基于蓝牙芯片的无线通信模块设计与开发秦琳媛1 引言蓝牙技术是一个开放性的、短距离无线通信技术标准，它工作在全球通用的2.4GHZ ISM 频段，采用跳频扩频技术，可以用于近距离通过无线连接的方式实现固定设备以及移动设备之间的网络互连，在各种数字设备之间实现灵活、安全、低成本、小功耗的数据和语音通信，实现全方位的数据传输。

工业现场环境恶劣，有些地方工作人员甚至难以接近，特别是一些工业环境禁止使用电缆（如超净或真空封闭的房间）或者很难使用电缆来传送数据（如高速旋转的设备、高空设备、不适于布线的强腐蚀恶劣环境），这时采用蓝牙等无线通信技术代替电缆来实现现场设备与监控网络间的数据传输就能有效解决上述问题。

为此本文针对工业现场设备、接入点、手操器等设计蓝牙无线通信模块，该模块具有体积小、完全嵌入蓝牙协议、性能可靠和组网灵活等特点。

验证了蓝牙技术应用于工业控制系统的可行性。

3 蓝牙模块的硬件设计蓝牙模块的硬件结构框图如图 1 所示，包括BlueCore2-External（BC212015）蓝牙芯片、 SST39VF800 FLASH 芯片、FB2520 带通滤波器+平衡不平衡变换器、LTCC 陶瓷天线等。

电源由配套主设备引入，经过电源模块电平转换，为蓝牙主芯片、存储器、带通滤波器和平衡不平衡转换器等提供所需的+3.3V 和+1.8V 电源。

下面将对各个模块分别介绍。

3.1 BlueCore2 芯片介绍蓝牙模块采用了 BlueCore2-External（BC212015）芯片，BlueCore2 是英国CSR 公司推出的一款工作在2.4GHZ 的ISM(工业、科学、医学)频段集成基带和射频的单芯片蓝牙芯片。

BlueCore2-External 芯片的内部结构如图1 所示。

芯片内部主要集成有32Kbyte 片上RAM、DSP、MCU、射频前端以及各种I/O 口。

各种I/O 口包括SPI、UART、USB、PIO、PCM、 I2C 等接口。

其中SPI、UART、USB 接口主要用来传输数据；I2C 总线用于链接EEPROM； PIO 接口为可编程接口；PCM 接口用来传输语音；在BlueCore2 中UART 接口的最大传输数率为1.5Mbps，能够达到蓝牙标准中规定的723.2kbps 的数据传输数率。

3.2 储存电路由于蓝牙芯片并不自带协议栈，需要外拓一块FLASH 用来储存协议栈和应用软件。

本设计中选用了Silicon 存储科技公司(SST) 的SST39VF 系列中的一款，闪存型号为 SST39VF800。

SST39VF800 是SST 多用途高精度CMOS 闪存技术的成功典范，它采用了分立门电路的元件设计方式和氧化通道喷射技术，使得其存储可靠性大大提高，工艺和性能都远优于其它竞争对手。

此外SST 还专门为便携式设备进行了SST39VF800 的性能优化，使得它在运行中的能耗更小，程序执行速度更快，更加适合便携式设备使用。

根据蓝牙协议栈的大小采用8Mbit 的SST39VF800，读取时间为70ns，工作电压为2.7~3.6V，为了适应工业现场苛刻的要求选用了支持-20℃~+85℃工业级温度范围的型号。

3.3 带通滤波器+平衡不平衡转换器(Balun)通常射频发射机输出的是TX_A 和TX_B 两路差分信号，其输出特性是平衡（对称）的。

而天线输出的电缆是采用50 欧姆的不平衡同轴电缆，同轴电缆直接与平衡的系统连接时，同轴电缆不单屏蔽层的里面有高频电流，而且屏蔽层的外面也有高频电流流过，这样就会引起不必要的耦合，造成许多干扰，严重时甚至使周围的设备不能正常工作。

所以，有必要在天线和发射机输出端之间接入平衡-不平衡转换器。

带通滤波器一般是无源器件它的作用是滤除接收机不需要的频带内的信号，为低噪声放大器（LNA）提供选择性信号起到减小干扰的作用。

本设计中采用了台湾ACX 公司的集成带通滤波器+平衡不平衡转换器的器件FB2520，带通滤波器和平衡-不平衡转换器集成在一起集成度更高有效的减小了电路板的面积，该器件具有外型小巧，插入损耗低等优点，能够很好的完成平衡到不平衡端的转换和带通滤波的功能。

3.4 电源模块蓝牙模块需要3.3V 和1.8V 两种电压，其中1.8V 是为蓝牙芯片和带通滤波器+平衡不平衡转换器供电，3.3V 是为FLASH 芯片和蓝牙芯片的外围I/O 脚提供电压。

由于从主设备引入的电压为3.3V，所以在蓝牙模块上需要DC-DC 芯片实现电压转换。

本设计中采用了广泛应用于移动电话的XC6204B182MR 高速LDO 转换芯片进行3.3V 到1.8V 电压转换，该芯片最大输出电流为150mA，输出电压范围为1.8V-6V，完全满足蓝牙模块的电源需要。

基于蓝牙技术的小区供水设备远程监控系统朱洁1, 茅忠明2 时间:2011年05月25日来源：电子技术应用2011年第3期字体:关键词:蓝牙技术PLC远程控制物业摘要：介绍了一种远程控制和监视生活供水设备的方法。

通过PLC模拟量模块实现管路、压力和流量的测量；PLC数字量模块实现供水设备状态监视、故障和远程启停信号采集。

借助蓝牙通信技术实现远程数据信号的交换，使小区物业可在办公室对供水设备远程监控。

应用计算机组态软件对现场采集的数据进行分析、处理，同时在显示屏上显示窗口和棒状图形，以及对历史数据查询和打印。

关键词：蓝牙技术; PLC; 远程控制; 物业近年来我国城市发展建设速度加快，小区的规模越来越大，生活供水设备作为物业的重要组成部分也越来越庞大、分散。

随着最近计算机网络技术的飞速发展，各种自来水管理系统应运而生。

图1所示的系统是未来城市自来水管理的一个发展方向，但各小区的生活供水设备管理水平还相对落后，所以加强对现有生活供水设备的信息化建设与改造具有重要意义。

1 系统主要功能和特点本文旨在利用计算机信息技术、通信技术和自动控制技术，使得物业公司能在办公室内对小区生活供水设备的主要运行参数、管网信息及设备运行状况进行动态监测、实时调度和控制，从而实现自动化信息管理。

图2为小区生活供水设备远程监控系统的原理图。

系统具有如下功能和特点：(1)可同时监控多个泵房设备的运行情况，可足不出户第一时间巡查水泵设备。

(2)能显示测量的压力、流量、水泵[1]运行数量、水泵运行频率等数据。

(3)可远程进行数据设置，远程控制设备启停。

(4)具有各种动态系统图形显示功能，可分区、分段地显示每台水泵工作状态情况，如运行、停止、故障等。

(5)具有故障报警、故障显示、故障查询功能。

(6)具有每台设备运行累积时间记录功能。

(7)所有的记录具有报表功能，可通过Excel表格的形式进行输出、保存，便于通过Office 软件进行数据计算处理。

(8)预留系统网络接口，以便与自来水厂售后服务中心进行远程通信。

2 监控系统的硬件构成监控系统的硬件主要由现场监控设备、蓝牙通信模块和上位机及监视软件三部分组成。

2.1监控设备考虑到系统输入、输出的信号较多，且信号类型复杂，所以本文选用功能强大、性能优异的西门子S7-300/400系列PLC[2]作为现场监控设备。

它主要由CPU模块、数字量扩展模块和模拟量扩展模块[3]组成。

CPU模块是整个PLC的大脑，它要完成信号采集、数据处理、信号输出和数据通信等功能。

它附属的MPI通信口可以直接连接到蓝牙串口适配器，以完成与上位机的蓝牙通信。

数字量扩展模块用于输入水泵手/自动状态、运行或停止状态、故障状态和远程启停指令，并输出相应的开关量信号去完成水泵的启动、停止和故障声光报警等。

模拟量扩展模块用于接收管路压力、流量和水位信号，并把经过测量转换后的数据送给CPU模块，以便作进一步运算和信号远传。

2.2蓝牙通信模块本案小区物业公司主要坐落于一楼，供水设备一般在地下一层，两者之间若采用有线通信将需要架设较长的电缆线，而且施工麻烦。

如果物业公司中途更换办公地点，又需要重新布线和施工。

所以本文采用无线蓝牙通信技术，通过无线进行数据传输，避免了架设电缆线的困难。

蓝牙(Bluetooth)[4]是一种短程无线电技术。

工作在2.4 GHz的ISM频段,该频段在全球范围内属绿色免费频段，使用该频段无需向无线电资源管理部门申请许可证。

蓝牙采用了快速跳频（Frequency Hopping）方式来扩展频谱（Spread Spectrum），将2.402 GHz～2.48 GHz频段分成79个频点，相邻频点间隔1 MHz。

蓝牙设备在某个频点发送数据之后，再跳到另一个频点发送，而频点的排列顺序则是伪随机的，每秒钟频率改变1 600次，每个频率持续625 μs。

这使得蓝牙技术比其他系统如数传电台、无线Modem等都更稳定可靠。

本文选用西门子S7-300/400系列的PLC蓝牙通信模块FS-BT-MPI[5]，如图3所示，它是由四星电子自主研发生产的工业级蓝牙MPI适配器，实现计算机或触摸屏等装置的RS232口或USB口到西门子S7-300/400系列PLC的MPI口的蓝牙无线数据通信。

该通信套件可完全替代传统的编程通信接口适配器，如PC/MPI、USB/MPI、PC Adapter 等。

无需改动原有串口的通信协议和各种编程软件、监控软件等，无需设置，即插即用十分方便，不失为近距离串口无线通信的最佳选择，特别适合使用在以下场合： (1)移动或旋转的设备之间的串口通信；(2)河沟对面、公路或铁路对面的设备之间的通信； (3)其他所有不便于敷设电缆的设备之间的通信。

由于该蓝牙串口产品全部按工业级设计，除全部采用工业级芯片外,在RS232/RS485/RS422各端口以及电源端口，均设计有浪涌保护或防雷击保护电路。

对于电源则采用宽电压输入，不怕电源抖动变化的影响。

同时输入的电源经内部DC/DC模块隔离后，给电路板供电，这样输入电源可取自任意设备，而不必担心共地干扰可能引起对设备的损坏。

每套由FS-BT-MPI由两只FS-BT-MPI模块组成，一只连接到上位机的RS232口或USB口，另一只连接S7-300/400系列PLC的MPI口（RS485接口），出厂时已配对设置好。

只能在配好对的两只FS-BT-MPI之间建立通信，不同对的蓝牙模块不能混用，各对的通信互不影响，就像汽车的遥控钥匙只能打开与它配对的汽车一样。

模块面板上有4个发光二极管指示灯，可以通过该指示灯判断出模块的工作状态，如表1所示。

两只模块上分别有三只拨动开关，用于设定蓝牙通信的波特率，如表2所示。

考虑到本系统参数的变化不是很快，且需要通信的数据量也不大，所以本文选用的波特率是慢速的19 200 b/s。

这样既能满足系统的需要，也能获得足够高的通信稳定性和可靠性。

2.3 上位机及监视软件上位机即是一台PC计算机。