遠(yuǎn)程遙控裝置設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程遙控裝置設(shè)計(jì),遠(yuǎn)程遙控裝置設(shè)計(jì),遠(yuǎn)程,遙控裝置,設(shè)計(jì) 遠(yuǎn)程遙控裝置設(shè)計(jì)第1章 緒 論1.1概述該項(xiàng)目遠(yuǎn)程遙控裝置設(shè)計(jì)，機(jī)群散射網(wǎng)中藍(lán)牙無線分布式通信、遠(yuǎn)程無線上網(wǎng)等的應(yīng)用。對工程機(jī)械工況參數(shù)進(jìn)行分析、處理，可實(shí)時(shí)控制施工進(jìn)度，提高施工質(zhì)量，加強(qiáng)作業(yè)管理。對工程機(jī)械進(jìn)行有效的監(jiān)測和故障診斷，不但可使工程機(jī)械正常高效地運(yùn)行，且使得設(shè)備在現(xiàn)場出現(xiàn)故障時(shí)，能夠快速、準(zhǔn)確、可靠地確定故障原因和排除故障。工程機(jī)械結(jié)構(gòu)形式多種多樣，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，再加上工程機(jī)械所處的工作環(huán)境復(fù)雜、條件惡劣，施工載荷不確定，所以導(dǎo)致其故障率較高。工程機(jī)械發(fā)生故障后會(huì)影響施工進(jìn)程，造成巨大損失。由于施工現(xiàn)場的操作人員常缺少故障診斷的專業(yè)知識和診斷設(shè)備，讓制造商或維修廠家快速有效地進(jìn)行故障診斷與排除是個(gè)很好的解決辦法。而工程機(jī)械大多數(shù)在野外進(jìn)行作業(yè)或在運(yùn)動(dòng)中，即現(xiàn)場沒有診斷設(shè)備和上網(wǎng)條件?；谒{(lán)牙技術(shù)的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)由客戶端（遠(yuǎn)程監(jiān)測現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集處理和單機(jī)處理系統(tǒng)）、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和遠(yuǎn)程故障診斷服務(wù)中心三個(gè)部分組成。工程機(jī)械設(shè)備的各種運(yùn)行狀態(tài)信息由不同傳感器采集, 本地用戶將反映現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)經(jīng)由藍(lán)牙適配器和藍(lán)牙手機(jī)與Internet網(wǎng)絡(luò)連接，發(fā)送給遠(yuǎn)程故障診斷中心，并提請故障診斷及遠(yuǎn)程信息咨詢等服務(wù)。安裝在工程機(jī)械上的藍(lán)牙適配器和移動(dòng)設(shè)備（藍(lán)牙手機(jī)）通過微微網(wǎng)連接，最大特征是可為用戶提供10100米遠(yuǎn)的無線連接距離，接口方面兼容USB1.1/USB2.0?？刹捎盟{(lán)牙接入點(diǎn)或藍(lán)牙手機(jī)上網(wǎng)，進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)通訊。藍(lán)牙采用了擴(kuò)頻技術(shù)，使整個(gè)藍(lán)牙頻段內(nèi)噪聲影響變得最低。很大程度上抑止了無線電電磁干擾?；谒{(lán)牙技術(shù)的狀態(tài)監(jiān)測與遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)其特色是：1)實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)采集和網(wǎng)絡(luò)通訊，免去有線電纜的連接，使得監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的調(diào)整和重組變得非常方便。可以實(shí)現(xiàn)多臺工程機(jī)械之間的聯(lián)網(wǎng)，便于進(jìn)行集中測控。2)實(shí)現(xiàn)無線移動(dòng)監(jiān)測。沒有方向上的限制，可以從各個(gè)角度進(jìn)行測控?cái)?shù)據(jù)的傳輸。固定設(shè)備（工程機(jī)械）和移動(dòng)設(shè)備（筆記本、藍(lán)牙手機(jī)）通過微微網(wǎng)連接，可達(dá)到10100米遠(yuǎn)的無線連接距離，藍(lán)牙技術(shù)支持點(diǎn)對點(diǎn)和點(diǎn)對多點(diǎn)連接；3)實(shí)現(xiàn)無線遠(yuǎn)程通信和故障診斷。采用藍(lán)牙手機(jī)或藍(lán)牙適配器聯(lián)網(wǎng)，藍(lán)牙3.0技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率可達(dá)24Mb/s以上；便于攜帶，功耗低，可靈活實(shí)現(xiàn)1.2文獻(xiàn)綜述 1998年5月，愛立信、諾基亞、東芝、IBM和英特爾公司等五家廠商，在聯(lián)合開展短程無線通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)時(shí)提出了藍(lán)牙技術(shù)，其宗旨是提供一種短距離、低成本的無線傳輸應(yīng)用技術(shù)。目前國內(nèi)藍(lán)牙技術(shù)正在飛速發(fā)展，北京清華大學(xué)汽車工程系康榮學(xué)等人，提出了一種施工機(jī)械狀態(tài)無線監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對施工機(jī)械狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。利用藍(lán)牙技術(shù)可將傳感器在線監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，而經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后的信息可再經(jīng)藍(lán)牙技術(shù)傳至各臺設(shè)備。人工智能四川省(高校)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室任小洪等人設(shè)計(jì)研究了一種能適用于工業(yè)現(xiàn)場的無線傳感器系統(tǒng)。該系統(tǒng)以藍(lán)牙模塊BC006-C3為核心，通過對藍(lán)牙HCI（Host Controller Interface）底層協(xié)議進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)具有主從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的藍(lán)牙無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。文獻(xiàn)介紹了利用MSP430單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過藍(lán)牙模塊將采集的數(shù)據(jù)以無線電波的方式發(fā)送到終端設(shè)備。文獻(xiàn)提出了一種基于藍(lán)牙技術(shù)的無線局域網(wǎng)解決方案。重慶郵電學(xué)院提出了適應(yīng)工業(yè)控制的現(xiàn)場級“藍(lán)牙”通信協(xié)議體系，介紹了適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的“藍(lán)牙”適配器和連接有線控制網(wǎng)絡(luò)的“藍(lán)牙”接入設(shè)備的實(shí)現(xiàn)方法。文獻(xiàn)提出了基于一體化思想的工程機(jī)械監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想。東南大學(xué)研究了工程機(jī)械設(shè)備智能故障診斷專家系統(tǒng)，通過無線網(wǎng)絡(luò)將單機(jī)的采集數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器端。研究了基于網(wǎng)絡(luò)平臺的機(jī)群狀態(tài)遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸和對工程機(jī)械施工機(jī)群進(jìn)行遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控。由于施工過程中各設(shè)備彼此分散，所以通過無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建機(jī)群監(jiān)控中心與各分散設(shè)備的聯(lián)系，完成各設(shè)備之間的協(xié)同工作。機(jī)群監(jiān)控中心和各單機(jī)之間，在整體布局和功能上將系統(tǒng)構(gòu)造成分布分層式結(jié)構(gòu)。整個(gè)機(jī)群設(shè)置監(jiān)控中心，通過無線網(wǎng)絡(luò)將單機(jī)與監(jiān)控中心聯(lián)網(wǎng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控單機(jī)狀態(tài)。各臺單機(jī)共享同一專家診斷系統(tǒng)，使機(jī)群設(shè)備的管理者和操作者能實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，并獲取維護(hù)處理措施。國外一些著名的工程機(jī)械公司在故障診斷、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及整機(jī)智能控制方面取得了較大進(jìn)展?？ㄌ乇死展?998年推出的Cat 950G計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)還配備有Cat指導(dǎo)診斷系統(tǒng)和以維修工具為基礎(chǔ)的Cat軟件包，使維修人員坐在汽車?yán)镉霉P記本電腦就能迅速而容易地診斷和排除故障。Cat 992G在監(jiān)控裝載機(jī)各功能狀況并作出診斷的同時(shí)還能把這些信息數(shù)據(jù)作為履歷記錄下來，無線傳送到辦公室用計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析，從而防患于未然。沃爾沃(Volvo)公司的L系列裝載機(jī)上也安裝有Matris軟件包，用以監(jiān)控和分析裝載機(jī)的工作狀態(tài)；其小型裝載機(jī)上配有電子伺服控制及信息系統(tǒng)(ESIS)，由液晶顯示屏和鍵盤組成，用來顯示和記錄各種信息，其自動(dòng)診斷功能記錄機(jī)器故障并儲(chǔ)存所有相關(guān)信息，通過編碼可以防盜。凱斯(Case)公司21B、C系列裝載機(jī)也采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，其微處理器安裝在司機(jī)座椅的右側(cè)，也具有故障診斷和工作狀態(tài)液晶顯示功能。藍(lán)牙特別興趣小組（SIG）宣布，采用低能量藍(lán)牙無線技術(shù)，這是藍(lán)牙核心規(guī)格4.0版本的標(biāo)志功能。藍(lán)牙技術(shù)是一種跳頻系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)的跳頻信號1600跳/秒。藍(lán)牙自組織網(wǎng)絡(luò)可以把互連的幾個(gè)微微網(wǎng)形成一個(gè)散射網(wǎng)，文獻(xiàn)介紹了基于藍(lán)牙無線網(wǎng)絡(luò)活塞的溫度遙測系統(tǒng)。文獻(xiàn)介紹了采用藍(lán)牙協(xié)議，GSM/GPRS的遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)。1.3基本內(nèi)容和擬解決的問題1.3.1基本內(nèi)容(1)藍(lán)牙遠(yuǎn)程無線故障診斷，嵌入式藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)無線遠(yuǎn)程通信和故障診斷。利用藍(lán)牙技術(shù)解決工程機(jī)械在野外進(jìn)行作業(yè)或在運(yùn)動(dòng)中，即現(xiàn)場沒有診斷設(shè)備和有線上網(wǎng)條件的情況下實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線通信和故障診斷的問題(2)測試系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行模式。(3)現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、設(shè)計(jì)水溫藍(lán)牙無線傳感器、故障診斷專家系統(tǒng)等模塊。1.3.2擬解決的問題網(wǎng)路通信結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)，測試系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行模式?，F(xiàn)場檢測和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、設(shè)計(jì)水溫藍(lán)牙無線傳感器、故障診斷專家系統(tǒng)模塊的建立。嵌入式藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)的研究。第2章 嵌入式藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)的研究2.1 開發(fā)環(huán)境的搭建嵌入式藍(lán)牙硬件的部分以ARM9微處理器為核心，外圍有存儲(chǔ)器模塊、以太網(wǎng)借口模塊、調(diào)試接口模塊、基于USB接口的藍(lán)牙模塊組成。硬件總體框圖如圖所示：存儲(chǔ)模塊藍(lán)牙模塊調(diào)制接口模塊MCU以太網(wǎng)接口模塊Internet圖2-1嵌入式藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)硬件平臺框圖2.1.1 微處理器模塊硬件平臺采用韓國三星的ARM處理器S3C2410作為微處理器，這是一款基于ARM920T內(nèi)核，采用0.18微米工藝的32位微處理器，低價(jià)格，高性能，高集成度使得用戶可以節(jié)省系統(tǒng)成本和提高系統(tǒng)性能。ARM920T支持兩種指令集:ARM指令集和Thumb指令集，其中，ARM指令集為32位的長度，Thumb指令16位長度。Thumb指令集為ARM指令集的功能子集，但與等價(jià)的ARM代碼相比較，可以節(jié)省30%-40%以上的存儲(chǔ)空間，同時(shí)具備32位代碼的所有優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，S3C2410芯片集成了大量的功能單元，包括:16KB指令和16KB數(shù)據(jù)的緩存(cache), MMU、內(nèi)置外部存儲(chǔ)器控制器、LCD控制器、4個(gè)帶外部請求線的DMA、3個(gè)通用異步串行端口、1通道的SPI、一個(gè)多主llC總線、一個(gè)IIS總線控制器、兩個(gè)USB的主機(jī)(host)單元，一個(gè)USB的設(shè)備(device)接口、1 17個(gè)通用I/O、觸摸屏接口和8個(gè)通道的10-bitADC以及實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元RTC等等。 S3C2410是嵌入式藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)的主處理器部分，同時(shí)也是整個(gè)硬件電路的核心模塊，負(fù)責(zé)控制其他外圍設(shè)備，管理著系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。2.1.2 存儲(chǔ)器模塊 存儲(chǔ)器模塊包括一片16Mbytes的NOR FLASH和兩片16Mbytes SDRAM。FLASH用于固化Bootloader程序和LINUX內(nèi)核映像文件和文件系統(tǒng)以及藍(lán)牙協(xié)議棧和所有應(yīng)用程序，SDRAM是程序運(yùn)行的區(qū)域。 GX-ARM9-2410A型開發(fā)板的RAM是由兩片16M16位數(shù)據(jù)寬度的SDRAM構(gòu)成，兩片拼成32位模式，共64M，公用nGCS6。地址范圍為0x300000000x34000000,起始物理實(shí)地址：0x30000000，經(jīng)MMU映射后地址為0xC0000000。nGCS0接的是一片8M16位數(shù)據(jù)寬度的INTEL E28F128 FLASH，地址范圍為0x10000000x02000000,按照S3C2410處理器手冊，Nor FLASH安裝在Bank0,地址應(yīng)該為0，但由于S3C2410地址是循環(huán)映射，0x10000000就是0地址，其中引導(dǎo)代碼Bootloader,就燒寫在地址0處，內(nèi)核zImage燒寫在0x1040000開始處，根文件系統(tǒng)燒寫在0x01140000地址處。2.1.3 以太網(wǎng)接口模塊 S3C2410處理器是一款高性能、低功耗、高集成度的片上系統(tǒng)，它本身集成了兩個(gè)以太網(wǎng)接口，分別為通過C8900擴(kuò)展的10M以太網(wǎng)接口和通過DM9000擴(kuò)展的10M/100M以太網(wǎng)接口，因此很容易實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入功能，這兩個(gè)接口使得嵌入式藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)以有線方式與局域網(wǎng)相連。2.1.4 調(diào)試接口模塊 通常硬件調(diào)試接口有JTAG和BDM兩種，ARM系列芯片所需要的測試工具接口是JTAG，可以用該接口進(jìn)行在線仿真、調(diào)試、下載和燒寫ROM等操作。另外，嵌入式開發(fā)時(shí)往往還需要一個(gè)監(jiān)視口，我們用串口0來承擔(dān)，網(wǎng)口既是與局域網(wǎng)的通信接口，也是開發(fā)過程中從主機(jī)下載Image文件到目標(biāo)機(jī)的高速通道?？傮w而一言，在設(shè)計(jì)硬件電路的時(shí)候，要保證所提供的接口能夠同時(shí)滿足基本通信過程和調(diào)試過程。2.1.5 USB藍(lán)牙接口模塊 硬件平臺采用外擴(kuò)USB藍(lán)牙適配器來實(shí)現(xiàn)嵌入式藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)的無線通信，本設(shè)計(jì)采用的是力特公司的一款基于藍(lán)牙規(guī)范2.0設(shè)計(jì)生產(chǎn)的藍(lán)牙適配器。 藍(lán)牙適配器的特性如下:(1)具有橋接功能，能夠完整覆蓋商用和家用應(yīng)用環(huán)境。無線網(wǎng)絡(luò)（WirelessLAN）通過無線電傳輸及接收數(shù)據(jù)，使得電腦間及電腦與其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間可以不經(jīng)由電線或是網(wǎng)絡(luò)線建立無線連接。 (2)藍(lán)牙2.0規(guī)范支持全新的EDR Profile(提高數(shù)據(jù)傳輸速率)，最高帶寬將高達(dá)36Mbps。而在對藍(lán)牙語音的支持上面，2.0藍(lán)牙設(shè)備也有更大的優(yōu)勢，可提供更優(yōu)良的音質(zhì)。 (3)新增的oneButtonConnect按鍵，其人性化的設(shè)計(jì)提供用戶直接與藍(lán)牙鍵盤、鼠標(biāo)立即連接的功能，而不需要再安裝藍(lán)牙管理軟件，非常方便。 (4)采用Broadcom藍(lán)牙芯片，支持微微網(wǎng)，支持7個(gè)藍(lán)牙子設(shè)備同時(shí)工作，并可以和更多的從設(shè)備(最多可達(dá)256個(gè))保持同步但不進(jìn)行通信。(5)高達(dá)2MB的內(nèi)存。提供藍(lán)牙通信緩沖及藍(lán)牙固件存儲(chǔ)，確保通信可靠度。 2.2嵌入式藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)的協(xié)議體系結(jié)構(gòu)結(jié)合嵌入式藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)的功能，可以得出嵌入式藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)的協(xié)議體系結(jié)構(gòu)圖，如圖所示：RFHCLBB網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用（HTTP、FTP）SDPL2CAPRFCOMM虛擬串口PPPTCP/IP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議課題實(shí)現(xiàn) LMP圖2-2嵌入式藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)從結(jié)構(gòu)圖可知在嵌入式藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)使用藍(lán)牙協(xié)議棧承載PPP協(xié)議來支持上層TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議，虛擬串口向上模擬真實(shí)串口的行為，向下與藍(lán)牙協(xié)議棧的RFCOMM進(jìn)行通信。L2CAP、RFCOMM、SDP層協(xié)議以及虛擬串口是軟件的核心部分，負(fù)責(zé)藍(lán)牙連接的建立、管理和數(shù)據(jù)收發(fā)。藍(lán)牙協(xié)議中HCL、LMP、BB協(xié)議已經(jīng)固化到硬件中，無需開發(fā)。2.2.1 L2CAP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)L2CAP協(xié)議在藍(lán)牙協(xié)議中屬于中間協(xié)議層部分，下層連接主機(jī)控制接口，上層連接RFCOMM，是整個(gè)協(xié)議棧中非常重要的一個(gè)，也是最復(fù)雜的一個(gè)，它的主要作用是向上層提供一個(gè)可靠的L2CAP鏈接。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)它必須與上層協(xié)議、下層協(xié)議和對等L2CAP協(xié)議進(jìn)行各種交互。 L2CAP為高層提供數(shù)據(jù)服務(wù)，需要注意的是它不保證信道的可靠性以及數(shù)據(jù)的完整性，L2CAP是通過基帶提供的機(jī)制來提供一條可靠的信道。它只支持基帶異步無連接傳輸服務(wù)(ACL)，不支持同步面向連接的服務(wù)(SCO)。L2CAP數(shù)據(jù)包是利用基帶的ACL數(shù)據(jù)包來傳輸。L2CAP協(xié)議的主要功能有：(1)協(xié)議復(fù)用L2CAP必須支持協(xié)議復(fù)用，因?yàn)樗{(lán)牙的基帶協(xié)議并不支持通過類型字段區(qū)分復(fù)用的高層協(xié)議功能，因此L2CAP必須能夠?qū)⑦@些高層協(xié)議區(qū)分開。(2)分段與重組藍(lán)牙基帶協(xié)議中定義的數(shù)據(jù)分組長度是有限的，而藍(lán)牙的高層協(xié)議則需要更大的分組來發(fā)送?；鶐Х纸M有效載荷最大為341字節(jié)，如果用這種最大傳輸單位(MTU)來傳輸高層協(xié)議，將會(huì)限制帶寬的利用率。因此L2CAP分組必須能夠在無線傳輸前分成許多小的基帶分組;在接收端，經(jīng)過簡單的完整檢查后，這些小的分組能夠重新組合成一個(gè)較大的L2CAP分組。（3）在L2CAP連接建立的過程中允許兩臺藍(lán)牙設(shè)備之間交換各自所期望的 服務(wù)質(zhì)量消息。執(zhí)行L2CAP的設(shè)備必須對協(xié)議所使用的資源進(jìn)行監(jiān)視，以保證能都達(dá)到所期望的服務(wù)質(zhì)量。（4）組 許多協(xié)議中都包含有地址組的概念。藍(lán)牙基帶協(xié)議支持微微網(wǎng)的概念，在一個(gè)微微網(wǎng)中最多可以有八個(gè)藍(lán)牙設(shè)備，這些設(shè)備組成一個(gè)組在同一個(gè)時(shí)鐘下同步的工作。L2CAP衛(wèi)中組的概念可以把協(xié)議中的組有效的映射到微微網(wǎng)中。如果沒有這項(xiàng)功能，高層協(xié)議將直接面對基帶協(xié)議和鏈路管理器，刁能達(dá)到對地址組的有效管理。2.2.2 L2CAP的互操作客戶端藍(lán)牙設(shè)備 服務(wù)器端藍(lán)牙設(shè)備上層協(xié)議上層協(xié)議L2CAPL2CAPL2CAP請求 L2CAP確認(rèn) L2CAP響應(yīng)L2CAP指示 L2CAP請求底層請求底層確認(rèn) L2CAP響應(yīng)底層響應(yīng)底層指示底層底層物理鏈路圖2-3 L2CAP層的互操作圖2-3顯示了L2CAP層的互操作過程，L2CAP實(shí)體必須能夠在高層和底層之間傳輸數(shù)據(jù)。同時(shí)支持一組對等的L2CAP實(shí)體信令命令。L2CAP實(shí)體必須能夠接收底層來的事件，然后產(chǎn)生響應(yīng)的事件給上層。 2.2.3 L2CAP的數(shù)據(jù)處理方式 L2CAP通過分段重組的形式來處理數(shù)據(jù)的收發(fā)，分段和重組用來支持MTU比基帶數(shù)據(jù)包更大的協(xié)議層，從而提高通信的效率。從L2CAP往基帶發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，執(zhí)行分段處理，產(chǎn)生更小的數(shù)據(jù)包，適合基帶傳輸，從基帶L2CAP發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，執(zhí)行重組處理，組合成適合L2CAP的數(shù)據(jù)格式，L2CAP層本身并不執(zhí)行任何分段和重組，但是數(shù)據(jù)包格式支持對更小物理幀的適配，分段和重組在實(shí)現(xiàn)時(shí)使用很小的基帶包開銷。2.2.4 L2CAP的數(shù)據(jù)包L2CAP是基于分組傳輸?shù)模裱诺纻鬏斈Ｐ停诺来硪粚Ρ镜睾瓦h(yuǎn)程設(shè)備L2CAP實(shí)體間的數(shù)據(jù)流。L2CAP支持的信道有兩種：面向的連接信道和面向無連接的信道。面向連接信道： L2CAP 包頭 有效載荷長度信道IDLSB 16bits 16bits MSB 圖2-4 L2CAP層的數(shù)據(jù)封裝格式面向無連接信道：信道IDPSM有效載荷長度 LSB 16bits 16bits 16bits MSB 圖2-5 L2CAP層的數(shù)據(jù)封裝格式 無連接的數(shù)據(jù)信道支持組傳輸，數(shù)據(jù)通過組信道被發(fā)往所有的組成員，完成上層協(xié)議組地址與藍(lán)牙微微網(wǎng)的映射，但是在組信道中不提供服務(wù)質(zhì)量，因此組信道通常是不可靠的，L2CAP不保證數(shù)據(jù)能成功發(fā)往所有組成員，如果需要可靠的傳輸，需要上層協(xié)議的支持。2.2.5 L2CAP的狀態(tài)流程L2CAP面向連接的信道假定不同協(xié)議層進(jìn)行通信有不同的狀態(tài)。協(xié)議的這一部分描述了L2CAP衛(wèi)面向連接信道的狀態(tài)機(jī)，并定義了一些狀態(tài)，引起狀態(tài)轉(zhuǎn)換的事件，以及響應(yīng)事件的動(dòng)作。藍(lán)牙協(xié)議規(guī)定，“狀態(tài)機(jī)”只適用于雙向信道，并不適用于信令信道和單向信道。1.事件和動(dòng)作事件是指在一定時(shí)限內(nèi)到達(dá)L2CAP層的消息。事件分為五類:低層來的指示和證實(shí)、高層來的請求和響應(yīng)、來自對等協(xié)議層的數(shù)據(jù)、對等協(xié)議層來的信號請求和應(yīng)答消息、定時(shí)器超時(shí)引起的事件。動(dòng)作也分為五類:對高協(xié)議層的證實(shí)與指示、對低協(xié)議層的請求與響應(yīng)、對對等協(xié)議層的請求和應(yīng)答、對等協(xié)議層的數(shù)據(jù)傳輸、設(shè)置定時(shí)器。的命令規(guī)則如下：(1)兩個(gè)協(xié)議層之間的接口(垂直方向接口)使用為高層提供服務(wù)的底層協(xié)議的前綴，如L2CAP。位于相同協(xié)議層的實(shí)體之間的接口(水平方向接口)使用協(xié)議的前綴，如 L2CAP。(2)從上層來的事件稱為“請求”（Req）,相應(yīng)的回答稱為“證實(shí)(Cfm);從低層來的事件稱為“指示”(Ind)，相應(yīng)的應(yīng)答稱為“響應(yīng)”(Rsp);需要有進(jìn)一步的處理過程的響應(yīng)稱為“中間響應(yīng)”(Pnd);如果是表示否定的應(yīng)答，在相應(yīng)的記號后加上“Neg”后綴。(3)高層的請求信號必須有相應(yīng)的證實(shí)回答(表示動(dòng)作的執(zhí)行成功或者不成功)，而低層對高層的指示信號并不一定需要相應(yīng)的應(yīng)答，例如當(dāng)指示信號用于向高層通知本地觸發(fā)事件的信息時(shí)。2.2.6 L2CAP層的實(shí)現(xiàn)過程流程圖1，請求方L2CAP層建立邏輯信道過程模塊流程圖請求建立L2CAP邏輯信道記錄返回參數(shù)Destination-CID請求方L2CAP層邏輯信道 建立模塊啟動(dòng) 分組Connect-request？ 分組Configuration-Respon？se發(fā)送到下層HCL子模塊請求方L2CAP曾邏輯信道建立模塊結(jié)束反方向設(shè)置及模塊向用戶報(bào)錯(cuò)：硬件平臺獲藍(lán)牙基帶有誤，檢查后再試程序結(jié)束發(fā)送到下層HCL子模塊進(jìn)行HCL層打包創(chuàng)建connect-request分組進(jìn)行HCL層打包創(chuàng)建Configuration-Request分組yesnoNOyes圖2-6 L2CAP層的實(shí)現(xiàn)過程流程圖RFCOMM在藍(lán)牙協(xié)議中模擬串口，實(shí)現(xiàn)L2CAP層和基于RFCOMM層的PPP,TCS等協(xié)議層的數(shù)據(jù)交互。RFCOMM的目的是對兩個(gè)不同設(shè)備上的應(yīng)用保證一條完整的通信路徑，病保持一個(gè)通信段。2.3 RFCOMM在藍(lán)牙設(shè)備中的實(shí)現(xiàn)形式RFCOMM通過L2CAP連接來實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的邏輯串行鏈路，特別是建立一條面向連接L2CAP信道，以連接兩個(gè)設(shè)備RFCOMM實(shí)體，兩個(gè)設(shè)備之間只允許同時(shí)存在一個(gè)RFCOMM連接，但是該鏈接是可多路復(fù)用，故兩個(gè)設(shè)備時(shí)間可以再一條RFCOMM連接之上存在多大60條邏輯鏈路，但是沒有規(guī)定RFCOMM多路復(fù)用實(shí)現(xiàn)的層次。 RFCOMM繪畫過程中，客戶和服務(wù)器應(yīng)用可以分布在通信的兩端，每一端都可以獨(dú)立發(fā)起連接。在客戶和服務(wù)器之間的每一條多路復(fù)用鏈路都用數(shù)據(jù)鏈路標(biāo)志符來唯一標(biāo)識，DLCI標(biāo)識控制信道，DLCII不可用，DLCI62和DLCI63是系統(tǒng)保留值，在兩個(gè)設(shè)備之間的RFCOMM會(huì)話期間，DLCI是唯一的。 如果藍(lán)牙設(shè)備支持多個(gè)設(shè)備之間的串口仿真，那么RFCOMM實(shí)體必須能夠運(yùn)行多個(gè)TS07.10多路復(fù)用器會(huì)話，每一個(gè)多路復(fù)用器都使用期L2CAP信道ID。RFCOMM對TS07.10多路復(fù)用器多個(gè)會(huì)話的支持是可選的。 一般大多數(shù)便攜式藍(lán)牙設(shè)備在藍(lán)牙環(huán)境下很少會(huì)需要同時(shí)使用如此多的串行連接。局域網(wǎng)訪問規(guī)范規(guī)定在RFCOMM上使用PPP，因此一個(gè)局域網(wǎng)接入點(diǎn)設(shè)備實(shí)際上可能同時(shí)需要很多與多個(gè)設(shè)備之間的串行連接，可利用LZCAP的多路復(fù)用能力來實(shí)現(xiàn)RFCOMM的多路復(fù)用。2.3.1 RFCOMM的幀分析與流控制RFCOMM協(xié)議層命令的執(zhí)行和數(shù)據(jù)的發(fā)送都是通過各種幀來完成的。RFCOMM將各種數(shù)據(jù)和控制信號封裝在各種不同的幀中進(jìn)行傳輸，所使用的幀來自于GSM TS07.10多路控制協(xié)議。主要包括:設(shè)置異步平衡模式幀(SABM),無序號響應(yīng)幀(UA)、斷開模式幀(DM),斷開連接幀(DISC)和帶頭校驗(yàn)的無序號信息幀（UIH）。其中SABM、DISC為命令幀，UA、DM為響應(yīng)幀，UIH既可以是命令幀，也可以是響應(yīng)幀。 在建立DLCI鏈接時(shí)，首先需要發(fā)送的是SABM幀，其中所攜帶的DLCI信息就是要建立的DLCI連接。UA幀是在接收到需要響應(yīng)的幀時(shí)(如SABM、DISC幀)，發(fā)送的響應(yīng)幀。DM幀用來向?qū)Ψ酱_認(rèn)本地當(dāng)前的狀態(tài)。DISC幀用來斷開某個(gè)DLC幀用來裝載有效用戶數(shù)據(jù)，以及多路控制命令(MCC)。當(dāng)為普通用戶數(shù)據(jù)的時(shí)候，通過非控制信道(DLCI殉來傳輸;當(dāng)是MCC命令時(shí)，通過控制信道(DLCIO)傳輸。MCC命令包括TEST、FCON、FCOFF、PN、RPN、MSC、RLS和NSC，被放在UIH的信息域字段里面?zhèn)鬏?。RFCOMM和較低層L2CAP之間的流控制依賴于設(shè)備所支持的服務(wù)接口，除了使用于基帶的鏈路管理(LM)層提供的流控制機(jī)制外，RFCOMM也有自己的三種流控機(jī)制。 （1）RFCOMM協(xié)議定義了能對兩個(gè)RFCOMM實(shí)體之間全部數(shù)據(jù)流操作的流控制指令FCON和FCOFF，它對所有的DLCI都起作用。如果本地會(huì)話不能接收更多的數(shù)據(jù)，則發(fā)送FCOFF通知遠(yuǎn)端會(huì)話實(shí)體停止發(fā)送數(shù)據(jù)，在收到確認(rèn)后本地會(huì)話實(shí)體將不再接收數(shù)據(jù)，如果本地可以接收更多的數(shù)據(jù)則發(fā)送FCON命令通知遠(yuǎn)端流控打開，以使通信可以進(jìn)行下去。（2）調(diào)制解調(diào)器狀態(tài)命令MSC，它是對單個(gè)DLCI的流控制機(jī)制。 （3）基于信用的流控制，在這種流控方式中，通信雙方在初始連接時(shí)使用PN命令協(xié)商好初始信譽(yù)量，每發(fā)送一條數(shù)據(jù)幀，遠(yuǎn)端信譽(yù)量減1，減至0時(shí)停止發(fā)送，直到接收到遠(yuǎn)端信譽(yù)量通知才可以發(fā)送數(shù)據(jù)。2.3.2 RFCOMM的通信流程RFCOMM信道是建立在L2CAP信道基礎(chǔ)上的，建立RFCOMM鏈接時(shí)，首先要建立L2CAP信道，并且進(jìn)行相應(yīng)的配置。通過查詢SDP數(shù)據(jù)得到使用該服務(wù)所需要的通道信號。2.3.3 RFCOMM的狀態(tài)過程通過狀態(tài)機(jī)可以清楚的分析RFCOMM的通信流程，狀態(tài)機(jī)共六種狀態(tài)，包括DISCONNECTED(斷開狀態(tài))、CONNECTED(連接狀態(tài))、DISCONNECTING(正斷開連接過程中狀態(tài))、CONNECTING(連接過程中狀態(tài))、CONFIG(配置狀態(tài))、FLOW STOP(流控停止?fàn)顟B(tài))。系統(tǒng)開機(jī)后，所有的狀態(tài)都是鏈路斷開狀態(tài)，主機(jī)發(fā)送完建立連接請求到配置結(jié)束的過程中，系統(tǒng)一直處在鏈路建立連接過程中。當(dāng)收到對方確認(rèn)連接響應(yīng)后，系統(tǒng)的狀態(tài)變?yōu)閰?shù)配置狀態(tài)，需要協(xié)商配置的參數(shù)有L2CAP衛(wèi)信道的參數(shù)配置和RFCOMM的DLCI建立以及參數(shù)的配置。當(dāng)雙方參數(shù)協(xié)商配置完后，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為鏈路建立狀態(tài)，此時(shí)用戶可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，當(dāng)主機(jī)發(fā)送斷開連接請求后，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為鏈路斷開連接過程中，收到對方斷開確認(rèn)響應(yīng)后，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為鏈路斷開狀態(tài)。 需要注意的是，在連接狀態(tài)中，如果收到FCOFF命令，則進(jìn)入FLOW STOP狀態(tài)，在FLOW STOP狀態(tài)中，收到FCON命令，則進(jìn)入連接狀態(tài)。在任何狀態(tài)中，收到L2CAP鏈路丟失通知，RFCOMM實(shí)體將從新初始化，釋放所有數(shù)據(jù)連接，回到最初的鏈路斷開狀態(tài)。2.3.4 RFCOMM的數(shù)據(jù)處理流程 1鏈路連接串口設(shè)備是一種字符設(shè)備，可以方便地和PPP建立連接，這個(gè)特性對于本設(shè)計(jì)來說是必要的，因此必須為應(yīng)用程序提供虛擬串口，虛擬串日可以在不占用真實(shí)串口的情況下創(chuàng)建任意數(shù)量并互為連接的純虛擬串口對，其在功能和使用上與真實(shí)串口無異。這些虛擬串口并不跟具體的物理硬件打交道，而是將應(yīng)用程序的請求轉(zhuǎn)發(fā)到對藍(lán)牙系統(tǒng)的請求，還有將從藍(lán)牙系統(tǒng)來的數(shù)據(jù)和事件轉(zhuǎn)發(fā)給應(yīng)用程序，它起到了一個(gè)中繼者的作用。開始存在rfcommSession?no發(fā)送L2CAP連接請求 yes發(fā)送SABM數(shù)據(jù)，啟動(dòng)定時(shí)器等待直到響應(yīng)到達(dá)阻塞直到連接響應(yīng)到達(dá)發(fā)送L2CAP配置請求發(fā)送PN數(shù)據(jù)幀阻塞，等待直到響應(yīng)到達(dá)。錯(cuò)誤處理阻塞直到請求確認(rèn)到達(dá)結(jié)束連接是否超時(shí)yesno圖2-7 RFCOMM的數(shù)據(jù)處理流程 本設(shè)計(jì)中采用虛擬串口技術(shù)可以縮短開發(fā)周期，減少開發(fā)成本，通過建立虛擬串口連接可以使用Linux上很多現(xiàn)有的應(yīng)用程序來快速構(gòu)建嵌入式藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)的各種應(yīng)用，即使沒有現(xiàn)成的應(yīng)用程序也可以很方便地對串口進(jìn)行編程以構(gòu)建新的藍(lán)牙應(yīng)用。2.4虛擬串口設(shè)備的管理 在虛擬串口設(shè)備與藍(lán)牙模塊交互中，可能存在多個(gè)虛擬串口設(shè)備，因此需要建立一個(gè)串口管理設(shè)備，負(fù)責(zé)對串口設(shè)備和藍(lán)牙模塊的交互進(jìn)行管理，其中管理任務(wù)包括以下四部分內(nèi)容（1）虛擬串口設(shè)備發(fā)送消息 當(dāng)一個(gè)虛擬串口設(shè)備被打開、關(guān)閉、寫數(shù)據(jù)等的時(shí)候，它要向藍(lán)牙協(xié)議模塊發(fā)送消息。設(shè)備不是和藍(lán)牙協(xié)議模塊直接通信的，它是通過串口管理設(shè)備和藍(lán)牙協(xié)議模塊通信的。在串口管理設(shè)備的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，維護(hù)了一個(gè)消息鏈表，所有的串口設(shè)備要向協(xié)議模塊發(fā)送的消息都要先插入到這個(gè)消息鏈表中。（2）藍(lán)牙協(xié)議模塊發(fā)送消息藍(lán)牙協(xié)議模塊向虛擬串口設(shè)備發(fā)消息，使用IOCTI統(tǒng)調(diào)用發(fā)送消息。（3）藍(lán)牙協(xié)議模塊接收消息在藍(lán)牙協(xié)議模塊中，專門有一個(gè)線程來接收來自驅(qū)動(dòng)程序的消息，這些消息不是直接來自虛擬串口設(shè)備而是來自串口管理設(shè)備。如果當(dāng)前消息隊(duì)列里有消息，或一旦有消息被添加到消息隊(duì)列，藍(lán)牙模塊將消息從管理串口設(shè)備中讀出，然后根據(jù)消息類型進(jìn)行相應(yīng)的處理。例如，收到了打開串口消息，藍(lán)牙模塊就要和遠(yuǎn)端的設(shè)備去建立藍(lán)牙的RFCOMM連接。 （4）串日設(shè)備接收消息 如果藍(lán)牙協(xié)議模塊向串口管理設(shè)備發(fā)送了消息，串口管理設(shè)備要將這些消息轉(zhuǎn)發(fā)給虛擬串口設(shè)備。由于串口管理設(shè)備和虛擬串口設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序都是編譯成內(nèi)核模塊，運(yùn)行在內(nèi)核空間。它們可以共享全局變量。這樣串日管理設(shè)備直接修改虛擬串口設(shè)備的全局變量就可以完成它們之間的通信。2.5局域網(wǎng)接入模型的實(shí)現(xiàn) 嵌入式藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)基于藍(lán)牙局域網(wǎng)接入模型（LAP），該模型通過建立在藍(lán)牙無線鏈路之上的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議使計(jì)算機(jī)連接到網(wǎng)絡(luò)上。局域網(wǎng)接入模型中定義了使用藍(lán)牙無線技術(shù)的設(shè)備如何接入到一個(gè)局域網(wǎng)的服務(wù)，此局域網(wǎng)使用在RFCOMM上的點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議(PPP)。其次，顯示了如何使用同一個(gè)PPP機(jī)制來構(gòu)成由兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)。在這個(gè)應(yīng)用模型中，數(shù)據(jù)終端使用局域網(wǎng)接入點(diǎn)作為一個(gè)局域網(wǎng)無線連接。一旦連接上，數(shù)據(jù)終端運(yùn)行如同它們與LAN撥號網(wǎng)絡(luò)連接，并且可以訪問LAN提供的所有訪問。 PPP是一種允許接入到網(wǎng)絡(luò)的普遍配置方式。PPP提供鑒權(quán)、加密、數(shù)據(jù)壓縮和多協(xié)議便利。在RFCOMM之上的PPP己經(jīng)被選為給藍(lán)牙設(shè)備提供LAN接入的方式，因?yàn)榫哂薪o設(shè)備配置PPP軟件的大型安裝基礎(chǔ)。在PPP可以支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，由于在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中l(wèi)P協(xié)議被公認(rèn)為最重要的協(xié)議，因此在PPP上支持lP協(xié)議。2.5.1局域網(wǎng)接入模型中的協(xié)議從圖中可以看看出，在局域網(wǎng)接入模型中，藍(lán)牙設(shè)備有兩種角色：局域網(wǎng)接入點(diǎn)和數(shù)據(jù)終端。局域網(wǎng)接入點(diǎn)是提供PPP服務(wù)并連在LAN上的設(shè)備而。PPP連接在RFCOMM上傳送，RFCOMM可以用來傳輸PPP數(shù)據(jù)包并且可以作為PPP數(shù)據(jù)流的流控，數(shù)據(jù)終端是使用LAP服務(wù)的設(shè)備，典型的DT設(shè)備有藍(lán)牙筆記本電腦，藍(lán)牙PC，藍(lán)牙PDA等。ME為管理實(shí)體，在初始化，配置和連接過程中起著協(xié)調(diào)作用。局域網(wǎng)接入的協(xié)議棧如圖所示:ApplicationsTCPUDPIPApplicationsTCPUDP PPP NetworkingIPMEPPPLANMEPPPRFCOMM SDPLMP L2CAPBasebandSDP RFCOMMLANBasebandL2CAP LMP Data Terminal LAN Access Point圖2-8 局域網(wǎng)接入?yún)f(xié)議棧 局域網(wǎng)接入模型中主要的協(xié)議有：(1)PPP協(xié)議：PPP是IETF的點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議，它屬于數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的一部分。PPP協(xié)議主要負(fù)責(zé)粗無檢測，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議復(fù)用，協(xié)商連接時(shí)的IP地址，進(jìn)行身份驗(yàn)證等。(2)SDP協(xié)議：負(fù)責(zé)移動(dòng)數(shù)據(jù)終端接入時(shí)的服務(wù)發(fā)現(xiàn)，包含服務(wù)的登記，搜索，抽取服務(wù)信息等。(3)RFCOMM協(xié)議：負(fù)責(zé)仿真RS-232的傳輸信道和控制方式，為PPP層提供一個(gè)類似串口的通道。(4)L2CAP協(xié)議：負(fù)責(zé)支持高層的協(xié)議復(fù)用。數(shù)據(jù)包打包，拆包，傳遞QoS信息等。(5)LMP和基帶協(xié)議：這部分屬于藍(lán)牙底層協(xié)議，與硬件緊密結(jié)合。負(fù)責(zé)物理鏈路的管理，基帶PDU的形成，檢糾錯(cuò)，加密和鑒權(quán)。LAP中，PPP的使用是關(guān)鍵，它用于再說數(shù)據(jù)終端和接入點(diǎn)之間建立連接，PPP建立在RFCOMM之上，一旦PPP連接建立后，傳統(tǒng)的IP解決方案就可以建立在其之上，從而完成一些諸如獲得IP資質(zhì)等網(wǎng)絡(luò)功能。2.5.2局域網(wǎng)接入模型的通信過程在局域網(wǎng)接入模型中，終端設(shè)備和網(wǎng)關(guān)之間的通信大體包括查詢，建立連接，鑒權(quán)，通信幾個(gè)過程。詳細(xì)過程如下：(1)數(shù)據(jù)終端查詢是否有一個(gè)在無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的LAP，當(dāng)數(shù)據(jù)終端要求接入局域網(wǎng)時(shí)，首先啟動(dòng)服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議，向作出回應(yīng)的LAP發(fā)出查詢請求。LAP此時(shí)作為SDP Server具備發(fā)現(xiàn)服務(wù)數(shù)據(jù)庫，里面記錄著接入點(diǎn)可以提供的服務(wù)及屬性，SDP機(jī)制可以提取建立RFCOMM連接需要的所有服務(wù)信息。數(shù)據(jù)終端查詢到可用的服務(wù)信息后，就可以建立連接。(2)建立物理連接。數(shù)據(jù)終端找到并選定合適的LAP后，若二者間無物理連接，則DT向LAP請求建立基帶物理連接。若已存在物理連接，則進(jìn)行藍(lán)牙配對，鑒權(quán)過程，并在所建鏈路上進(jìn)行加密傳輸。(3)依次建立PPP/RFCOMM/L2CAP鏈路。(4)作為可選安全措施，LAP可以適當(dāng)?shù)牟扇PP的鑒權(quán)機(jī)制。(5)建立連接后數(shù)據(jù)終端和LAP即可通過IP數(shù)據(jù)流進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。(6)任何時(shí)候，DT和LAP都可以終止已經(jīng)建立的連接。拆除各層連接的操作順序與建立時(shí)正好相反。 LAP在上電之后所做的第一件事情就是進(jìn)行初始化工作，實(shí)質(zhì)上就是軟硬件自啟動(dòng)過程，系統(tǒng)起來之后，LAP需要發(fā)起若干任務(wù)，主要有：查詢掃描任務(wù)，負(fù)責(zé)監(jiān)視有無DT需要與其通信；向前任務(wù)，負(fù)責(zé)將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)至網(wǎng)口并完成必要的格式轉(zhuǎn)換；向后通信功能，負(fù)責(zé)監(jiān)視網(wǎng)口并完成向前通信任務(wù)的逆過程，任務(wù)是并發(fā)的，因此LAP能夠同時(shí)支持與多個(gè)DT保持通信。2.6 PPP協(xié)議 使用PPP協(xié)議是LAP應(yīng)用模型中非常重要的一點(diǎn)，也是LAP的關(guān)鍵所在，因?yàn)镻PP協(xié)議很好的解決了點(diǎn)對點(diǎn)通信的問題，PPP協(xié)議屬于數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，主要用來完成在串行連接上封裝數(shù)據(jù)報(bào)，監(jiān)視鏈路連接質(zhì)量，建立和配置及測試數(shù)據(jù)連接，在不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議上建立連接和配置IP選項(xiàng)等功能。2.6.1 PPP協(xié)議的狀態(tài)轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)通信設(shè)備的兩端如果希望通過PPP協(xié)議建立點(diǎn)對點(diǎn)的通信，無論哪一端的設(shè)備都需發(fā)送LCP數(shù)據(jù)報(bào)文來配置鏈路(測試鏈路)。一旦LCP的配置參數(shù)選項(xiàng)協(xié)商完后，通信的雙方就會(huì)根據(jù)LCP配置請求報(bào)文中所協(xié)商的認(rèn)證配置參數(shù)選項(xiàng)來決定鏈路兩端設(shè)備所采用的認(rèn)證方式。協(xié)議缺省情況下雙方是不進(jìn)行認(rèn)證的，而直接進(jìn)入到NCP配置參數(shù)選項(xiàng)的協(xié)商，直至所經(jīng)歷的.幾個(gè)配置過程全部完成后，點(diǎn)對點(diǎn)的雙方就可以開始通過己建立好的鏈路進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)文的傳送了，整個(gè)鏈路就處于可用狀態(tài)。只有當(dāng)任何一端收LCP或NCP的鏈路關(guān)閉報(bào)文時(shí)(一般而一言協(xié)議是不要求NCP有關(guān)閉鏈路的能力的，因此通過情況下關(guān)閉鏈路的數(shù)據(jù)報(bào)文是在LCP協(xié)商階段或應(yīng)用程序會(huì)話階段發(fā)出的);物理層無法檢測到載波或管理人員對該鏈路進(jìn)行關(guān)閉操作，都會(huì)將該條鏈路斷開，從而終止PPP會(huì)話。2.6.2 PPP協(xié)議的實(shí)現(xiàn) 如果使用公開的PPP代碼實(shí)現(xiàn)PPP協(xié)議，那么針對操作系統(tǒng)而進(jìn)行的移植工作不僅需要熟練的技術(shù)，而且需要較長的時(shí)間。鑒于此，決定選用成熟的PPP產(chǎn)品。 由于嵌入式操作系統(tǒng)選用的是Linux所以可以使用Linux中己經(jīng)實(shí)現(xiàn)的PPP服務(wù)功能，在Linux下對PPP的支持需要在內(nèi)核編譯時(shí)配置內(nèi)核選項(xiàng)Networking support加入對PPP(Point一to一point)support等選項(xiàng)。同時(shí)，由于在設(shè)計(jì)中加入了虛擬串口的支持，可采用Linux上很多現(xiàn)有的應(yīng)用程序，在嵌入式藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)(LAF端)可以使用Linux操作系統(tǒng)上的mgetty+AutoPPP來接收進(jìn)入的連接請求，使用pppd+kppp來構(gòu)建客戶端，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)與數(shù)據(jù)終端PPP連接。2.7數(shù)據(jù)終端對局域網(wǎng)的訪問當(dāng)LAP與DT間建立PPP鏈路后，在鏈路的兩端將產(chǎn)生一對IP地址，這是由PPP協(xié)議中的網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議(NCP)分配協(xié)商得到的。但這里的IP地址與一般意義上的Iternet上的IP地址是不同的。這里每個(gè)撥號網(wǎng)絡(luò)終端的IP地址是由LAP(PPP Server)臨時(shí)動(dòng)態(tài)分配的。每個(gè)終端在連接過程中擁有IP地址，在連接結(jié)束時(shí)釋放，從而可以再被分配給其他的終端。但是，這樣通過LAP上網(wǎng)的DT來說，其IP地址對網(wǎng)絡(luò)是不可見的，可以說是虛擬的IP地址，只有LAP才能從外部獲得一個(gè)真正有效的IP地址。因此，為了與局域網(wǎng)進(jìn)行通信，必須在LAP端設(shè)置地址轉(zhuǎn)換功能。對于DT端向外發(fā)送的IP包，將源地址轉(zhuǎn)成LAP端的有效IP地址，而由局域網(wǎng)發(fā)回的IP包，則將其目的地址轉(zhuǎn)換為響應(yīng)的內(nèi)部IP地址。在多對一的情況下，為了能區(qū)分發(fā)送到不同DT的數(shù)據(jù)包，可以在LAP端設(shè)置一個(gè)地址轉(zhuǎn)換表，將不同的DT發(fā)到外部的IP包對應(yīng)于LAP上不同的虛擬串口端口送出，而從局域網(wǎng)發(fā)回的IP包而可以按照此表，對應(yīng)到相應(yīng)的DT，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)DT通過LAP訪問局域網(wǎng)。2.8 本章小結(jié)本章是嵌入式藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)的所有內(nèi)容，深入研究了藍(lán)牙協(xié)議棧中L2CAP協(xié)議、RFCOMM協(xié)議、SDP協(xié)議，對各層協(xié)議的數(shù)據(jù)處理方式、實(shí)現(xiàn)流程、狀態(tài)轉(zhuǎn)移做出詳盡的分析。同時(shí)，在RFCOMM層上建立虛擬串口作為數(shù)據(jù)中繼，實(shí)現(xiàn)與上層應(yīng)用程序的連接，最后，研究了藍(lán)牙規(guī)范中局域網(wǎng)接入模型的實(shí)現(xiàn)。第3章 水溫藍(lán)牙無線傳感器3.1單片機(jī)簡介單片機(jī)全稱為單片微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)發(fā)展始于70年代，經(jīng)過30多年的發(fā)展，由于其具有高集成度、低功耗、工作電壓范圍寬、價(jià)格便宜、使用方便等諸多優(yōu)點(diǎn)而在廣泛使用。到目前為止將單片機(jī)發(fā)展階段分為三個(gè)階段，分別為初級階段、高性能階段、以及高位單片機(jī)的推出。通常單片機(jī)內(nèi)部含有中央處理部件（CPU）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）、程序存儲(chǔ)器（ROM、EPROM、Flash ROM）、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和各種輸入輸出接口等。目前8位單片機(jī)是目前品種最豐富、應(yīng)用最廣泛的單片機(jī)。今天我所使用的就其中比較典型的一種8位單片機(jī)AT89C52。3.2基于單片機(jī)和溫度傳感器設(shè)計(jì)數(shù)字溫度計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀隨著人們生活水平的不斷提高,單片機(jī)控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子，但人們對它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)單片機(jī)技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比較準(zhǔn)確的場所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用。檢測是控制的基礎(chǔ)和前提，而檢測的精度必須高于控制的精確度，否則無從實(shí)現(xiàn)控制的精度要求。不僅如此，檢測還涉及國計(jì)民生各個(gè)部門，可以說在所以科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域無時(shí)不在進(jìn)行檢測?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展和檢測技術(shù)的發(fā)展是密切相關(guān)的?，F(xiàn)代化的檢測手段能達(dá)到的精度、靈敏度及測量范圍等，在很大程度上決定了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平。同時(shí)，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展達(dá)到的水平越高，又為檢測技術(shù)、傳感器技術(shù)提供了新的前提手段。目前溫度計(jì)的發(fā)展很快，從原始的玻璃管溫度計(jì)發(fā)展到了現(xiàn)在的熱電阻溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、數(shù)字溫度計(jì)、電子溫度計(jì)等等。目前的溫度計(jì)中傳感器是它的重要組成部分，它的精度靈敏度基本決定了溫度計(jì)的精度、測量范圍、控制范圍和用途等。傳感器應(yīng)用極其廣泛，目前已經(jīng)研制出多種新型傳感器。3.3 電路介紹該電路是由18B20溫度傳感器作為溫度傳感元件，并由AT89C52單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理輸出，有藍(lán)牙模塊與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，此電路可由外接3V-12V的直流電電源提供。 溫度顯示和控制的范圍為：55-125之間，精確度到達(dá)1，即數(shù)碼管顯示溫度為整數(shù)。如果設(shè)定的報(bào)警溫度為30，則當(dāng)溫度到達(dá)30的時(shí)候，報(bào)警發(fā)光二極管發(fā)光同時(shí)蜂鳴器發(fā)出響聲，此時(shí)繼電器發(fā)生動(dòng)作。如果不需要對溫度控制報(bào)警，可以將報(bào)警溫度設(shè)置提高。如果是為了控制局部溫度，可以把18B20用引線引出，但是距離不宜過大，注意引腳要絕緣。3.4制作所需電子元件及其功能表3-1 制作所需原件及其功能電子元件名稱規(guī)格編號主要功能作用電容30pC1、C2單片機(jī)的時(shí)鐘振蕩電容10ufC3單片機(jī)復(fù)位溫度傳感器DS18B20IC2感應(yīng)溫度變化數(shù)據(jù)采集單片機(jī)AT89c52IC1數(shù)據(jù)處理傳輸?shù)入娮?0KR1單片機(jī)復(fù)位電源5VUSB開關(guān)電源開關(guān)電源晶體12MCRYSTAL單片機(jī)的時(shí)鐘震蕩3.5溫度傳感器總體設(shè)計(jì)此次所討論的數(shù)字水溫藍(lán)牙無線傳感器主要應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)、溫度傳感器技術(shù)、藍(lán)牙無線傳輸技術(shù)等，把所有硬件集成在一起以便于在工程施工現(xiàn)場應(yīng)用。先由溫度傳感器將工程機(jī)械的實(shí)時(shí)溫度采集處理傳送給單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過儲(chǔ)存經(jīng)由藍(lán)牙模塊與計(jì)算機(jī)連接，最后現(xiàn)場工作人員根據(jù)計(jì)算機(jī)顯示的數(shù)據(jù)判斷工程機(jī)械的工作狀態(tài)是否正常以便采取及時(shí)的措施。3.5.1硬件說明傳感器的選擇設(shè)計(jì)單片機(jī)數(shù)字溫度計(jì)需要考慮以下3個(gè)方面 溫度傳感器的選擇溫度傳感器的選擇單片機(jī)和溫度傳感器的接口電路； 控制溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度信息采集以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖纹瑱C(jī)的接口信號是數(shù)字信號。要想用單片機(jī)獲取溫度這類非電信號的信息，必須使用溫度傳感器,將溫度信息轉(zhuǎn)換為電流或電壓輸出。如果轉(zhuǎn)換后的電流或電壓輸出是模擬信號,還必須進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，以滿足單片機(jī)接口的需要。傳統(tǒng)的溫度檢測大多以熱敏電阻作為溫度傳感器。但是,熱敏電阻的可靠性較差、測量溫度準(zhǔn)確率低,而且還必須經(jīng)專門的接口電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后才能由單片機(jī)進(jìn)行處理。20世紀(jì)90年代中期出現(xiàn)了智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)。智能溫度傳感器的內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號處理器、存儲(chǔ)器(或寄存器)和接口電路,其特點(diǎn)是能直接輸出數(shù)字化的溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量,適配各種微控制器(MCU)。其中DS18B20就是一種應(yīng)用相當(dāng)廣泛的單總線數(shù)字溫度傳感器,它結(jié)構(gòu)簡單、不需外接元件,采用一根I/O數(shù)據(jù)線既可供電又可傳輸數(shù)據(jù)、并可設(shè)置溫度報(bào)警界限等特點(diǎn),廣泛用于工業(yè)、民用等領(lǐng)域的溫度測量中。3.5.2水溫藍(lán)牙無線傳感器總體結(jié)構(gòu)框圖溫度傳感器單片機(jī)藍(lán)牙模塊計(jì)算機(jī) 圖3-1 水溫藍(lán)牙無線傳感器總體結(jié)構(gòu)圖3.5.3 DS18B20的介紹DS18B20是單總線數(shù)字化智能集成溫度傳感器。單總線它采用單根信號線,既傳輸時(shí)鐘又傳輸數(shù)據(jù),而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的,具有節(jié)省I/O口線資源、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)。與其它溫度傳感器相比,DS18B20具有以下特性:獨(dú)特的單線接口方式,在與微處理器連接時(shí)僅需要一條接口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通信。DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能,多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的信號線上,實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫。DS18B20在使用中不需要任何外圍元件。測溫范圍-55+125,固有測溫分辨率0625。測量結(jié)果以912位數(shù)字量方式串行傳送。 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM,溫度傳感器,非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL,高速暫存器。64位光刻ROM是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列號。 DS18B20的管腳排列如圖所示。 圖3-2 DS18B20引腳分布圖引腳功能如下NC:空引腳,懸空不使用; VDD:可選電源腳,電源電壓范圍35.5V。工作于寄生電源時(shí)，此引腳應(yīng)接地; DQ:數(shù)據(jù)輸入/輸出腳,漏極開路,常態(tài)下高電平。 DSl8820的核心功能部件是它的數(shù)字溫度傳感器,其分辨率可配置為9、10、11和12位,出廠默認(rèn)設(shè)置為12位分辨率,對應(yīng)的溫度值分辨率分別為0.5、0.25、0.125和0.0625。溫度信息的低位、高位節(jié)內(nèi)容中,還包括了符號位S(是正溫度還是負(fù)溫度)和二進(jìn)制小數(shù)部分。3.6單片機(jī)的選擇AT89C52 ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)片內(nèi)含8K byTES的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和256 byTES 。的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8052 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU ）和FLASH由存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大AT89C52單片適用于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。 89C52單片機(jī)中文資料主要性能參數(shù)：與Mcs-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。8字節(jié)可重擦寫FLASH閃速存儲(chǔ)器1000 次擦寫周期全靜態(tài)操作：0HZ-24MHZ三級加密程序存儲(chǔ)器256X8字節(jié)內(nèi)部RAM32個(gè)可編程I/0口線3個(gè)16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器8個(gè)中斷源功能特性：AT89C52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8字節(jié)FLASH閃速存儲(chǔ)器，256字竹內(nèi)部RAM , 32個(gè)I/O口線，3個(gè)16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89c52可降至OHz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電上作模式?？臻e方式停止CPU 的工作，但允許RAM，定時(shí)計(jì)數(shù)器串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。3.7數(shù)據(jù)的讀取大致流程圖如圖：開始鍵盤掃描鍵盤掃描相關(guān)參數(shù)設(shè)置溫度檢測超過極限？報(bào)警結(jié)束并顯示溫度溫度顯示延時(shí)圖3-2 數(shù)據(jù)讀取流程圖3.8 DS18B20單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度轉(zhuǎn)換讀取溫度數(shù)值程序的流程圖如圖：開始初始化DS18B20應(yīng)答脈沖 否發(fā)起讀取的命令 是發(fā)起轉(zhuǎn)換命令延時(shí)1s等待溫度轉(zhuǎn)換完成初始化DS18B20應(yīng)答脈沖否 是發(fā)起讀取命令讀取第一二字節(jié)即為溫度數(shù)據(jù)圖3-3 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度轉(zhuǎn)換讀取溫度數(shù)值程序的流程圖3.9藍(lán)牙模塊的選擇BF10-A藍(lán)牙通信 模塊為深圳藍(lán)色飛舞科技有限公司自主開發(fā)的智能型無線數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)品，是一款非常方便用戶使用AT命令進(jìn)行修改藍(lán)牙參數(shù)的模塊。 BF10-A模塊支持： 1200bps2764800bps等多種接口波特率。 修改波特率、藍(lán)牙名稱、設(shè)備類型碼及配對碼 支持主從模式，靈活用在不同領(lǐng)域 SPP藍(lán)牙串行服務(wù)，非常方便和手機(jī)、PC等連接 更詳細(xì)參數(shù)參考藍(lán)牙模塊BF10手冊 技術(shù)特征 ：工作頻段：2.40 GHz2.48GHz 藍(lán)牙規(guī)范：v2.0 CompliantEDR EDRV2.0，最高可支持3M調(diào)制模式 支持7個(gè)從設(shè)備 USB 2.0和UART接口 低電壓電源，2.7V to 3.6V 正常供給電壓：3.30.1V 內(nèi)置 8Mbit Flash 工業(yè)級設(shè)計(jì)尺寸：27 x 14 x 2.5mm 可以替代串口線操作 可以與手機(jī)藍(lán)牙進(jìn)行串行通信3.10本章小結(jié) 水溫藍(lán)牙無線傳感器的設(shè)計(jì)主要在于單片機(jī)和傳感器的選擇，因?yàn)槭┕がF(xiàn)場條件有限，所以藍(lán)牙無線傳輸起了很大作用，對及時(shí)的故障診斷與解決起決定性作用。第4章 藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)4.1藍(lán)牙微微網(wǎng)藍(lán)牙系統(tǒng)包括點(diǎn)對點(diǎn)連接方式和點(diǎn)到多點(diǎn)連接方式。在點(diǎn)到多點(diǎn)的連接方式中，多個(gè)藍(lán)牙單元共享通信信道。共享通信信道的藍(lán)牙單元構(gòu)成微微網(wǎng)，微微網(wǎng)中的成員設(shè)備之間采用藍(lán)牙無線通信技術(shù)進(jìn)行通信。在藍(lán)牙射頻操作中的跳頻同步序列系統(tǒng)(FHSS)，通信信道是由已定義的偽隨機(jī)跳頻序列組成，跳頻速率為1600跳秒?；鶐Р僮鞫x了微微網(wǎng)的跳頻序列是如何產(chǎn)生，設(shè)備如何獲知并遵循跳頻序列并隨即加入微微網(wǎng)，在微微網(wǎng)中的設(shè)備如何以同等通信方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)分組。藍(lán)牙微微網(wǎng)以一種特殊的方式形成，不依賴于蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的基站或WLAN網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備的專門支持，設(shè)備之間可以通過查詢方式相互通信。基帶協(xié)議建立了規(guī)則，按照這些規(guī)則建立了一些特殊連接，設(shè)備以同等方式相互通信。主單元從單元從單元從單元從單元從單元從單元藍(lán)牙最基本的網(wǎng)絡(luò)組成是微微網(wǎng)(Pico net)，同一微微網(wǎng)上的單元之間共享一條信道，一個(gè)微微網(wǎng)必須有而且只有一個(gè)主單元(master unit)，其余為從單元(slave unit)，主單元控制微微網(wǎng)從建立到數(shù)據(jù)傳送以及到最后結(jié)束通信的整個(gè)過程，如圖3-1所示。