基于ARM7的藍牙接入點的硬件系統結構和軟件流程

　　1引言

　　在工業現場中，由于有些環境比較惡劣，布線不方便等因素可以采用藍牙無線通信技術來實現數據的通信。同時，工業現場中有很多以不同方式互連的設備，其中包括非智能化簡單數據連接單元 (I/O)、智能化設備 (比如智能傳感器、單回路控制器和 PLC)和監控系統 (作為 HMI使用，用于數據記錄和監控 )等。這些設備大都是以各種不同的通信協議和媒介來互連的，其中有些就可以用藍牙無線技術代替。本文以 AT91R40008為例，結合 BCM04藍牙模塊開發了基于藍牙通信的工業接入點，組建了基于藍牙通信的閥門、流量計、溫度變送器測試系統，實現了帶有藍牙通信模塊的工業設備和現有的有線網路的通信。

2藍牙技術簡介

　　藍牙（bluetooth）是一種短距的無線通訊技術，電子裝置彼此可以透過藍牙模塊而連接起來，省去了傳統的電線。透過芯片上的無線接收器，配有藍牙技術的電子產品能夠在十公尺的距離內彼此相通，傳輸速度可以達到每秒鐘 1兆字節。同時，藍牙支持設備短距離通信（一般是 10m之內）。能在包括移動電話、 PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關外設等眾多設備之間進行無線信息交換。藍牙的標準是 IEEE802.15，工作在 2.4GHZ頻帶，帶寬為 1Mb/s。

　　藍牙技術在工業現場上的應用大致可以分為四個方面：

　　(1) 代替串行線纜。無線藍牙連接可以代替當前的串行線纜。

　　(2) 結合藍牙和互聯網技術。利用藍牙帶來的 CPU處理能力，給設備添加更多功能，如內置的 WEB用戶接口。

　　(3) 工業接入點。通過接入點將數個藍牙設備連接到傳統的有線網絡中，比如 IP網絡(如以太網)或者工業現場總線網絡(如 Controlnet和 Profibus等)。

　　(4) 無線傳感器和起動器。利用藍牙來將與物理制程關系昀密切的設備 (傳感器、起動器和簡單的模擬 /數字 IO設備)連接到監控系統。

　　3 藍牙接入點的系統設計

　　在工業現場中使用無線通信技術。這就要求工業設備使用藍牙功能，并能和現有的以太網或者工業現場總線網絡相連。在這里，藍牙接入點就好像一個 “電話交換機”，通過以太網供電設備和上位機進行通信，以及通過無線方式和工業現場設備進行數據交換，實現上位機對現場設備的數據采集、監測和控制。本文將藍牙接入點的系統設計分為硬件體系結構和軟件設計兩個部分。下面將對這兩部分進行具體說明。

　　3.1 硬件體系結構

　　該藍牙接入點包含了微處理器（ AT91R40008）、存儲器、藍牙通信模塊、網絡通信接口、串口通信等重要組成部分。在該設計中，電源使用了以太網供電設備，該設備除了用于網口通信，還提供設計中所需要的電源。該電源經過電平轉換，為微處理器、存儲器、藍牙通信模塊等提供所需的 +3.3V和+1.8V電源。 32位的微處理器 AT91R40008通過串口 0和串口 1與串口通信部分和藍牙模塊進行數據交換。圖 1為藍牙接入點的硬件框圖。下面就其具體原理進行說明。

　　3.1.1 微處理器 AT91R40008

　　AT91R40008是 Atmel AT9116的 32位的微控制器系列產品。它以 ARM7TDMI 處理器內核為基礎。該處理器有一個高性能 32位精簡指令系統和一個高密度 16位的指令系統，同時具有較低的能耗。AT91R40008具有片上的 SRAM或 ROM、完全可編成的外部總線接口（EBI）、32個可編程的 I/O口、8個優先級、4個外部中斷、2個 USART及 16位的定時器/計數器等特點。除此之外，在內部寄存器實現對異常情況的快速處理，可以方便的進行即時控制和應用編程。

　　AT91R40008以與外部存儲器的直聯為特色,由外部 FLASH，經過完全可編程外部總線接口 (EBI)、一個八位優先向量中斷控制器,，及外部數據控制器，大大提高了處理器的即時性能。 AT91R40008使用 Atmel的高密度 CMOS技術， ARM7TDMI 處理器內核結合了片上高速存儲器及其外部設備，使其具有非常強大的功能。

　　微處理器部分的設計包含系統硬件的啟動與復位，地址總線、數據總線的分配和定義，通過串行線對藍牙模塊的讀寫等。

系統由外部的 50M鐘振作為時鐘源向 cpu輸入時鐘信號。復位電路由 10uF的電容、10K的電阻及按鍵組成低電平復位電路。該復位電路可實現上電低電平自動復位或者手動復位。AT91R40008內部 ROM為 128K，外部昀大可擴 64M的存儲器，由于設計需要，在設計中擴展了一片 2M字節的 SST36VF160對大量的軟件程序進行存儲。由于 AT91R40008內部包含的 SRAM已達 256K，對于數據存儲已夠用了，所以在外部沒有進行 RAM的擴展。網卡芯片 AX88796通過片選線、中斷線、讀寫信號控制線和地址數據總線和 cpu相連，實現藍牙接入點和上位機的網絡通信。AT91R40008通過串口 1實現與藍牙模塊的數據交換，通過串口 0實現和上位機之間的串口調試。