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摘要：本文提出了一种基于ARM的蓝牙无线数据采集系统。结合嵌入式技术与蓝牙技术的优势,解决了传统工业现场数据采集系统中无法同时满足低功耗、低价格与高性能,并受到电缆布线限制和使用不便等问题。采用蓝牙无线通信技术来实现数据的采集,使得数据的采集和远程监测更为简单和方便,并且提高了数据采集的抗干扰性能。
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。
图3 蓝牙天线电路图
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。
