基于蓝牙的无线测量系统研究与实现

摘要

近年来的矿井安全事故一次次给人们敲响了警钟，安全生产已成为矿井行业乃至整个社会的重要问题而倍受关注。安全生产要求各级生产指挥者和业务部门能够及时获取环境安全参数和生产设备工作状态等动态信息，为指挥生产提供第一手资料。由于矿井生产的地下作业、易燃易爆等特殊环境，需要采用短距离无线测量系统来解决这种特殊环境下的数据采集和传输问题，为安全施工提供有效可靠的信息保障。 无线测量系统拟将当前先进的实时信息采集、信息处理与无线通信技术相结合，应用于某些特殊场合的信息测量，特别是为煤矿和钻井等工程的安全生产提供先进的状态监测与实时报警手段。蓝牙技术作为一种短距离无线通信技术，跳频更快，数据包更短，技术更稳定。其优势主要体现在低成本、低功耗、小尺寸、点对多点连接、语音与数据混合传输以及高抗干扰等方面。而且蓝牙技术具有一整套全新的协议体系，可以应用于更多的场景。因此，将蓝牙技术应用于无线测量系统实现无线信息采集与通信将成为一种趋势。 本论文研究、设计并实现了基于蓝牙的无线测量系统。主要包括以下内容： 蓝牙协议及通信的研究。分析了蓝牙技术的特点、核心协议的组成体系、蓝牙通信原理、蓝牙网络结构、以及应用中的移动性与安全性等。 蓝牙无线测量系统设计。设计并实现了基于蓝牙的无线测量系统，包括采集器和控制端两个终端系统。采集器系统硬件以低功耗AVR单片机ATmega128L和蓝牙通信模块为核心，还包含多路传感器、电池供电模块、在线编程接口等，进行了电路原理图设计、PCB设计以及PCB板调试。采集器系统软件是在AVR单片机集成开发环境Code Version AVR下进行开发的，利用C语言实现了多路传感器数据采集、蓝牙数据通信等功能。控制端软件主要进行了蓝牙串口通信与数据信息处理的设计与实现。控制端通过串口接蓝牙模块与采集器进行蓝牙无线通信，实现了对采集器的无线控制、多路采集数据的无线接收、处理、信息的提取和多种形式显示等，特别是通过信息的图形显示，达到了测量的直观性和易读性。系统通信的设计与实现。考虑到本无线测量系统的实际应用因素，本文采用了蓝牙通信和串口通信相结合的方式。分别对蓝牙通信的建立与实现、串口通信实现方式进行了研究。制定了系统的蓝牙串口通信协议，将通过蓝牙将采集器和控制端连接，建立蓝牙串口通信，实现了系统的无线测量功能。通过测试，本系统能够实现多路传感器数据采集，蓝牙无线数据传输，监控端对接收数据进行处理、存储、分析和显示，实现了对监测信息的实时测量与显示功能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题背景

1.2蓝牙技术概述

1.2.1蓝牙的发展和现状

1.2.2蓝牙技术的特点

1.2.3蓝牙技术的前景

1.3论文的主要工作

第二章蓝牙协议及通信研究

2.1蓝牙协议体系概述

2.2蓝牙核心协议

2.2.1射频(Radio)

2.2.2基带(Baseband)

2.2.3链路管理协议(LMP)

2.2.4主机控制接口(HCI)

2.2.5逻辑链路控制和适配协议(L2CAP)

2.2.6串口仿真协议(RFCOMM)

2.2.7服务发现协议(SDP)

2.3蓝牙通信原理

2.3.1蓝牙数据流

2.3.2蓝牙控制流

2.3.3蓝牙通信载体

2.4蓝牙网络结构

2.4.1微微网(Piconet)

2.4.2散射网(Scatter net)

2.5蓝牙移动性及安全性

2.6本章小结

第三章蓝牙无线测量系统设计

3.1系统总体结构

3.1.1系统硬件结构

3.1.2系统软件结构

3.1.3系统通信设计

3.2采集器硬件设计

3.2.1硬件结构框架

3.2.2传感器模块

3.2.3处理器模块

3.2.4蓝牙通信模块

3.2.5电源供电模块

3.3采集器软件设计

3.3.1采集器软件流程

3.3.2系统初始化

3.3.3数据采集模块

3.3.4数据传送模块

3.3.5电源管理模块

3.4控制端软什设计

3.4.1控制端软件流程

3.4.2初始化串口控件

3.4.3采集设置与启动

3.4.4数据接收与处理

3.4.5数据显示与分析

3.5系统通信的实现

3.5.1起止式异步串行协议

3.5.2异步串行通信过程

3.5.3采集器与蓝牙串口通信

3.5.4蓝牙模块间的无线通信

3.5.5控制端的监牙串口通信

3.6本章小结

第四章测试与结果

4.1硬件系统测试

4.2软件系统测试

4.2.1采集器软件测试

4.2.2控制端软件测试

4.3系统通信测试

4.4本章小结

第五章结论与展望

5.1主要成果与结论

5.2不足及下一步研究方向

5.3前景展望

参考文献

致 谢

硕士期间发表的学术论文