采用蓝牙技术的数据记录仪设计

过去五年蓝牙的增长是有目共睹的。然而，在大多数消费者的印象中，蓝牙仍然是连接移动电话与耳机的无线通信媒介。尽管情况确实基本如此，但蓝牙正在工业数据记录等通信领域迅速获得普及。

本文将要讨论的就是这种应用，并将介绍蓝牙数据记录仪(data logger)的详细设计。该蓝牙数据记录仪从奥地利微电子公司AS1530 12位模数转换器(ADC)获得数据，然后通过微处理器和蓝牙链路将数据传给等待收集数据并将数据存放于电子表格中的PC机。工业过程控制的发展趋势是通过将并行数据传输替换为串行"Profibus"数据而减少通信线对，该设计完全顺应这种趋势，并且取消了通信连线。

实现架构

数据记录仪电路内有一个连接到PIC微控制器的AS1530 ADC，利用RS232线缆连接到BlueGiga WT12蓝牙模块进行通信。该模块通过蓝牙链接将数据发送到第二个完全相同的BlueGiga WT12模块，第二个WT12模块再通过RS232线缆连接到PC机。PC机上运行着用Visual Basic Version 6编写的一个Windows程序，该程序将接收到的数据载入Excel电子表格供分析和制图。

数据记录仪由5V台式电源供电。为了确保微控制器能安全工作，记录仪采用了一款功耗非常低的监视器件AS1904进行电源监控，该器件消耗的电流一般为150nA。数据记录仪电路消耗的电流约为16mA，BlueGiga模块的平均消耗电流为44.7mA。因此，如果整个电路都用线性稳压器供电的话，150mA的低压差线性稳压器AS13985就可以胜任。

模拟前端

模拟前端由12位逐次逼近寄存器(SAR)ADC AS1230组成。如果输入信号小于ADC的供电电压(本例为5V)，并且具有较低的源阻抗，那么它就可以被直接送入ADC的输入端。

ADC的输入电路可以被建模为一个简单的RC电路，其中R代表信号的源阻抗，C代表ADC的采样电容。充电中的RC电路可以用下列等式表示：

其中，Vmax是充电电压、V是电容两端的电压、采样电容为18pF、采样时间t等于390ns。ADC输入端必须处理的最坏电压变化是在一个输入通道被设为0V、相邻通道被设为2.5V的时候。此时输入电容必须在390ns内充电到2.5V，并满足1/2 LSB精度要求。

由于

因此

那么

据此可以推算出最小的源阻抗R=2.4kΩ。这里，MUX的输入阻抗是800Ω，因此信号的源阻抗必须小于1.6kΩ。如果待数字化信号的源阻抗太高，可以用运放进行放大和/或缓冲。

PIC16F627微控制器采用SPI接口从AS1530存取数据，SPI接口由片选(CSN)、串行时钟(SCLK)、数据输入(DIN)和数据输出(DOUT)组成。CSN线对数据进行组帧，数据在SCLK线的上升沿写入AS1530或读出来。数据流由8个用于选择输入通道、输入范围和电源模式的控制位和紧接其后的16位输出数据组成。一旦转换完成，ADC就进入编好的电源模式(电源完全关闭、省电或正常工作)。

为了获得理想的精度，必须仔细设计电路板版图，并对芯片的电源引脚和参考引脚进行去耦处理。模拟和数字电源必须分开来，尽管这两个电源都是从同一个电源产生的。可以从主电源布两根走线实现，一根宽线到模拟引脚(VDD1和VDD3)，另一根线到数字电源引脚(VDD2)。数字电源消耗的电流将产生一个调制电压到数字电源线上，如果该电源同时连到芯片的模拟电源引脚，这种电压调制将破坏ADC的LSB。提供独立的供电线路可以解决这个问题。

AS1530的地与模拟和数字电源一样重要。从GND引脚到主板电源地引一根宽线可以为返回电流提供良好的低阻抗路径，要想获得最佳性能这一措施非常重要。

去耦电容应放置在靠近芯片的模拟和数字电源引脚的位置，另一端要靠近AS1530的GND引脚。这样可以确保芯片电源引脚上呈现的交流电压保持为零。10uF的钽电容并联100nF的陶瓷电容可以最大程度地衰减电源线上出现的任何噪声，同时为AS1530产生的任何浪涌电流提供低阻抗路径。

该设计采用了AS1530的内部参考电压。如果要用外部参考电压，需要在靠近REF引脚的位置放置一个4.7uF低阻抗电容进行去耦。因为它直接连到R-2R梯形网络，因此SAR ADC参考电压引脚的输入阻抗会随数字码流而变化。

微控制器与Windows程序

1. 数据记录仪端

在数据记录仪侧，微控制器用的是PIC16F627A，代码用C语言编写，编译器是Hi Tech C编译器。微控制器的内部UART被设置在115.2kbps的波特率，以匹配蓝牙模块默认的波特率。数据通过工业标准(2Tx/2Rx)电平转换器转换后在RS232链路上传送。

2. RS232通信原理

所有到蓝牙模块的通信都在RS232接口上实现。就像生活中遇到的许多事那样，看似简单