引言

　　在各種生產(chǎn)現(xiàn)場都需要溫度傳感器實現(xiàn)溫度的檢測中,，溫度是一種最常用的控制參數(shù),。但在一些危險的場合或物體移動的情況下，有線的溫度傳感器不僅布線復(fù)雜而且容易造成線纜脫落影響數(shù)據(jù)的可靠性,。近年來,，藍(lán)牙技術(shù)作為一種較成熟的短距離無線通信技術(shù)，將它和單片機(jī)技術(shù)相融合設(shè)計無線溫度傳感器,，可以方便,、實時、可靠地將采集到的溫度數(shù)據(jù)傳輸給控制終端,，保證了生產(chǎn)的順利進(jìn)行,。

　　而且，經(jīng)過功能擴(kuò)展建立的無線傳感器網(wǎng)絡(luò),，能夠適應(yīng)更加復(fù)雜的測量現(xiàn)場,。

　　1 藍(lán)牙技術(shù)簡介

　　藍(lán)牙技術(shù)是一種無線的數(shù)據(jù)與語音通信的開放性標(biāo)準(zhǔn)，工作在2.4GHz的ISM頻段上,，采用跳頻擴(kuò)譜技術(shù),。藍(lán)牙設(shè)備的最大發(fā)射功率可分為3級：

　　100mw（20dB/m）、2.smw（4dB/m）,、lmw（0dB/m）,。當(dāng)藍(lán)牙設(shè)備功率為lmw時，其傳輸距離一般為0.1~10m,。當(dāng)發(fā)射源接近或是遠(yuǎn)離而使藍(lán)牙設(shè)備接收到的電波強(qiáng)度改變時,，藍(lán)牙設(shè)備會自動地調(diào)整發(fā)射功率,。當(dāng)發(fā)射功率提高到10mw時，其傳輸距離可以擴(kuò)大到10om,。藍(lán)牙支持點對點和點對多點的通信方式,，在非對稱連接時，主設(shè)備到從設(shè)備的傳輸速率為721kbps,，從設(shè)備到主設(shè)備的傳輸速率為57.6kbPs;對稱連接時,，主從設(shè)備之間的傳輸速率各為432.6kbps,。藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了在連接狀態(tài)下有保持模式（HoldM0de）,、呼吸模式（SniffMode）和休眠模式（ParkMode）3種電源節(jié)能模式,，再加上正常的活動模式（ActiveMode），一個使用電源管理的藍(lán)牙設(shè)備可以處于這4種狀態(tài)并進(jìn)行切換,，按照電能損耗由高到低的排列順序為：

　　活動模式,、呼吸模式、保持模式,、休眠模式,，其中，休眠模式節(jié)能效率最高,。藍(lán)牙技術(shù)的出現(xiàn),，為各種移動設(shè)備和外圍設(shè)備之間的低功耗、低成本,、短距離的無線連接提供了有效途徑,。

　　2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　無線溫度傳感器主要由單片機(jī)控制單元、藍(lán)牙模塊,、溫度檢測單元,、接口電路及其它輔助電路組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,?？刂茊卧桕枂纹瑱C(jī)為整個系統(tǒng)的核心，對檢測到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,、顯示,、傳輸，外擴(kuò)4MBFLAsH用于存儲程序和溫度數(shù)據(jù),。藍(lán)牙模塊包括藍(lán)牙芯片,、放大器、非平衡變壓器（Balun）等,，負(fù)責(zé)與藍(lán)牙控制終端進(jìn)行無線連接和數(shù)據(jù)傳輸,，按鍵完成系統(tǒng)設(shè)置、復(fù)位等信息輸人,，測量的溫度數(shù)據(jù)在傳輸?shù)娇刂平K端的同時在LED上顯示,，并通過揚(yáng)聲器定時語音播報當(dāng)前溫度數(shù)據(jù)和超限報警。

　　2.1 單片機(jī)控制單元

　　控制單元采用SPCE061A單片機(jī),，工作電壓為2.6~3.6V,，工作頻率為0.32一49.152MHz，較高的處理速度使其能夠非常容易,、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號,。該芯片內(nèi)包括ADC、DAC,、定時器/計數(shù)器,、RAM、FLASH,、ROM等器件,，具有一套高效率的指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境，并且支持標(biāo)準(zhǔn)C語言,，可以實現(xiàn)C語言與凌陽匯編語言的相互調(diào)用,，為硬件設(shè)計和軟件開發(fā)提供了便利條件。另外,，芯片內(nèi)置的2路10位精度的DAC,，再配合豐富的語音函數(shù)庫，可方便地完成語音的播放,，非常適合于語音應(yīng)用的開發(fā),。

　　2.2 溫度檢瀏單元

　　溫度檢測單元采用D1S8B02型傳感器，是美國DALLAS公司推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器,，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比,，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過編程實現(xiàn)9~12位的數(shù)字值讀數(shù)方式,。DS18BZo與SPCEo61A單片機(jī)的接口電路如圖2所示,，由于DS18B20傳感器支持“一線總線”接口，因此只需將DS18B20信號線接到單片機(jī)的1位1/0線上即可,，而且在1根1/0線上可以掛接多個傳感器實現(xiàn)多點溫度測量,。

　　為了提高抗干擾性能，采用外加電源方式對傳感器供電,。

　　2.3 無線傳愉控制單元

　　隨著藍(lán)牙芯片單芯片的集成度越來越高和集成了芯片,、Balun、晶振等各種藍(lán)牙模塊的面世,，將藍(lán)牙嵌人到其它數(shù)字化設(shè)備中也越來越容易實現(xiàn),。本系統(tǒng)無線傳輸由藍(lán)牙模塊BCM02實現(xiàn)，BCM02核心采用CSR（CambridgesiliconRadio）公司的BlueCoreZ一External藍(lán)牙芯片,，外圍擴(kuò)展T晶振,、FLASH,、Balun、帶通濾波器（BPF）,、1.SV穩(wěn)壓電路,，可以根據(jù)不同的應(yīng)用場合快速開發(fā)，模塊符合藍(lán)牙Vl.1標(biāo)準(zhǔn),，最大發(fā)射功率設(shè)計為2.smw（4dB/m）,，是一個二級藍(lán)牙芯片，工作電壓為3士0.3V,。BCMoZ通過UART口與單片機(jī)相連,，為簡化設(shè)計，將所需的藍(lán)牙協(xié)議棧和無線傳輸應(yīng)用程序直接固化在藍(lán)牙模塊中,，利用藍(lán)牙提供一個透明的無線數(shù)據(jù)傳輸,，而單片機(jī)只要設(shè)置好波特率等參數(shù)即可進(jìn)行通信，傳輸控制由單片機(jī)完成,。

　　3 軟件設(shè)計及流程

　　3.1 單片機(jī)軟件設(shè)計

　　單片機(jī)軟件部分主要包括主程序,、中斷子程序、測溫子程序,、轉(zhuǎn)換顯示及存儲子程序,、UART通信子程序、語音播放子程序等,，為了降低功耗,，使用中斷來喚醒單片機(jī)進(jìn)行測溫等工作，因此主程序部分比較簡單,，主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)各部分初始化和中斷的調(diào)用,，在系統(tǒng)初始化完成后就直接進(jìn)人睡眠模式，當(dāng)中斷到來時單片機(jī)退出睡眠模式,，調(diào)用中斷子程序?qū)崿F(xiàn)測溫,、轉(zhuǎn)換顯示、溫度數(shù)據(jù)的傳輸以及語音的播報和報警等功能,。

　　3.2 藍(lán)牙應(yīng)用程序設(shè)計

　　本系統(tǒng)是基于藍(lán)牙的串口應(yīng)用模型SPP（SerialPortProfile）實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的透明傳輸,，在核心協(xié)議棧之上編寫自己的上層應(yīng)用程序。CSR的藍(lán)牙核心協(xié)議棧包括HCI,、LZCAP,、SDP、RFCOMM等,，以固件的形式提供給開發(fā)人員,，用戶編寫的應(yīng)用程序和協(xié)議棧一起運(yùn)行在CSR嵌人式環(huán)境中。在CSR程序中，不同任務(wù)之間可以異步地發(fā)送消息,，每一個任務(wù)在創(chuàng)建的時候可以讓其中一個擁有消息隊列,，其它的就把發(fā)給任務(wù)的消息提交給該消息隊列，由任務(wù)調(diào)度程序自動運(yùn)行獲得任務(wù)的消息,。藍(lán)牙模塊上層應(yīng)用程序流程如圖3所示,。

　　4 低功耗設(shè)計

　　作為無線傳感器,，低功耗運(yùn)行可以最大限度地延長設(shè)備的有效使用時間,，為了獲得最佳性能，設(shè)計時在電源損耗和可用性方面必須根據(jù)情況權(quán)衡使用,，除了選用低功耗器件外,，筆者從以下幾個方面設(shè)計了電源管理程序以盡量減少無線溫度傳感器的功耗。

　?。?）由于無線溫度傳感器負(fù)責(zé)向控制終端傳輸數(shù)據(jù),，因此何時進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、何時進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸可以由控制終端決定,，非常適合使用休眠模式和呼吸模式,，通過減少藍(lán)牙設(shè)備在微微網(wǎng)中的活動達(dá)到節(jié)電的目的，并且控制終端一般接有持久的電源,，所以電源管理的開銷由終端來負(fù)責(zé)比較合適,。把控制終端作為主設(shè)備，將電源管理程序設(shè)計在終端的應(yīng)用控制層中,，并由控制終端完成設(shè)備的查詢,、配對、建鏈等工作,，當(dāng)無線傳感器與控制終端配對成功并建立RFCOMM連接后進(jìn)人休眠模式,，此時主從設(shè)備仍然保持著RFCOMM信道，只是不能發(fā)送和接收數(shù)據(jù),，休眠模式下信標(biāo)間隔可設(shè)為15,，電流大概在lmA左右。當(dāng)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時,，退出休眠模式進(jìn)人呼吸模式,，通過呼吸時隙發(fā)送數(shù)據(jù)，呼吸間隔可設(shè)為20~40ms,，間隔過大會帶來明顯延遲,，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后再次進(jìn)人休眠模式，從而盡可能地降低能耗,。

　?。?）CSR的BlueCore芯片提供T獨特的硬件節(jié)能方法—深度睡眠（Depslep）模式，進(jìn)人和退出深度睡眠模式至少需要10ms，通過按鈕或事件進(jìn)人深度睡眠模式很大程度上降低了損耗,。當(dāng)用戶確定將有較長時間不使用無線溫度傳感器時,，可通過控制終端發(fā)送事件消息進(jìn)人深度睡眠模式，需要使用時再通過消息快速退出,。在深度睡眠模式下電流一般可控制在50拼A左右,。

　　（3）凌陽單片機(jī)SPCE06lA也可以應(yīng)用CPU的睡眠模式,，且A口具有鍵喚醒功能,，將BCM02的PIOS與單片機(jī)的IOA7相連接，當(dāng)藍(lán)牙模塊退出休眠模式,，發(fā)送指令進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時,，PIOS輸出高電平，通過IOA7電平的變化產(chǎn)生中斷來喚醒CPU進(jìn)人工作狀態(tài),。