刘 帆，楼 巍，周维民
上海大学机电工程与自动化学院
［摘 要］ 随着无线通讯技术的高速发展，蓝牙技术作为其中最具代表性的一种，具有灵活、快速、抗干扰能力强等特点。该文在介绍蓝牙技术概况的同时，将蓝牙技术的探索应用于粮情测控之中。
［关键词］ 蓝牙；粮情测控；ATMEL蓝牙模块
1 引 言
随着计算机技术的不断发展，利用计算机技术来进行粮情检测和智能化管理，正在我国蓬勃展开。但是目前我国普遍采用的粮库粮情检测仪器大多为“集中式”巡检仪，虽在功能上基本能达到要求，但是它必须对被控粮库进行改造，按粮垛实施采集点的布线，由于种种原因难以大面积推广应用。由于蓝牙无线通讯技术本身独有的优点，将其试用于粮情检测中。
2 蓝牙技术的概况
蓝牙技术的概念是爱立信公司于1995年提出的，这一概念一经提出便被业界普遍接受。1998年5月，由爱立信、诺基亚、东芝、IBM、INTEL这5家公司成立的蓝牙特别兴趣组（Bluetooth Spe－cialInterest Group）得到了全球业界的鼎立支持和大力协助，许多通讯、电子和家电厂商都纷纷加入了这个组织并参与其中的工作，使蓝牙技术成为发展最迅速的无线通讯标准，并有望成为未来通讯网的主要业务之一。
2．1 蓝牙的基本技术
蓝牙技术是一种无线数据与语言通讯的开放性全球规范，是一种用微波技术去取代传统网络中错综复杂的连接电缆来实现固定设备及可移动设备的互联而建立的一个特殊的短程无线通讯。蓝牙系统一般由4个功能单元组成，其系统结构框图如图2—1。
无线射频单元主要担负射频处理和基频调制；链路控制单元是实现基带协议和其它底层连接规程的基带部分，包括建立网络连接、差错控制和安全控制3方面的内容；链路管理单元主要担负基带连接的设定及管理、基带数据的分段及重组、多路复用和QOS（quality ofservice）等；软件结构单元主要为各种应用提供应用软件所需的通讯协议与应用程序接口。
2．2 蓝牙的抗干扰技术
了很多的方便，但也正是因为这一点，在这个频段工作的有某些家电、无线电话、微波炉等等，互相干扰严重，所以蓝牙采取了特别设计的跳频方案即跳频扩谱技术（Frequency Hopping Spread Spectrum）以确保链路稳定。在以2．402 GHz为起始频率到2．480GHz为终止频率的频带上，蓝牙划分了79个带宽为1 MHz的信道（也可划分成23个信道）。最大的跳频速率为1660次／s。在一次连接中，无线电收发器按一定的码序列（即伪随机码）不断地从一个信道“跳”到另一个信道，外界的干扰信号不能对它进行长时间的影响。跳频的瞬时带宽是很窄的，但通过扩展频谱技术使这个窄带成百倍的扩展成宽频带，使干扰可能造成的影响变得很小。
此外，蓝牙的基带控制器采用了3种检纠错方式：1／3前向纠错编码（FEC）和2／3前向纠错编码以及自动请求重传（ARQ）以确保传输的正确性。
2．3 蓝牙拓扑结构
（1）Piconet（微微网）
Piconet是由一些共享同一个通道的单元设备组成的网络。它把设备分为主设备和从设备，首先提出通讯要求的为主设备，被动进行通讯的设备称为从设备。一个主设备最多可同时和7个从设备进行通讯，并和多个从设备（最多可超过200个）保持同步但不通讯。一个Piconet最少由主设备单元和从设备单元两个连接设备单元构成，运行时其所有设备本身都是平等的，无主从之分，以同样的工作方式在这个Piconet存在期间一直维持这一状态。其拓扑结构如图2—2所示。
（2）Scatternet（分散网）
由两个或两个以上的Piconet构成的网络，彼此间可以同步或不同步的进行通讯就构成了蓝牙的Scatternet。任一蓝牙设备在Piconet和Scatternet中，既可作主设备又可作从设备，还可以同时既是主设备又是从设备。因此，蓝牙中没有基站的概念，所有的设备都是可移动的，通过跳频信道的统计复用和对信道的再用，在Scatternet中单个用户和所有用户的总通讯量都要比大家使用同一个Piconet中的1MHz信道时大得多。其拓扑结构如图2—3所示。
3 粮情测控中蓝牙技术应用方案
鉴于蓝牙技术的特点及其存在的优势，笔者尝试将其应用于粮情测控中，形成一种全新模式的“零布线粮仓，粮情计算机巡检系统”。该系统的结构如图3—1所示。
现场传感器主要用于收集粮情的数据，主要是温度和湿度，可选用热敏电阻（断线可自检）进行测量，也可选用其它传感器（粮食储藏参数测定仪器）。数据转换器将传感器信号转换为计算机可读信号，每个粮垛可配一个，亦可多个粮垛合配一个，测量精度±1℃。转换后的数据通过蓝牙收发装置无线发送，数据发送距离≥3 m，当超过10 m时适当的增加发送的功率或增加前置电路以增加传送距离。数据转换器采用电池供电，更换周期3～6个月。由现场传感器和数据转换器构成现场测控单元，现场测控单元采用模块化设计，以便于现场的拆装与维护。一般一个现场测控单元可采集20个现场传感器的信号，采用内部可编程，可擦写，提供2K字节程序存储器的单元机，如AT89C2051对采集进行控制。20路的采集信号可通过3片CC4051进行选通，并通过AD7896芯片进行A／D转换。此外，考虑到每一个现场测控单元有地址、命令、重要参数的存储，采用一片E2PROM芯片93LC46作为保存数据的存储空间，方便系统的管理。现场测控单元的结构框图如图3—2。
在现场测控单元与数据采集器间通过蓝牙技术进行数据的传输，每个现场测控单元配一个蓝牙收发模块，可采用ATMEL公司的蓝牙解决方案，即采用该公司的蓝牙RF收发器T2901，单片蓝牙处理器AT76C55X和一个大小为1 M的用于存储固化软件和数据的低压FLASH组成的蓝牙收发模块。其中AT76C55X单片蓝牙处理器执行链路管理及控制基带协议，其集成了ARM7TDMI内核以及专用的蓝牙基带处理模块，客户可以选择语音CODEC的编码方式LOGPCM，或是CVSD；以及需要的何种接口模式：USB，PCMCIA，UART；此外该器件还包括SPI接口GPIO。如果要想增大传送的距离，可以在此蓝牙收发模块上加一前置电路芯片T7024，这样可以使传送的距离超过100 m。整个蓝牙模块硬件的驱动可以直接使用ATMEL公司提供的驱动程序，此外还可以通过HCI层，PCMCIA，USB，UART接口在主机上进行自主应用开发。蓝牙收发模块的结构框图如图3—3。
数据收集器用于收集各个数据转换器的采集信号，每个数据收集器也配一个蓝牙收发系统，一般情况下每7个现场测控单元配一个数据收集器，共同组成Piconet。系统的数据处理机用于将数据采集器所收集的数据进行加工处理，然后可实现采集的数据与信息网络共享。一般情况下，每个粮食仓库只需配置一台。该系统具有以下的特点：
1）系统无须对仓房进行改造，同样能实现快速、准确的计算机粮情数据采集，实现数据库记录保存和分析处理，提供保粮决策依据。
2）系统将实现现场无电源线的计算机数据采集，安全性、灵活性大为提高。
3）系统采用最新的IC器件，仪器可靠性增加，集成度高，安置灵活，可拆卸，降低系统维护费用。
4）采用无线的数据采集和处理，降低了系统费用，减少了工人，提高了劳动生产率。
该系统如果采用传统的布线方式，即将现场所采集的数据通过电缆传输给数据处理机的话，那么将要耗费很多的电缆。另外由于粮食存储工作的特点，粮垛并不是长期固定在一个位置，会经常的搬动，这也给电缆的走线带来了巨大的困难，从而也会给粮食存储工作带来很多的不便。而选用蓝牙技术利用其自身的许多优势，却可以很好的解决这些问题，再加上现今蓝牙技术方兴未艾，且随着IC制造技术的发展，工业蓝牙产品的不断推出，如Connect Blue公司的Adapter，朗讯公司的W7020和W7400，CRS公司的BlueCore等，相信选择蓝牙是一种比较合适的选择。
4 结束语
该系统作为蓝牙技术在实际应用中的一个探索，它的应用成功将给粮情测控带来极大的方便，也将给粮食系统带来巨大的经济效益。同时，经过一定的修改和完善，该系统还可以应用于别的产业之中，如仓储公司、集装箱公司、温室大棚等，具有极大的推广价值。此外，为了使该系统的成本更加低廉，性能更加可靠，笔者将在蓝牙收发系统的选择及蓝牙系统外围电路的设计上作进一步的改进和研究。
［参考文献］
［1］ 刘 康．蓝牙技术简介［J］．江苏通讯技术，2001（4）．
［2］ 李 蒙，熊明全．Bluetooth（蓝牙）技术简介［J］通讯世界，2000（1）．
［3］ ATMELBluetooth Solution Backgrounder［EB］．http：／／www．atmel．com／bluetooth／brochure／2．html．
摘自 北极星电技术网
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