基于ARM的蓝牙实时数据采集系统的硬件与软件

      1 引言

      随着计算机技术的发展，尤其是无线技术广泛深入到人们生活的各个方面，使人们的生 活发生了深刻的变化。就工业数据采集、测量领域来讲，由于测量种类多、数据量大，且存 在许多条件恶劣、人们不易到达或不能时刻停留的地方偶尔采集一些现场数据，因而不但需 要花费大量的人力、物力和财力进行设备的维护，同时给采集带来很多不必要的麻烦。

      为了解决上述问题，本文提出了一种基于ARM 的蓝牙实时数据采集系统。采用嵌入式 操作系统Windows CE，对通过蓝牙无线传输方式集中的传感器采集数据，进行控制、显示、 处理，实现工业实时数据的采集。ARM 技术为内核的微控制器指令周期短，处理能力强， 接口丰富，能成功运行操作系统，为控制系统的应用程序开发提供了良好的平台。同时，它 体积小，功耗低，运行性能优越，能很好的应对于工控应用方面。而蓝牙技术是一种短距离、 低功耗的无线通信技术，采用跳频机制进行数据传送，故能极大地提高数据传送的抗干扰性 能。对于数据采集系统的应用而言，两者的结合大大简化了分布采集设备繁琐的配置和系统 复杂度，且大大降低了功耗和体积。由其带来的系统灵活性，使得系统的应用更加广泛。该 系统充分体现了嵌入式系统和蓝牙技术的优势，具有一定的实用价值。

      2 系统总体设计

      基于 ARM 的蓝牙实时数据采集系统由基于ARM 的数据中心、单片机智能节点和蓝牙 无线通信链路三大部分组成。数据中心，采用基于ARM9 微处理器S3C2410 的硬件平台， 运行 Windows CE 嵌入式操作系统，可为操作人员管理现场数据、控制目标设备提供友好、 方便的用户接口；单片机节点，负责采集现场数据，通过蓝牙无线通信链路接收数据中心命 令并将数据上传给数据中心；蓝牙无线通信链路，通过在数据中心和单片机节点安装的蓝牙 模块实现。考虑到系统的可扩展性，系统还可以通过RS-232 接口实现ARM 数据中心与PC机的数据通信。系统总体构成如图1 所示。

      3 系统硬件设计

      基于 ARM 的蓝牙实时数据采集系统的硬件设计包含蓝牙模块天线和外围电路、基于 ARM 的数据中心、单片机节点三个部分。现在分别对各个主要模块做简单介绍。

      3.1 蓝牙模块天线和外围电路

      蓝牙模块是蓝牙通信的基础，在此采用嵌入式蓝牙模块 DFBM-CS120。它集成了蓝牙 标准通信协议，对用户提供全双工UART 接口和射频信号输出，使用户能通过UART 控制 模块操作，并通过天线将承载数据的射频信号发射出去。

      蓝牙模块外围电路设计主要包括天线设计、电源设计和UART 接口设计，如图2 所示。

      其中，天线的性能好坏直接关系到整个蓝牙通信系统能否正常传输数据，必须采用射频 电路的设计方法进行具有针对性的设计。在此由于DFBM-CS120 有一个天线管脚Antenna， 输出2.402~2.480GHz 射频信号，天线管脚的输出阻抗为50Ω。根据最大功率传输定理，在 天线管脚上外接阻抗50Ω的AT3216 多层陶瓷天线。考虑到由于制造参数与设计参数之间的 误差可能造成的信号衰减，在模块的天线管脚和蓝牙天线之间增加了一个由一个电感和两个 电容组成的π型网络，用来放大射频信号。天线电路框图如图3 所示。

      3.2 基于ARM 的数据中心

      基于 ARM 的数据中心的基本要求是体积小巧、功耗低、界面美观、操作方便、通信功 能强大、系统扩展性好。具体到硬件上，对ARM 系统的基本要求是支持Windows CE 操作 系统、支持彩色LCD、支持触摸屏、支持USB、支持以太网、支持蓝牙模块通信接口。根 据要求，结合嵌入式系统业内流行的开发平台，在此选择基于ARM9 处理器S3C2410 的硬 件平台作为数据中心。将蓝牙模块作为S3C2410 硬件平台的一个UART 外设安装，数据中 心便具有了蓝牙通信功能。
      S3C2410 硬件平台的设计分为核心系统设计和外围设计两大部分。平台核心系统包括 CPU、SDRAM 和Flash，其中SDRAM 是平台的内存，Flash 相当于平台的硬盘；平台外设 包括LCD 和触摸屏接口电路、以太网控制器、USB 和UART。

      硬件平台的整体设计图如图 4 所示。