基于ARM的藍牙實時數據采集系統的硬件與軟件設計

3.3 單片機節點

單片機節點是本系統的底層設備，正常工作時作為總控制器，協調控制其他監測器件或 模塊工作，完成數據采集、測量、加工及與數據中心的通信、接受命令和數據傳送等任務。 本系統中，單片機節點模塊的MPU 采用Winbond W77E58，其串口與藍牙通信模塊的UART 進行通信。

兼容 8051 內核、片載Flash 很大、具有雙串口是W77E58 的三個突出特點。前兩點意 味著單片機節點軟件可以用C51 語言設計，不必因為擔心代碼太大而采用匯編語言；雙串 口意味著可以用一個獨立的串口與PC 機聯機以調試編寫的藍牙通信軟件，調試完成后再將 其移植到與藍牙模塊通信的串口上，無需為軟件調試改動任何硬件，大大降低了硬件的復雜 性，提高了軟件開發速度。

4 系統軟件設計

基于 ARM 的藍牙實時數據采集系統的軟件設計包含三部分。第一部分是Windows CE 嵌入式操作系統平臺的搭建；第二部分是基于Windows CE 操作系統，運行于數據中心藍牙 數據采集應用程序的設計；第三部分是單片機節點的藍牙通信軟件的實現。

4.1 Windows CE 嵌入式操作系統的搭建

Windows CE(簡稱WinCE)是當今市場上主流嵌入式操作系統中應用最廣泛的。它是一 個支持多種硬件平臺、核心代碼開放、組件可裁剪的32 位實時嵌入式窗口操作系統，具有 可靠性高、實時性好、模塊化和小內存占用、支持多種無線與有線連接、支持多種硬件平臺、 支持多種無線與有線連接等特點，廣泛應用于各種嵌入式智能設備開發。

由于嵌入式智能平臺不論是CPU 架構還是外圍硬件都是多種多樣的，移植WinCE 需要 開發者根據具體平臺要求對系統進行修改和定制。移植WinCE 操作系統主要有兩部分內容： 一是定制BSP 代碼，包括Bootloader、OAL 以及驅動程序；二是運行調試WinCE 操作系統， 主要是運用開發工具編譯、下載、運行和調試操作系統映像。

4.2 基于Windows CE 的藍牙數據采集程序的設計

由于 DFBM-CS120 藍牙模塊通過串口進行通信，而WinCE 的驅動程序己經以“文件” 的形式封裝了串口，開發者無需編寫操作串口硬件的代碼，所以藍牙數據采集程序沒有必要 設計驅動程序，只考慮設計應用程序即可。 本系統中，基于 WinCE 的藍牙數據采集程序采用Embedded Visual C++集成開發環境， 基于MFC 庫，采用面向對象的設計方法設計。藍牙數據采集程序的主要任務就是通過串口 發送和接收數據，因此串口編程是設計藍牙數據采集程序必須實現的部分。WinCE 的驅動 程序己經將串口以“文件”形式進行了封裝，因此基于WinCE 的串口編程無需編寫直接操 作UART 硬件的代碼，只要利用WinCE 提供的文件API 函數就可打開和讀寫串口。這些 API 函數分別是：CreateFile、ReadFile 和WriteFile。

4.3 單片機節點程序設計

單片機節點負責采集數據并把數據通過藍牙模塊發送給數據中心，程序設計的重點是實 現藍牙數據通信。單片機程序在Keil μVision2 開發環境下，采用C51 語言編寫。單片機節 點程序設計包括如下幾個部分：1.配置串口；2.根據串口中斷程序設計單片機-藍牙模塊通訊 程序；3.通信幀格式設計。

單片機節點與數據中心建立連接后，串口中斷程序接收并識別數據中心的命令，由于數 據和命令是透明傳輸，單片機節點和數據中心之間必須設計通信協議，規定命令幀和數據幀 的幀頭、幀尾、幀長、幀類型、校驗等信息，二者才能正常互傳數據。通信幀格式設計如下：

5 結束語

本文將藍牙通信技術和 ARM 嵌入式系統應用于工業數據采集中，開發了一套新穎的無 線數據采集系統。系統包括數據中心、藍牙通信和單片機節點三部分。數據中心的硬件、軟 件功能強大，基于以ARM9 處理器S3C2410 為核心的硬件平臺設計，運行 Windows CE 操 作系統，開發了基于 Windows CE 的藍牙數據采集應用程序。通過數據中心和單片機節點 的藍牙模塊，數據中心能夠在距離單片機節點半徑約10 米以內的任何位置方便地與智能節 點交換命令和數據，不受傳輸角度和節點安裝位置的限制。

本文作者創新點：在以 ARM9 芯片為核心的嵌入式數據采集系統中，采用藍牙無線通 信DFBM-CS120 芯片，實現高速實時數據信號采集和無線數據傳輸。與有線數據傳輸相比，更加方便靈活，具有較高的可靠性。在軟件設計上采用Windows CE 實時多任務系統，實現 了系統初始化、數據采集、無線通信等任務進行調度和管理。試驗結果表明，該系統硬件電 路簡單、可靠性強，軟件設計合理，滿足了實時信號采集和無線數據傳輸的要求。