蓝牙无线手操器的设计与开发

蓝牙手操器的硬件结构框图如图2 所示，包括微控制器C8051F020、蓝牙通信模块、液晶屏显示模块、键盘。电源选用电池供电，该电源经过电平转换，为微处理器、存储器、
蓝牙通信模块等提供所需的+3.3V 和+1.8V 电源。下面将对各个模块分别介绍。

除底层硬件的驱动程序外，整个软件程序建立在UC/OS 操作系统上，该操作系统具有足够的稳定性和安全性。根据系统功能要求建立了六个用户任务，即串口任务，蓝牙接收和发送任务，菜单显示任务，键盘任务。每个任务由三个组成部分构成：任务程序代码、任务堆栈和任务控制块。其中，任务控制块用来保存任务属性；任务堆栈用来保存任务工作环境；任务程序代码是任务的执行部分。在建立任务的时候需要为任务堆栈分配堆栈空间和任务优先级。各个任务之间的数据传递采用消息邮箱和消息队列实现。

通信部分涉及到单片机串口和蓝牙模块之间的通信。手操器启动后，需要向蓝牙模块发送ＨＣＩ（主机控制器接口）指令以便初始化蓝牙模块，这些指令包括蓝牙通信接口波特率设置、数据接收准备、设备查询、蓝牙链路连接等指令。处理器对蓝牙的操作和控制主要是通过串口通信方式来完成。当确定蓝牙信息接收完毕后，解出有效数据存放在已经开辟好的循环缓冲区内。这些数据分为数据信息和事件信息。数据信息，则存放在相应设备的消息队列中以便显示菜单调用。事件信息，清除该信息不作处理。

在显示界面中设置了两级菜单，手操器启动后，会自动搜索周围的其他蓝牙设备并获得对方蓝牙地址从而建立链接，此后需要在手操器中建立一个临节点列表，并通过主菜单显示周围存在的蓝牙设备。在主菜单中工程人员可以根据具体需要选择被监控设备，而子菜单中则设置了读写设备参数选项，每个设备对应的参数不同，所以需要对不同的设备参数设置不同的控制命令。

4 蓝牙手操器应用实例

图4 蓝牙手操器应用实例图

如图4 所示，以蓝牙阀门定位器作说明示例。蓝牙阀门定位器由我校与四联集团共同研发（采用总线供电），在阀门定位器中的蓝牙通信卡设置为被动链接模式，设备启动后阀门定位器会周期性的采集阀位值并存储在该设备的缓冲区内，当蓝牙手操器搜索到阀门定位器后向阀门定位器发送链接指令，建立链接后，蓝牙手操器将获得一个链接句柄。此后进入如图5 所示的监控界面，可以执行读阀位值、阀位上限、以及写上限三项功能。每项功能在执行时，都由手操器发送一条控制指令，该指令由串口发给蓝牙模块，其中包括蓝牙链接句柄、功能代码（0x01-0x03 分别针对以上的三项功能）以及CRC 校验域。阀门定位器收到控制指令后先判断链接句柄，判断是否接收该指令，其后根据功能代码分别执行对应的任务。图4 中为通过蓝牙手操器读取的阀门定位器的阀位值。此外，该手操器还可对蓝牙电磁流量计，蓝牙温度变送器等设备进行操作。

5 结论

经过现场测试表明，本文设计的蓝牙手操器系统稳定、使用方便、实用性强，有一定的抗干扰能力，可根据需要进行软件升级，能有效地与工业现场设备进行无线互联，实现对工业现场数据采集和处理功能，为工程人员监控现场设备提供了一种新方法。本文作者创新点： 本文介绍了基于蓝牙通信协议的手操器在工业现场的设计与应用。该蓝牙手操器使用新华龙C8051F020 芯片和BCM04 蓝牙模块为主要功能结构模块，与现场蓝牙设备建立一对一或一对多的通信系统，并可通过该手操器采集和处理现场数据以及校正现场设备的功能参数。