基于藍牙技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化傳感器設(shè)計及其應(yīng)用

摘要:以傳感器接口標(biāo)準(zhǔn)IEEE1451. 2為基礎(chǔ),介紹了無線網(wǎng)絡(luò)化傳感器實現(xiàn)的一些具體技術(shù)要點,提出了一種基于藍牙協(xié)議的無線網(wǎng)絡(luò)化傳感器結(jié)構(gòu)模型,并給出了基于該模型開發(fā)的一個實驗室遠程測溫裝置的具體軟、硬件實現(xiàn),最后探討了該裝置在病人遠程監(jiān)護中的應(yīng)用。

在測控系統(tǒng)中,傳感器作為信息采集必不可少的裝置,實現(xiàn)其網(wǎng)絡(luò)化是當(dāng)前的熱點研究問題。當(dāng)前大多數(shù)測控系統(tǒng)中,傳感器多是采用有線方式,但是在一些特殊情況下,有線線纜連接顯然會造成很多不便,不能夠滿足現(xiàn)實需要。隨著新興無線技術(shù)(如藍牙技術(shù))的發(fā)展以及其芯片價格的降低,無線方式在很多場合都得到應(yīng)用以取代原有的有線接口方式。無線網(wǎng)絡(luò)化傳感器勢必成為傳感器發(fā)展的一個重要方向。筆者在介紹IEEE1451. 2和藍牙技術(shù)的基礎(chǔ)上,提出了一種基于藍牙協(xié)議的無線網(wǎng)絡(luò)化傳感器結(jié)構(gòu)模型,并著重討論基于該模型開發(fā)的模擬實驗裝置的實現(xiàn)及其在病人遠程監(jiān)護中的應(yīng)用。

1　基于IEEE1451. 2和藍牙協(xié)議的無線網(wǎng)絡(luò)化傳感器

1. 1　IEEE1451. 2標(biāo)準(zhǔn)

IEEE1451. 2作為智能傳感器接口模塊標(biāo)準(zhǔn),它提供了將傳感器和變送器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的接口標(biāo)準(zhǔn),采用通用的A /D 或D /A 轉(zhuǎn)換裝置作為傳感器的I/O 接口,將各種傳感器模擬量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定格式的數(shù)據(jù),連同一個小存儲器———傳感器電子數(shù)據(jù)表( TEDS,transducer electronic data sheet)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的處理器目標(biāo)模型———網(wǎng)絡(luò)適配器(NCAP, network capable ap2p lication p rocess)連接,如此,數(shù)據(jù)可以按網(wǎng)絡(luò)規(guī)定的協(xié)議連接入網(wǎng)絡(luò)。該標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)模型提供了一個連接智能變送器接口模型( STIM, smart transducer interfacemodule)和NCAP的10線標(biāo)準(zhǔn)接口———變送獨立接口(TII, transducer independence interface) 。其工作流程是敏感元件輸出的模擬信號經(jīng)A /D轉(zhuǎn)換及相應(yīng)數(shù)據(jù)處理(濾波、校準(zhǔn))后,由網(wǎng)絡(luò)處理裝置根據(jù)程序設(shè)定和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(TCP / IP)將其封裝成數(shù)據(jù)幀,通過網(wǎng)絡(luò)接口傳到網(wǎng)絡(luò)上。

1. 2　藍牙技術(shù)

藍牙技術(shù)作為一種新的短距離無線通信協(xié)議,提供了一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放標(biāo)準(zhǔn),它具有許多特有的優(yōu)勢:很強的移植性,可應(yīng)用于多種通信場合;硬件集成電路應(yīng)用簡單,成本低廉,實現(xiàn)容易,且易于推廣;藍牙功耗低,對人體危害小;藍牙采用擴頻跳頻技術(shù),抗干擾能力強,增加了信息傳輸?shù)陌踩?。藍牙技術(shù)正以其特有的優(yōu)勢引起許多專家學(xué)者的廣泛關(guān)注。

1. 3　傳感器結(jié)構(gòu)模型

基于IEEE1451. 2的有線網(wǎng)絡(luò)化傳感器結(jié)構(gòu)模型包含STIM、TII和NCAP 三部分。而本設(shè)計的基于IEEE1451. 2和藍牙協(xié)議的無線網(wǎng)絡(luò)化傳感器,采用藍牙模塊替代TII實現(xiàn)無線連接,類似于實現(xiàn)了一個無線的STIM和無線NCAP接收終端的模式,它們以點對多點方式在藍牙匹克網(wǎng)以主從方式實現(xiàn)相互通信。

STIM通過無線的NCAP接入以太網(wǎng)( Ethernet)或In2ternet,同時NCAP通過分配的IP地址與網(wǎng)絡(luò)相連,如圖1所示。與典型的有線方式相比,上述無線網(wǎng)絡(luò)模型增加了兩個藍牙模塊,對于藍牙模塊部分,標(biāo)準(zhǔn)的藍牙對外接口電路一般使用RS232或USB 接口,而TII是一個控制鏈接到它的STIM的串行接口,因此必須設(shè)計一個類似于TII接口的藍牙電路,構(gòu)造一個專門的處理器來完成控制STIM和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)到藍牙主控制接口(HCI, host control interface)的功能。硬件實現(xiàn)上可以采用接口模塊,軟件實現(xiàn)上可以采用標(biāo)準(zhǔn)的STIM軟件模塊: STIM 模塊、STIM 傳感器接口模塊、TII模塊、TEDS模塊以及地址和函數(shù)模塊。

2　模擬實驗裝置的實現(xiàn)

下面以實驗室開發(fā)的模擬裝置為例來說明該傳感器的實現(xiàn)。該裝置的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示,利用前端無線STIM中的MCU 定時采集溫度傳感器中的溫度值,經(jīng)藍牙無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送至NCAP。NCAP將存放于特定的位置,當(dāng)有瀏覽器要查看該數(shù)值時,將該數(shù)值嵌入到相應(yīng)的網(wǎng)頁程序中,并對整段程序進行TCP /IP封裝處理,傳送到客戶端的瀏覽器上。