基于蓝牙技术的智能压力检测系统设计

基于蓝牙技术的智能压力检测系统设计　基于蓝牙技术的智能压力检测系统设计　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｉｎｇ　ｏｎ　Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ　Ｔｅｃｈｎｏ　ｏｇｙ　．陈大力　（广东松山职业技术学院，广东韶关５１２１２６）　摘要　基于ＢｌｕｅＣｏｒｅ２一ｅｘｔｅｒｎａｌ蓝牙模块，通过对ＭＳＣｌ２１　１Ｙ４单片机、电源、压力传感器、ＰＤＩＵＳＢＤ１２等硬件组合设计以　及软件的设计，利用ＭＳＣｌ２１Ｉ芯片上∑ａＡ／Ｄ转换器和　ＡＤ／Ａ转换器功能，完成了多路无线智能压力检测系统的设计研　制工作。该系统具有测量精度高、体积小、性能可靠及低功耗等特点。　关键词：蓝牙技术，ＭＳＣｌ２１１Ｙ４单片机，ＢｌｕｅＣｏｒｅ２一ｅｘｔｅｒｎａｌ，压力检测　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｂｙ　ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ａｓｓｅｍｂｌｙ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ．ＢｌｕｅＣｏｒｅ２－ｅｘｔｅｒｎａｌ，ＭＳＣ１２１　１Ｙ４，ｐｏｗｅｒ．ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｓｅｎｓｏｒ，　ＰＤＩＵＳＢＤ１２，ｍｏｄｕｌｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＭＳＣ１２１　１　ｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐ，ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ＸＡＡ／Ｄ　ａｎｄ　ＸＡＤ／Ａ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ　ｏｆ　ＭＳＣｌ２１　１　ｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐ．Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｓ　ａ　ｌｏｔ　ｏｆ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｓｍａｌｌ　ｖｏｌｕｍｅ，ｓｉｍｐｌｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｒｅｌｉａｂｌｅ　ｐｅｄｏｒｍｆｌｎｅｅ　ａｎｄ　ｌｏｗ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ，ＭＳＣｌ２１　１Ｙ４，ＢｌｕｅＣｏｒｅ２一ｅｘｔｅｒｎａｌ，ＢｌｕｅＣｏｒｅ２一ｅｘｔｅｒｎａｌ，ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ　１　系统硬件结构设计　该微处理器用来运行蓝牙协议栈。ＣＳＲ在在个ＲＩＳＣ微处理器　上实现了虚拟机（ＶＭ），这样可以方便地运行程序而不需要改写　系统硬件主要由主机和从机两部分构成，主机主要由电源、　蓝牙模块、ＵＳＢ接口电路、应用软件及笔记本电脑组成。从机主　要由ＳｅｎＳｙｍｌＣＴ１９Ｃ系列压力传感器、信号放大与处理电路、　带　△Ａ／Ｄ转换器和∑△Ｄ／Ａ转换器功能ＭＳＣ１２１　１Ｙ４单片机　控制系统、蓝牙模块电路、电源及键盘、显示、打印接口等组成。　蓝牙设备间进行数据通信主要是利用主机控制器接口ＨＣｌ　蓝牙通信协议栈。外部闪存采用ＭＢＭ２９ＬＶ８００ＢＡ９０ＰＢＴ芯片，　该芯片是ＦＵＪＩＴＳＵ公司生产的８ＭＢ闪速存储器，３．３Ｖ单电源　供电，具有编程和擦除功能，可将系统电源需求减到最小，支持　ＪＥＤＥＣ控制标准，与Ｅ　ＰＲＯＭ使用相同的控制软件。　２．２　ＰＤＩＵＳＢＤ１２ＰＷ芯片接口电路　ＰＤＩＵＳＢＤ１２ＰＷ（ＴＳＳＯＰ２８封装）芯片是Ｐｈｉｌｉｐｓ公司生产　符合通用串行总线（ＵＳＢ）１．１版规范的高性能ＵＳＢ接口器件，　集成了ＳｌＥ、ＦＩＦＯ存储器、收发器以及电压调整器，可与任何外　部微控制器／微处理实现高速并行接口（２Ｍ字节／秒）。ＰＤＩＵＳ・　层建立点对点的蓝牙异步无链接数据传输来实现的，ＨＣＩ作为　蓝牙软件协议堆栈中软硬件之间的接口，为上层提供了访问和　控制蓝牙硬件的统一接口。ＨＣｌ是通过分组（Ｐａｃｋｅｔ）的方式来进　行信息交换的。由于本项目只涉及到数据通信仅建立的是ＡＣＬ　（Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｌｅｓｓ异步无连接）链路，当两个蓝牙　模块链路建立成功后，就可以按照蓝牙规范规定的ＨＣｌ数据分　组格式收发数据。　２主机硬件结构框图　ＢＤ１２完全自治的直接内存存取（ＤＭＡ）操作，ＰＤＩＵＳＢＤ１２集成　３２０字节多结构ＦＩＦＯ存储器，ＰＤＩＵＳＢＤ１２符合ＡＣＰＩ、Ｏｎ－　ＮＯＷ和ＵＳＢ电源管理的要求，内部上电复位和低电压复位电　路，工业级操作温度：一４０￣Ｃ～＋８５℃。数据经ＰＤＩＵＳＢＤ１　２的并　行接１３送人ＦＩＦＯ存储器，若ＦＩＦＯ中数据已满，Ｐｈｉｌｉｐｓ串行接　口引擎ＰＳＩＥＰｈｉｌｉｐｓ　ＳｌＥ实现了全部的ＵＳＢ协议层。完全由硬　件实现而不需要固件的参与。该模块的功能包括：同步模式的识　别、并行／串行转　换、位填充／解除　填充、ＣＲＣ校　验／产生、ＰＩＤ校　图１主机硬件电路框图　验／产生、地址识　别和握手评估／　主机的硬件电路主要由蓝牙模块和ＵＳＢ接口电路组成，框　图如图１所示。主要用来接收从机发射的经过处理的检测压力　信号，传送到计算机进行信息处理。　２．１蓝牙模块　蓝牙模块的硬件结构包括ＢｌｕｅＣｏｒｅ２一ＥｘｔｅｍａＩ（ＢＣ２１２０１５）　蓝牙芯片、ＳＳＴ３９ＶＦ８００　ＦＬＡＳＨ芯片、ＦＢ２５２０带通滤波器＋平　衡不平衡变换器、ＬＴＣＣ陶瓷天线等。ＢｌｕｅＣｏｒｅ２由五个功能模　块组成。　产生。数据经处　理后由收发器通　过数据线Ｄ＋、　Ｄ一传送到ＰＣ或　笔记本电脑。　ＰＤｌＵＳＢＤ１２和　ＢｌｕｅＣｏｒｅ２一Ｅｘｔｅｒｎａｌ芯片包含一个１６位ＲＩＳＣ微处理器，　ＢｌｕｅＣｏｒｅ２接口　电路如图２。　图２　ＢｌｕｅＣｏｒｅ２和ＰＤＩＵＳＢＤ１２接口电路　《工业控制计算机｝２０１０年第２３卷第４期　３从机硬件结构框图　功能。将ＵＳＢ和ＵＡＲＴ接口的驱动程序以及ＨＣＩ指令封装为　从机主要由ＳｅｎＳｙｍｌＣＴ１９Ｃ系列压力传感器、信号放大与　处理电路、带∑ＡＡ／Ｄ转换器和∑ＡＤ／Ａ转换器功能　两个ＤＬＬ（动态链接库），分别进行复位蓝牙设备、读蓝牙设备地　址、初始化、查询、建立连接、发送数据、接收数据和断开连接等　ＭＳＣｌ２１１Ｙ４单片机控制系统、蓝牙模块电路、电源及键盘、显　基本函数的操作。在此基础上编制相应的数据传输软件，首先将　示、打印接口等组成，从机硬件电路如图３所示。　图３从机硬件电路框图　３．１　ＭＳＣ１２１　１Ｙ４单片机　ＭＳＣ１２１　１是高集成混合信号器件，单片机系统主要完成信　号采集、Ａ／Ｄ转换、数据处理、计算、存储、显示、打印等功能。从　机系统工作时单片机与蓝牙模块之间通过串口写入ＨＣＩ（主机　控制器接口）指令即可进行通信。鉴于单片机工作电压为＋５Ｖ，　蓝牙模块的工作电压为２－２～３．６Ｖ，采用电平转换器件　７４ＬＶＴＨ２４５进行电源转换。单片机和蓝牙模块的接口电路如图　４所示。采用蓝牙模块的ＵＡＲＴ作为接Ｅｌ进行数据通信，此时蓝　牙模块作为数字电路终端设备，其串行传输速率最大可达　１．５ＭｂｉＶｓ。　如图４，该电路天线部分比较复杂，应确保它设计的合理　性，ＪＩＡＧ连接器提供系统编程和检测。　图４　ＭＳＣｌ２１单片机和ＢｌｕｅＣｏｒｅ２接口电路　３ｌ２压力检测设计　本设计利用ＳｅｎＳｙｍｌＣＴ１９Ｃ系列压力传感器其主要技术　指标为：量程为１００ｋＰａ，灵敏度为２ｍＶ／Ｖ，零点为±２ｍＶ，线性　度为±０ｌ２％，工作温度为一４０￣０～１２５℃。而ＭＳＣ１２１１的多路复　用电路可以提供差分信号，对８路压力信号采用差分信号输入　方式进行循环检测，选择ＩＤＡＣＯ／ＡＩＮ０（１８脚）作为差分输入的　正向输入端，且为８路信号的公共端；ＩＤＡＣＩ／ＡＩＮＩ（１９脚）、　Ａ１Ｎ２（２０脚）、Ａ１Ｎ３（２１脚）、ＡＩＮ４（２２脚）、Ａ１Ｎ５（２３脚）、　ＡＩＮ６／ＥＸＴＤ（２４脚）、ＡＩＮ７／ＥＸＴＡ（２５脚）、ＡＩＮＣＯＭ（２６脚）分　别作为第１、２、３、４、５、６、７、８路差分输入信号的负相输入端。　本系统工作过程为：从压力传感器来的信号进入Ａ／Ｄ转换　器，经ＭＳＣｌ２１１内部可编程增益放大器，根据输入信号的范围　自动设置增益放大器倍数，Ａ／Ｄ转换器将模拟信号数字化并进　行数字滤波，再经非线性补偿，然后，根据量程范围进行量程转　换并将其送到Ｄ／Ａ转换器，从而输出相应的电流值。　４系统软件设计　蓝牙软件最重要的组成部分是ＨＣＩ状态机，使用蓝牙规范　蓝牙芯片通过ＵＳＢ接口连接到主机，“ｒｅｊｅｃｔ＿＿ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ—ｒｅ—　ｑｕｅｓｔ”指令拒绝连接，“ａｃｃｅｐＬｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ—ｒｅｑｕｅｓｔ”指令接受　连接，那么主从设备都将收到“ｐｒｏｃｅｓｓ—ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ—ｃｏｍｌｅｅｔｅ”　事件，表示连接过程的结束，此　时两个蓝牙设备已经做好了传　输数据之前的准备。然后进行　初始化设置，最后应用程序调　用“Ｈ　ｃｌ—ｒｅｃｅｉｖｅ—ｄａｔｅ”，读取　ＡＣＬ数据分组。然后用　“ＨＣｌｓｅｎｄｔｏｂｄ————ａｄｒ”或者　“ＨＣＩ—ｓｅｎｄ—ｔｏ—ｈａｎｄｌｅ”发送　ＡＣＬ数据到蓝牙设备。　“Ｈ　ｃｌ—ｂｒｏａｄｃａｓｔ”命令用来发　送数据到所有连接的蓝牙设　备，过程的流程图如图５所示。　图５连接流程图　５结束语　基于蓝牙模块采用英国ＣＳＲ公司ＢｌｕｅＣｏｒｅ２一ｅｘｔｅｒｎａｌ，最　新的集成数字／模拟信号的高性能微处理器芯片ＭＳＣ１２１　１的∑　△Ａ／Ｄ转换器和ＸＡＤ／Ａ转换器功能，从硬件上组合了８路压　力传感器、ＭＳＣ１２１１Ｙ４、电源、串／并输出、ＰＤＩＵＳＢＤ１２接口电　路等模块的功能。同时进行了相应的控制软件的设计，提出了无　线多路智能压力检测系统。使用本方案设计出的多路智能压力　检测系统，系统设计小型轻便，并配以现场显示及打印测量结果　等功能，有很好的应用前景。　参考文献　［１］钱志鸿，杨帆，周求湛．蓝牙技术原理、开发与应用［Ｍ］北京：北京航　空航天大学出版社，２００６：１—１０，３３４—３３８　［２］张志，柳平蓝牙ＨＣｌ接ｌ：１及其在工控和智能仪器仪表中的应用　［Ｊ］．计算机测量与控制，２００３，１１（９）：７２８—７３０　［３］陆佳炜蓝牙主控制器接口简析［Ｊ］．半导体技术，２Ｏ０３，２８（３）：５４—５８　［４］李义军．ＢｌｕｅＣｏｒｅ２型模块及其ＨＣｔ传输驱动的实现［Ｊ］．国外电子　元件，２００６（３）：６０—６２　［５］杜志勇，王鲜芳．智能蓝牙锁的设计与实现［Ｊ］．无线通信技术，２００４，　１（８）：５４－５７　［６］张粤，倪伟蓝牙技术在机械手控制系统中的应用［Ｊ］工业控制计算　机，２００３，１６（３）：９—１１　［收稿日期：２０１０．２．１］