shù)據(jù)的打包和拆包等功能，同時(shí)完成各位置藍(lán)牙終端信息的綜合分析、智能化處理，得出火災(zāi)發(fā)生概率并報(bào)警。
3.2 ROKl01007工作原理
下位機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)與藍(lán)牙模塊之間通過串口寫入HCI(主機(jī)控制器接口)指令即可進(jìn)行通信，鑒于單片機(jī)工作電壓為+5 V，藍(lán)牙模塊的工作電壓為+3.3 V，采用電平轉(zhuǎn)換器件74LVTH245進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換。單片機(jī)和藍(lán)牙模塊的接口電路如圖3所示。采用藍(lán)牙模塊的UART作為接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，此時(shí)藍(lán)牙模塊作為數(shù)字電路終端設(shè)備(DCE，Data Circuit-terminal Equipment)，其串行傳輸速率可達(dá)460 kbit/s。

上位機(jī)系統(tǒng)硬件配置框圖如圖2(a)，值班室監(jiān)控服務(wù)器一側(cè)主機(jī)(PC機(jī))，既可以采用模塊化設(shè)計(jì)，又可將藍(lán)牙模塊作為添加的附件和插卡與主機(jī)連接。藍(lán)牙模塊和主機(jī)接口都可采用USB接口，也可采用標(biāo)準(zhǔn)串行口RS-232方式連接。本文采用后一種接口方式，由于RS-232電平與TTL和CMOS電平相反，邏輯0電平規(guī)定為+5 V~+l5 V，邏輯l電平為-5 V~-15 V，因此，為了與藍(lán)牙模塊電平匹配，在藍(lán)牙模塊和PC機(jī)接口之間采用MAX3232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。上位機(jī)接口電路如圖4所示。

藍(lán)牙模塊ROKl01007支持保持(HOld)、偵聽(sniff)、休眠(Park)三種節(jié)能模式，其中保持模式適于連接幾個(gè)微微網(wǎng)以及溫度傳感器、煙霧探測器等低功耗設(shè)備。多數(shù)時(shí)間內(nèi)火災(zāi)探測設(shè)備沒有數(shù)據(jù)傳輸，因而在實(shí)際的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中可以通過報(bào)警控制器把探測器置為保持工作模式，此時(shí)微微網(wǎng)內(nèi)只有一個(gè)內(nèi)部計(jì)數(shù)器工作。一旦某個(gè)火災(zāi)探測器探測到火情，處于保持模式的單元被激活，探測器監(jiān)測到的火災(zāi)信息由基帶芯片分析處理轉(zhuǎn)化成電信號(hào)后，通過射頻芯片傳送給報(bào)警控制器?？刂破魃习惭b應(yīng)用軟件，負(fù)責(zé)各位置的藍(lán)牙終端信息的綜合分析、集中判斷處理。
運(yùn)算并確認(rèn)火災(zāi)后，將指令傳輸?shù)铰?lián)動(dòng)控制設(shè)備，再由聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備啟動(dòng)相應(yīng)的聯(lián)動(dòng)裝置。在整個(gè)傳輸過程中，省去了硬件控制，提高了傳輸速度，也為維修保養(yǎng)提供了方便。通過藍(lán)牙技術(shù)連接的微微網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)初建時(shí)，將報(bào)警控制器定義為主設(shè)備，火災(zāi)探測器定義為從設(shè)備，建立A-CL鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)定義了主機(jī)控制器接口HCI，HCI標(biāo)準(zhǔn)主要是定義主機(jī)控制藍(lán)牙模塊的各個(gè)指令意義。每個(gè)HCl分組都以HCI指示符開始，不同的指示符代表不同類型的HCl分組，如表2所列。主機(jī)與藍(lán)牙模塊之間通過HCI收發(fā)分組方式進(jìn)行信息交換，用指令-應(yīng)答(Command-Response)方式實(shí)現(xiàn)控制。

ROKl01007可提供高至HCI層的功能，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要是完成藍(lán)牙模塊與主機(jī)(PC機(jī)、單片機(jī))的通信及藍(lán)牙模塊與藍(lán)牙模塊的通信。下位機(jī)系統(tǒng)主要是在單片機(jī)上進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理等，重點(diǎn)是HCI-RS232傳輸層的通訊。軟件流程如圖5所示。首先對(duì)藍(lán)牙模塊進(jìn)行初始化，設(shè)定相應(yīng)的串口通信參數(shù)；根據(jù)藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)的HCI指令，完成設(shè)備的查詢和連接；連接成功后單片機(jī)開始數(shù)據(jù)采集，然后將數(shù)據(jù)打包成ACL數(shù)據(jù)包再發(fā)送給終端進(jìn)行透明數(shù)據(jù)傳輸。ACL數(shù)據(jù)分組里的數(shù)據(jù)必須是L2CAP(Logical Link Control and Adaption)格式的，具體意義參考規(guī)范。

PC機(jī)對(duì)藍(lán)牙模塊的控制主要通過軟件編制調(diào)用HCI指令，整個(gè)程序可采用高級(jí)語言編程VisualC/C++在PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié)束語
利用藍(lán)牙模塊ROKl01007在室內(nèi)體育館等中小范圍內(nèi)組建一微微網(wǎng)進(jìn)行區(qū)域報(bào)警，有很廣闊的發(fā)展前景。目前，在國外的某些高層建筑中已經(jīng)采用藍(lán)牙無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在設(shè)備間真正實(shí)現(xiàn)了“無縫連接、隨時(shí)在線”。將報(bào)警控制器置為主設(shè)備，探測器置為從設(shè)備，通過ROKl01007模塊與主設(shè)備形成“空中連接”，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，該模塊提供的三個(gè)主機(jī)控制器接口極大地方便了硬件設(shè)計(jì)。另外，藍(lán)牙模塊具有明確的網(wǎng)絡(luò)封裝協(xié)議，可以很方便地實(shí)現(xiàn)與TCP/IP的直接連接。將藍(lán)牙模塊應(yīng)用于無線火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中，可降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工成本，減少誤報(bào)率，提高系統(tǒng)可靠性，具有其他技術(shù)無可比擬的優(yōu)勢。