單芯片藍牙模塊在車載自動收費機中的應用

為了推進城市電子信息化建設，提高城市的文明程度，提高公交系統(tǒng)的經(jīng)濟效益、社會效益，不久的將來，大、中、小城市公交將全面實現(xiàn)IC卡自動收費及運營管理，該系統(tǒng)最重要的環(huán)節(jié)就是車載自動收費機(簡稱車載機)，目前車載機上的數(shù)據(jù)(日交易現(xiàn)金)通過人工手持采集卡或紅外線采集機在每一輛公交車上進行逐輛采集，然后傳送到公司匯總機(PC機)。他們有如下弊端：

(1)人工操作，采集速度慢。

(2)公交車是一個公共場所，人多、灰塵大、各種污染嚴重，對有線接口容易產(chǎn)生污染，因而可能對讀寫數(shù)據(jù)產(chǎn)生不良影響，從而導致讀寫錯誤。

因此需要有一種高效、可靠、安全、快速的采集方法來代替現(xiàn)有的方法。日趨成熟的藍牙技術是目前比較好的一種解決方法。本文設計了一種基于藍牙技術的車載機數(shù)據(jù)傳輸方案。

1　單芯片藍牙模塊ROK101 007介紹

ROK101 007是Ericsson公司生產(chǎn)的一種能在各式電子設備中實現(xiàn)藍牙功能的短距離通信的單芯片藍牙模塊。他支持USB，UART和I2C接口，具有聲音和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/藍牙模塊">藍牙模塊符合藍牙1．1版本，并通過了FCC/ETSI類型認證。其模塊組成框圖如圖1所示，該模塊主要包括3個部分：射頻模塊、基帶控制器和Flash存儲器。

1．1　射頻模塊

藍牙射頻用來實現(xiàn)藍牙設備間的無線連接，具體要完成頻率的合成、基帶模塊的數(shù)據(jù)比特信號到無線電信號的轉(zhuǎn)換過濾，并負責將無線電信號以一定的功率和跳頻頻率發(fā)送出去。ROK101 007模塊的射頻部分是由藍牙射頻芯片PBA31301/2來實現(xiàn)的，該芯片是一個工作在2．4～2．5 GHz ISM頻段的藍牙通信鏈的近距離微波頻率射頻收發(fā)器。最大的TX＆RX數(shù)據(jù)傳輸為1 Mb/s，最大限度地利用了無需認證的ISM頻段，在可供使用的79個信道(2．402～2．480 GHz)之間快速地跳頻(1 600個信道/s)。使用GFSK調(diào)制，通道帶寬是1 MHz，頻率偏差在140～175 kHz之間。藍牙射頻芯片PBA31301/2包括環(huán)路濾波器、壓控振蕩器、射頻專用集成電路、晶體振蕩器、接收/發(fā)送電路、蕩器與射頻專用集成電路組成了鎖相環(huán)電路(PLL)。發(fā)送和接收部分共享PLL，數(shù)據(jù)發(fā)送和接收在不同的時隙進行，根據(jù)給定的時間PLL可在不同的載波頻率上跳變。

1．2基帶控制器

基帶控制器負責藍牙基帶部分的功能。他采用查詢和尋呼方式在不同的藍牙設備間使跳頻時鐘和跳頻頻率同步，完成基帶以及鏈路的管理，包括對SCO(同步)和ACL(異步)連接方式的支持、差錯控制、物理層的認證和加密、鏈路管理等?；鶐Э刂破骶哂蠻SB，UART/PCM接口。這些接口提供了主機控制接口傳輸層的物理連接，是高層軟件協(xié)議與底層物理模塊進行通信的通道。他們的功能是通過一個UART/USB硬件模塊和運行在基帶控制器中的固件來實現(xiàn)。當使用USB接口時，模塊以USB從屬設備的形式存在并且不需要PC資源。

1．3　Flash存儲器

閃存中存放的是基帶、鏈路管理層和主機控制接口的軟件，還包括一些API，用于對芯片進行配置。在使用時，基帶控制器首先把存放在閃存中的軟件調(diào)到RAM中，RAM作為基帶控制器的運行空間。

2 公交車載自動收費機簡介

車載收費機用于儲值票扣款，采用防水、防塵、防震、防電磁干擾的全密封結(jié)構(gòu)，安裝于原有投幣箱的上部。主要包括單片機系統(tǒng)、顯示、報警、發(fā)射接收、看門狗、通訊接口等電路。單片機系統(tǒng)一般選用AT89C52，內(nèi)含8 kB的E2PROM，便于研制階段反復調(diào)試和修改；為提高系統(tǒng)的可靠性，采用X25045實現(xiàn)硬件看門狗功能，他也提供512 B的E2PROM保存重要的系統(tǒng)參數(shù)。每當系統(tǒng)掉電、上電后，通過串行時鐘輸出端將重要的系統(tǒng)參數(shù)讀到特定RAM區(qū)，使程序恢復正常運行，串行E2PROM93C46保存乘客每次刷卡時扣除的金額等數(shù)據(jù)。

3 單芯片藍牙模塊在車載自動收費機中的應用

3．1　藍牙設備和藍牙應用系統(tǒng)開發(fā)方法　

藍牙應用有2種方式：計算機背景和非計算機背景。前者通過主機控制接口(HCI，Host Control Interface)實現(xiàn)高層協(xié)議和底層協(xié)議的聯(lián)接，可以將藍牙模塊作為添加的附件和插卡與主機連接，利用現(xiàn)有的協(xié)議和API，開發(fā)比較簡單；對于嵌入式應用，藍牙設備和藍牙技術應用開發(fā)的關鍵問題是如何將藍牙技術和設備原有技術結(jié)合起來，即將藍牙作為通信模塊集成到自己的產(chǎn)品中。

在開發(fā)嵌入式藍牙設備和應用系統(tǒng)時，又可采用2種方式：一種是采用只提供無線接口的簡單模塊，再針對應用自行開發(fā)主芯片，該主芯片包括從基帶層到應用層的完整藍牙協(xié)議棧，這種開發(fā)方式較為復雜，但不一定需要HCI層；另一種簡單的方法是購買由供應商提供的已通過認證測試的完整藍牙芯片組(他包括無線收發(fā)層、基帶層、鏈路管理器層和主控制層)，再針對該藍牙芯片組進行應用開發(fā)，即自己著力開發(fā)應用部分，這樣，可以簡化開發(fā)過程和縮短開發(fā)周期。在第2種開發(fā)方式中，由于主機與主控制層在硬件上完全分離，所以需要通過HCI層把藍牙模塊和藍牙主機連接在一起，為應用提供支持，他們之間的關系如圖2所示，HCI詳細介紹請參考文獻

3．2　系統(tǒng)硬件設計

根據(jù)前面介紹的ROK101 007單芯片藍牙模塊的特性和車載機結(jié)構(gòu)特點，可以將基于藍牙的車載機數(shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)設計成如圖3所示。

車載機一側(cè)主機是單片機，屬非計算機背景應用方式，應該采用嵌入式開發(fā)方法中的第二種方法，即將藍牙模塊嵌入到車載收費機系統(tǒng)，用單片機本身具有的串行發(fā)送端TXD和接收端RXD，分別和藍牙模塊的接收端RXD和發(fā)送端TXD相連。

數(shù)據(jù)匯總機一側(cè)主機是PC機，屬計算機背景應用方式，可以采用模塊化設計方法，既可以將藍牙模塊作為添加的附件和插卡與主機(數(shù)據(jù)匯總機)連接。藍47牙模塊和匯總機的接口可以采用USB接口和串行接口。從長遠看，選USB接口更好，一方面，USB接口速度快；另一方面，USB支持PnP(Plug and Play)，即“即插即用”，本系統(tǒng)采用USB接口。如果采用PC標準串行口，則要用MAX232進行電平轉(zhuǎn)換。

3．3　應用系統(tǒng)軟件及高層協(xié)議模型設計分析

開發(fā)軟件最簡單的辦法是用現(xiàn)有的協(xié)議產(chǎn)品，對于數(shù)據(jù)傳輸應用至少需要到RFCOMM(線纜替代協(xié) 議)層以下，有關藍牙協(xié)議棧的詳細情況請參考文獻［2］。對于Linux平臺，Axis和IBM Bluedrekar提供了免費的協(xié)議棧，對于Windows平臺，可以從Cstack免費得到協(xié)議棧。

3．2　系統(tǒng)硬件設計

根據(jù)前面介紹的ROK101 007單芯片藍牙模塊的特性和車載機結(jié)構(gòu)特點，可以將基于藍牙的車載機數(shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)設計成如圖3所示。

車載機一側(cè)主機是單片機，屬非計算機背景應用方式，應該采用嵌入式開發(fā)方法中的第二種方法，即將藍牙模塊嵌入到車載收費機系統(tǒng)，用單片機本身具有的串行發(fā)送端TXD和接收端RXD，分別和藍牙模塊的接收端RXD和發(fā)送端TXD相連。

數(shù)據(jù)匯總機一側(cè)主機是PC機，屬計算機背景應用方式，可以采用模塊化設計方法，既可以將藍牙模塊作為添加的附件和插卡與主機(數(shù)據(jù)匯總機)連接。藍47牙模塊和匯總機的接口可以采用USB接口和串行接口。從長遠看，選USB接口更好，一方面，USB接口速度快；另一方面，USB支持PnP(Plug and Play)，即“即插即用”，本系統(tǒng)采用USB接口。如果采用PC標準串行口，則要用MAX232進行電平轉(zhuǎn)換。

3．3　應用系統(tǒng)軟件及高層協(xié)議模型設計分析

開發(fā)軟件最簡單的辦法是用現(xiàn)有的協(xié)議產(chǎn)品，對于數(shù)據(jù)傳輸應用至少需要到RFCOMM(線纜替代協(xié) 議)層以下，有關藍牙協(xié)議棧的詳細情況請參考文獻［2］。對于Linux平臺，Axis和IBM Bluedrekar提供了免費的協(xié)議棧，對于Windows平臺，可以從Cstack免費得到協(xié)議棧。

5　結(jié)　語

上述提出的基于藍牙技術的數(shù)據(jù)傳輸方案有5種特點：采集速度快；通過無線接口傳輸，不會受污染；非人工的自動化操作；不需要充電；不會出現(xiàn)因采集儀內(nèi)存不足導致采集失敗的情況。是一種高效、可靠、安全、快速的采集方法。

隨著測控技術的發(fā)展，對數(shù)據(jù)的傳輸、處理提出了越來越高的要求。藍牙技術在短距離內(nèi)用無線接口代替線接口，可以取代儀器之間的復雜連線，因此，藍牙技術將會引起測控領域較大的發(fā)展和變革。此開發(fā)方法同樣適用于主從無線連接的測控系統(tǒng)和信息家電的開發(fā)。

參考文獻

［1］張祿林．藍牙協(xié)儀及其實現(xiàn)［M］．北京：人民郵電出版社，2001．
［2］Nathan J．Muller．Bluetooth Demystified［M］．周正，等譯．北京：人民郵電出版社，2011
［3］http：//www．ericsson．com/bluetooth/ourt echnol/components．
［4］Bluetooth Specification，Bluetooth SIG．http：//www．bluetooth．com　　
［5］http：//www．zhyida．com/