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1、-移动通信-基于蓝牙技术的无线数据采集系统设计-第 7 页毕业论文移动通信的基本技术分析 院（系） 电子信息工程学院 专 业 移动通信技术 姓名宦飞，18360312651，浙江省 杭州市 江干区 白杨街道 盛泰名都公寓一栋二单元11楼 ，310002 班 级 通信141 学号1401223128 指导教师 徐敏 职称 讲师 设计时间 2017.2.20-2017.4.28 基于蓝牙技术的无线数据采集系统设计摘要：由于时代的发展，社会的进步，我国的网络技术较之于从前，是得到了空前的发展，从当前的实际发展形势上来看，我们不难发现，蓝牙技术的应用不管是从宏观的层面上，还是从微观的层面上，都得到了大
2、力的发展和系统性的普及，本文主要针对武警部队应用场合，针对蓝牙自组织网络在具体的运营和系统的发展过程中，存在的一系列的亟待完善和系统性的解决的实际问题，对蓝牙散射网的拓扑理论算法予以了客观具体的研究和分析，并且对其当前的实际性能做出了系统性的研究和重点的比较；同时设计了嵌入式蓝牙数据采集终端模块及嵌入式数据采集平台，在这样的一种综合的研究基础之上，进行应用可行性研究和具体的分析态势的执行，并对系统中涉及的关键技术进行了客观，具体，系统深入的研究和说明。嵌入式蓝牙数据采集终端模块、嵌入式数据采集平台及蓝牙自组织网络拓扑理论应用是本文在具体的实施和系统性的研究过程中，需要着力的关注和系统性的研究的
3、重点问题。关键词：蓝牙技术；无线数据；采集系统目 录1引言12蓝牙技术介绍13基于蓝牙技术的无线数据采集系统设计23.1系统总体分析23.2代理服务器硬件设计33.3终端模块设计43.3.1模块分析与设计43.3.2芯片选型53.3.3电路设计64基于蓝牙的智能数据采集系统的软件设计74.1代理服务器软件设计74.2通信节点软件设计105结语11参考文献121引言蓝牙技术是当前的一项展现的无线端通信技术的实施和系统性的发展，这样的一项技术被广泛的应用到数据采集系统中，除此之外，他还能够很好的实现与互联网的较好的管理和系统性的连接，通过与互联网技术的有效的管理和系统性的实施来实现对数据的收集和系
4、统性的分析，并且从当前的实际成效上来看的话，其综合的发展成效也是尤为可观的，这样的一种态势对于实现数据采集的成本的最小化，是发挥出了尤为重大的意义的。在目前我们使用的蓝牙技术中加入一些 EMIT和ECS技术，使得现实化的数据征求原理以及其实际的节制子系统在具体的智能化实施的过程中，呈现出大幅度的提升和系统性的加强的态势的执行，而且还可以使得系统能够对数据进行准确性的收录，把蓝牙系统内部的各个环节连接起来，并且连接性非常强，这种情况下就会在很大程度上提高蓝牙系统的实用性能。由于我国的科学技术以及通信技术的大力的实施和系统性的发展，我国的微处理器和嵌入式技术在这样的一种态势之下，也是呈现出大幅度的
5、发展的态势的执行，数据采集系统的 I/O 系统的智能化程度较之于过往，得到了更加系统的提升和大幅度的增强，故而整个系统的数据实时收集和采集的综合性能，得到了大幅度的提升和系统性的增强；除此之外，在蓝牙系统中加入一些高端技术可以使得蓝牙系统能够高效的对数据进行拦截，同时也能够检测这些数据给蓝牙系统带来的安全风险与威胁；总而言之，再通过利用互联网技术可以最大程度化提高蓝牙连接的时间和空间范围，使得蓝牙系统能够运用到社会中以及人们生活中各个领域。之前我们采用最多的对数据进行整合的方法就是有线系统，通过光纤可以很快的对数据进行传输，但是在对光纤线进行配置的时候需要花费的精力是比较大的，而且其存在的综合
6、的布线难度是较大的，而且综合的开发周期也是较长的。由于时代的进步，我国的信息也是得到了大力的发展，分布式数据采集成为了工业化的数据采集和系统性的分析过程中，一项亟待完善和系统性的予以管理的综合问题的，信息技术的发展以及相关技术的开发使得我们国家能够更加准确的对数据进行整合和采集，同时也能够提高信息整合的效率。通过研究可以发现目前我们国家对蓝牙系统进行了很大的改进，使得蓝牙系统的工作性能得到了很大的提升，同时，利用蓝牙技术也使得信息采集变得更加高效。近年来，我国发明出了嵌入式系统，这个系统是随着社会环境的变化以及现代科学技术的进步而发展出来的，通过这个系统能够方便人们的生活，而且还可以帮助人们更
7、好的对信息进行处理。在接下来一段时间内，由这种系统衍生出来了很多嵌入式系统，这也就说明我国信息技术的发展速度相对是比较快的，而且相比于往日也是实现了空前的赶超和系统性的发展的。进入二十一世纪之后，我国各个行业发展的速度都比较快，为了提高每一个企业生产产品的速度，很多企业都研发出了一些高科技技术的嵌入式系统，通过这个系统的理论再发明出很多利于企业发展的器械，最终使得企业未来的发展趋势变得更好，企业内部的各种制度得到完善。通过调查可以发现，目前我们国家各个行业在发展的过程中都会运用到嵌入式系统，因为这个系统能够服务的业务是比较多的，可以通过这个系统带动各个行业经济的发展。传统的企业发展模式以及各种
8、信息技术系统已经无法满足企业在现代社会环境变化中的需求，必须对信息技术和企业发展制度进行改进，只有这样才能使得我国各个行业未来发展趋势更好。另外，现代蓝牙系统内部技术已经达到了很高的层次，通过利用各种先进的系统能够对信息数据进行最准确，最高效的采集，无论从广义层面上来看，还是从狭义层面上来看，其能够最终发挥出来的综合作用，意义是尤为重大的，也是需要着力的关注和系统性的加强的问题。2蓝牙技术介绍由于我国的通信技术以及信息技术，较之于从前，得到了大力的提升和系统性的发展，包括蓝牙、IEEE802.11和HomeRF等在内的短距离无线通信技术不管是从宏观的层面上，还是从微观的层面上，正逐渐的呈现出一
9、种系统化，成熟化的发展趋势，在实际的应用过程中，其具体的应用进程也呈现出大幅度的提升和加强的发展态势。毫无疑问，蓝牙技术在人们生活在以及各个行业发展中的应用是非常广的，对于各个行业的发展有着很大的推进效果，而且其扮演的角色也是越来越具有较大的不可替代的特性的。3基于蓝牙技术的无线数据采集系统设计3.1系统总体分析根据蓝牙技术，在具体的实施和系统性的发展特征上来看的话，我们不难发现，一个完整的数据采集与分析系统可以由一台个人电脑（PC）或者手持设备（PDA），一个数据采集代理服务器和多个数据采集终端模块组成。本系统是将蓝牙无线通信节点嵌入到数据采集系统前端和终端设备中，进而在不同的设备之间实现一
10、种系统性的对接的态势的执行。以嵌入式代理服务器作为根节点组建蓝牙Ad Hoc无线数据采集网络，并且在他的作用之下，实现蓝牙技术以及互联网的较大的发展和较好的连接，将武警部队较好的连接到以太网之中。图3-1 数据采集与分析系统结构框图数据采集终端的任务包括：（1）对传感器传播出来的各种信息进行采集，然后再利用嵌入式系统对这些信息进行传播，最终对这些数据信息进行整理。（2）监测通讯状态，与数据采集代理服务器保持通讯，并且较好的实现其管理和系统性的控制；对硬件进行设计的时候一般要考虑到对其内部两个点进行准确高效的设计。下面详细介绍这两部分的硬件构成。3.2代理服务器硬件设计数据采集代理服务器主要完成
11、以下功能：（1）接数据采集终端传递过来的数据信息，在对其进行系统的管理和较好的处理之后，将其发送给数据分析平台PC/PDA.（2）接收数据分析平台的控制命令，并控制数据采集终端实现蓝牙自组织网络组建。（3）可以对服务器所在系统进行调控，而且还可以识别服务器中存在的一些数据，将这些数据进行整理，然后通过有线或者无线发送给其他的服务器。图3-2 嵌入式代理服务器硬件结构框图3.3终端模块设计3.3.1模块分析与设计CPU与相应传感器或智能仪表连接，实现数据采集以及数据连接的较好的管理和系统性的完成。而数据的传输则是在蓝牙系统的作用之下，予以及时的管理和系统性的执行的，模块完成功能如图3-3所示。图
12、3-3蓝牙主机与蓝牙模块的 HCI 接口交互框图3.3.2芯片选型（1）处理器芯片选用ATmega128进行系统开发。这一种芯片内部包含的内容特别多，与此同时这种芯片在使用的过程中也很少会出现一些差错，能够保证系统稳定的运行。它具有片内128KB的程序Flash,4KB的数据SRAM,可外扩到64KB的E2PROM,对于系统内部的具体的管理和系统性的运算能够予以较好的控制和管理，并且在一定量的数据存储要求上，也能够实现很好的契合和系统性的发展。（2）蓝牙芯片BlueCore2-External是一个单一芯片无线电和基带链路控制器的BlueTooth2.4GHz系统，他采用0.18mCMOS技术
13、集成了射频、基带和带有全部集成蓝牙协议栈的MCU以及收发器。这种蓝牙芯片在使用的过程中消耗的电量非常少，而且不需要非常高的电压就可以使其运行。这种芯片非常便宜，但是功能特别多，可以应用到很多企业需要的设备和系统中。一般情况下这种芯片可以对系统中的信息程序进行高效的识别，而且还会对程序中存在的问题进行纠正，进而在具体的生产测试的过程中，能够投入到具体的实施和执行的过程中。该芯片的内部结构如图3-4所示。图3-4蓝牙芯片内部结构3.3.3电路设计本文采用ATmega128L作为主控制器，负责现场采集、存储、控制与传输，并且在与蓝牙模块的管理上，能够实现彼此之间及时有效的通信。无线通信模块由CSR公
14、司的产品BC02芯片为核心的蓝牙模块实现。硬件结构框图如图3-5所示。图3-5蓝牙无线通信节点硬件结构框图4基于蓝牙的智能数据采集系统的软件设计4.1代理服务器软件设计嵌入式代理服务器软件在嵌入式LINUX操作系统下编制，将整个系统分为五部分：蓝牙通信与组网模块，负责组建Adhoc网络，将自身作为最主要的基础，进而寻找与之相匹配的蓝牙设备，根据改进Bluetrees算法要求运行根节点相关策略；数据处理模块，将控制信息、设置参数等信息发送给现场设备，接收采集数据，负责数据帧的校验；报警模块，实施检测各个参数，一旦发现有任何的异常情况就会马上启动警报系统；自动存储历史数据，当采集数量达到一定的数值
15、的时候，就会通过将相关的数据进行及时的管理和系统性的上传；上位机通信模块，接收上位机的控制信息、设置参数等信息，并且将这样的一种数据转换成对应的模式之后，将其传输到下机位中。下面主要介绍蓝牙通信与组网模块软件设计。HCI驱动程序的构成如图4-1所示。图4-1 HCI驱动程序构成收发模块可以对信息进行采集，而且还可以对信息进行传输；即使信息以及数据所占内存比较大，也不会影响收发模块的工作，因为手法模块的内在性能比较优越，能够利用其内部存在的系统同时对很多信息进行处理。命令调度封装模块：这个命令模块可以对信息的传输进行调整，而且也可以使得各个模块内部的指令发生变化，有利于信息数据高效的传输和采集。
16、一般情况下，这个命令模块在工作的过程中可以发挥出初始化、查询、建立连接、断开连接和异常处理等功能，按照蓝牙规范所定义的格式对具体的命令进行封装并发送。图4-2 HCI驱动程序流程图在ACL,SCO这两个模块取得一定的联系后就可以通过HIC程序对模块中存在的信息进行采集和整合。即当CPU收到应用数据的时候，它首先分析应用数据的类型，如果是要求传送的高层协议分组，则分割打包成HCI数据分组，通过蓝牙模块发送出去。HCI驱动程序流程图如图4-2所示。4.2通信节点软件设计1、蓝牙模块与ATMega128L通讯软件实现下面我们对蓝牙模块和上面提到的通讯软件的工作流程进行详细的阐述：（1）串口设定：在使
17、用单片机的时候需要把单片机上面的系统打开，然后蓝牙系统就可以在规定的距离内和单片机连接起来这时就可以对相应的信息进行传输；另外在对两者进行连接的过程中，需要使得两者之间工作的频率是一样的，这样信息传输的速度就会变得非常快，提高串口设定的准确性和高效性。（2）指令传输：在对指令传输过程中，可以采用HIC程序对整个传输过程进行控制，而且还可以保证单片机与蓝牙系统之间的联系性得到很大的增强。这个指令传输过程中，蓝牙系统中每一个功能都会得到充分的发挥，使得信息传输速度增加很多，而且也能够保证整个嵌入式系统工作的高效性。2、蓝牙模块之间通讯软件实现蓝牙模块在连接的过程中需要连接的对象进行准确的熟知，而且
18、还要根据要求来跟连接对象进行连接和数据传输。如果蓝牙系统在工作的过程中能够与单片机进行连接，那么就可以采用返回指令Connection_Complete_Event,通过这个指令来对相应的传输信息数据进行核查，然后用于建立连接后蓝牙模块之间的数据传输。通过这些可以发现蓝牙系统内部各个模块之间的联系性得到加强能够增加信息间的传输速率，也能够保证蓝牙系统工作的高效性。3、蓝牙AdHoc网络管理与调度模块软件实现（1）设备初始化：各设备进入初始化状态，并开始等待查询；（2）树形网络形成：蓝牙系统内部的服务器在对数据进行传输的过程中可能会把数据传输到下一个服务器中，久而久之，在这种情况下，各个服务器之
19、间的联系性就会得到增强。如过接收寻呼的设备数量超过了7个，那么蓝牙系统自身就可以对服务器进行选择，选择一些工作性能比较好的服务器来对数据进行传输，这样就可以通过对服务器的选择找出系统中的主设备。5结语本课题的任务是设计基于蓝牙Ad Hoc 网络的无线数据采集系统解决方案，同时研究蓝牙Ad Hoc 网络组网算法，实现蓝牙技术、嵌入式技术与数据采集技术的融合。参考文献 1任小洪，傅成华，胡科. 基于蓝牙技术的无线数据采集系统设计J. 测控技术，2009，01：16-19.2崔伟，张晖. 基于ARM的蓝牙实时数据采集系统的设计J. 微计算机信息，2009，23：163-164+167.3邢璐，别红霞
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