基于蓝牙技术的即插即用传感器

引 言

随着测控系统的自动化程度、复杂性、精度和可靠性要求的不断提高，人们对传感器性能的要求越来越高；但是传统传感器本身的某些不足束缚了这种发展，于是人们引入了以微处理器为代表的高新技术。为了减少传感器配置所用的时间，以及在此过程中面临的风险，最近IEEE 1451.4为传感器提供了新的标准。该标准建立了一个使传感器具有即插即用功能的通用方法——为模拟接口传感器附加自我描述的功能。

现场总线技术是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。以往的现场总线一般都是采用有线的连接方式，采用一定的总线协议；而无线网络的出现，为现场总线的发展开辟了新的领域，提高了现场总线的灵活性。蓝牙技术是一种近距离无线数字通信的技术标准，旨在建立一项软、硬件结合的公开规范，为所有不同设备提供具有互操作性、可交叉开发的工具。利用蓝牙系统的散射网，把各个测试设备连接起来 ，可以形成一个测量系统网络。将蓝牙技术与即插即用传感器结合起来，就为自动控制与测试系统性能的提高和发展，提供了新的思路和途径。

本文旨在阐述一个基于蓝牙技术的即插即用传感器系统，通过识别、电路调理和蓝牙无线通信来实现传感器的即插即用。

1 系统方案

基于蓝牙技术的即插即用无线网络化传感器测量系统，主要由以下几个部分组成：传感器模块、识别模块、信号调理电路模块、A/D 转换模块、微处理器模块、蓝牙无线传输模块和上位机模块。系统结构如图1所示。

该测量系统的工作过程如下： DSP 读取识别模块的信息，用以辨识当前与系统连接的传感器；DSP 根据识别模块的信息对调理电路进行适当配置；传感器输出的信号经过A/D 转换后送入DSP；DSP 通过蓝牙模块将数据传输至上位机。若更换不同的传感器，只需将DSP 复位，系统即可再次根据当前传感器单元的需要对电路进行配置，毋需人工干涉，从而实现了传感器的即插即用。

识别模块是即插即用传感器的重要组成部分，它为传感器提供自我描述信息。IEEE 1451.4 标准为此定义了一种规范。此项标准定义了一种混合模式的接口，在保留了传统传感器模拟信号的同时，又附加了一个低成本的数字接口，用以传送嵌入在传感器中的传感器电子数据表(TEDS)，以实现自我身份识别和自我描述的功能,如图2所示。

IEEE P1451.4 标准定义了两类混合模式接口，两线接口和多线接口。

两线接口，工作于恒流激励下，或集成压电电路（ICP）的传感器，如加速度传感器。用以在单一的线对上实现模拟信号和数字化TEDS 信号的复用，如图3所示。

对于其他类型传感器的另一种接口模式是，把模拟部分和数字部分分离开来。在传感器的模拟输入/输出保持不变的基础上，把数字化TEDS 并行添加到电路上。这样在实质上就可以实现任何形式传感器或激励器的即插即用，包括热电偶、热敏电阻、电桥传感器等。

混合模式接口的数字部分是基于Maxim/Dallas公司的1Wire 协议上的。这是一种非常简明、低成本的主从串行通信协议。此协议只需要一个主设备（例如，数据采集系统）用以供电以及根据特定的时序初始化各个节点的每次传输，并且这些操作的通信都是在一根导线上完成的。

多线混合模式的接口具有更普遍的通用性，因此本文将采用这种方式来实现传感器的即插即用，并用Maxim/Dallas公司提供的1Wire 器件来存储标准化传感器电子数据表(TEDS)。与其他智能传感器技术的即插即用相比，IEEE P1451.4 的独特之处在于它保留了传感器的模拟输出。因此，IEEE P1451.4 传感器可与包含传统模拟接口的系统相兼容。

以基于电桥测量原理的传感器为例，设计通用的调理电路，利用敏感电阻感受被测量的变化并转变成电压或电流信号。为了实现传感器的即插即用，本系统的调理电路部分就必须具备自动调节功能。下位机主要是采用Motorola的DSP评估板DSP56311EVM为基本装置，建立数据采集处理系统。系统启动时，采集传感器识别信息，并且通过控制各个数字电位器和电子开关对调理电路进行正确的配置，以达到精确处理传感器信号的目的，从而实现传感器的即插即用。最后通过蓝牙技术的无线网络，实现传感器之间的连接和数字通信。

2 系统的硬件设计

即插即用传感器测量系统在硬件设计方面，主要由以下几个部分组成：传感器单元包括传统模拟传感器和识别模块(TEDS)、供电单元、信号调理单元、A/D转换及接口，如图5所示。

（1） 传感器单元

采用Honeywell的24PCCFA6D型硅压阻压力传感器。该传感器的内部结构是在一个硅膜片上扩散出四个电阻。这四个电阻一般接成一个惠斯登电桥。识别模块由一个低成本的内存芯片构成，内部储存了标准化传感器电子数据表(TEDS)。TEDS里储存的是一些重要的传感器信息和参数，可以进行自我辨认和自我描述。笔者采用Maxim/Dallas公司提供的DS2430A，来存储用以配置传感器的TEDS信息。