以传感器接口标准IEEE1451. 2为基础,介绍了无线网络化传感器实现的一些具体技术要点,提出了一种基于蓝牙协议的无线网络化传感器结构模型,并给出了基于该模型开发的一个实验室远程测温装置的 具体软、硬件实现,最后探讨了该装置在病人远程监护中的应用。
1. 2 蓝牙技术
蓝牙技术作为一种新的短距离无线通信协议,提供了一种无线数据与语音通信的开放标准,它具有许多特有的优势:很强的移植性,可应用于多种通信场合;硬件集成电路应用简单,成本低廉,实现容易,且易 于推广;蓝牙功耗低,对人体危害小;蓝牙采用扩频跳频技术,抗干扰能力强,增加了信息传输的安全性。蓝牙技术正以其特有的优势引起许多专家学者的广泛关注。
1. 3 传感器结构模型
基于IEEE1451. 2的有线网络化传感器结构模型包含STIM、TII和NCAP 三部分。而本设计的基于IEEE1451. 2和蓝牙协议的无线网络化传感器,采用蓝牙模块替代TII实现无线连接,类似于实现了一个无线的 STIM和无线NCAP接收终端的模式,它们以点对多点方式在蓝牙匹克网以主从方式实现相互通信。
STIM通过无线的NCAP接入以太网( Ethernet)或In2ternet,同时NCAP通过分配的IP地址与网络相连,如图1所示。与典型的有线方式相比,上述无线网络模型增加了两个蓝牙模块,对于蓝牙模块部分,标准的 蓝牙对外接口电路一般使用RS232或USB 接口,而TII是一个控制链接到它的STIM的串行接口,因此必须设计一个类似于TII接口的蓝牙电路,构造一个专门的处理器来完成控制STIM和转换数据到蓝牙主控制 接口(HCI, host control interface)的功能。硬件实现上可以采用接口模块,软件实现上可以采用标准的STIM软件模块: STIM 模块、STIM 传感器接口模块、TII模块、TEDS模块以及地址和函数模块。
2 模拟实验装置的实现
下面以实验室开发的模拟装置为例来说明该传感器的实现。该装置的结构框图如图2所示,利用前端无线STIM中的MCU 定时采集温度传感器中的温度值,经蓝牙无线网络将数据传送至NCAP.NCAP将存放于特 定的位置,当有浏览器要查看该数值时,将该数值嵌入到相应的网页程序中,并对整段程序进行TCP /IP封装处理,传送到客户端的浏览器上。
2. 1 STIM的实现
STIM中MCU 采用的是AD 公司的微转换芯片ADμC812.该芯片内有一个8052兼容的微处理器,遵从IEEE1451. 2标准,利用芯片ADμC812内部的640 B的数据存储器作为可重复写的TEDS存储,利用内部的一个 通道12位的ADC实现A /D转换以及通过芯片内的UART串行口实现与蓝牙模块的通信。蓝牙模块选用的是支持点对多点的爱立信ROK 101 008 系列,同时该模块自带射频微带天线。ROK 101 008 蓝牙模块内 部结构遵从蓝牙规范1. 1,其内部基带控制器同样提供了UART接口。蓝牙模块内部提供了主机控制器接口(HCI)来实现对蓝牙硬件访问的统一接口,结合RS232串口就可以实现主控制器和主机之间在传输层 上的数据通信,基带和射频则提供了上层的链接和服务。同时,ADμC812还应完成对温度传感器的初始化、数据采集和处理。
(1)温度传感器DS18B20接口和驱动。
温度传感器选用的是DS18B20, 该温度芯片是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器,主要由4部分组成: 64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。ROM中的64位序列号是该 DS18B20 的地址序列码, ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同,这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20 的目的。主机控制DS18B20完成温度转换必须经过3个步骤:初始化、ROM操作指令、存储器 操作指令。其工作流程是: 初始化→ROM操作指令→存储器操作指令→数据传输,工作时序包括初始化时序、写时序和读时序。操作时必须先启动DS18B20开始转换,再读出温度转换值。其硬件接口如图3所示。
(2)蓝牙模块ROK 101 008初始化。
蓝牙模块上电即让其完成初始化工作,使其能与信号范围内蓝牙建立连接通道。这一过程主要通过单片机MCU对蓝牙模块发送HC I指令完成。HCI指令包括指令分组,数据分组和事件分组,具体的格式为: 操 作码+参数总长+参数0 +…参数N .
下面给出主从设备间实现ACL数据连接的HCI指令(字符对应指令的操作码,由前10位和后6位两部分组成,括弧内为该指令的参数) : 从设备上电后实现查询使能进行复位Write_ scan_enable ( 0x03 ) . 主设备发送查询HC I指令Inquiry(0x9c8b33, 8, 0) ,假定从设备地址为0x00000000000,则建立ACL 连接的HC I指令为Creat_Connection (0x000000000000, 0x18, 0, 0, 0, 0) ,从设备接收连接请求指 令为Accep t_connection _ request( 0x111111111111, 0 ) , 假定主设备地址为0x111111111111.这样主从设备之间就建立了ACL数据连接。如Inquiry对应操作码为x0001, 0x01.具体的HCI指令参见 蓝牙规范。