藍(lán)牙技術(shù)在測(cè)控系統(tǒng)中的發(fā)展應(yīng)用研究

摘要：目前，測(cè)控系統(tǒng)是建立在計(jì)算機(jī)信息基礎(chǔ)上的一個(gè)新技術(shù)系統(tǒng)，可以有效地將多種技術(shù)結(jié)合起來(lái)，進(jìn)而推動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)的多元化發(fā)展[1]。隨著我國(guó)藍(lán)牙技術(shù)的不斷發(fā)展，將其應(yīng)用在測(cè)控系統(tǒng)中已經(jīng)成為可能。現(xiàn)階段，我國(guó)對(duì)于藍(lán)牙技術(shù)在測(cè)控系統(tǒng)中的發(fā)展應(yīng)用有大量的研究，能夠從其功能、特點(diǎn)、電路等不同方面進(jìn)行探索，從而進(jìn)一步促進(jìn)該技術(shù)在測(cè)控系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無(wú)線技術(shù)；測(cè)控系統(tǒng)；發(fā)展應(yīng)用

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.04.030

中圖分類(lèi)號(hào)：TN 92，TP 3" " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A" " " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）04-00-02

Research on Development and Application of Bluetooth Wireless Technology

in Measurement and Control System

LAI Xingjun， LIN Dayi

（National Radio Monitoring Center Testing Center， Beijing 100041， China）

Abstract： At present， measurement and control system is a new technology system based on computer information. It can effectively combine various technologies， and then promote the diversified development of measurement and control system[1]. With the continuous development of Bluetooth technology in China， it has become possible to apply it in the measurement and control system. At this stage， there is a lot of research on the development and application of Bluetooth technology in the measurement and control system in China， which can be explored from its functions， characteristics， circuits and other aspects， so as to further promote the application of Bluetooth technology in the measurement and control system.

Key words： wireless technology; measurement and control system; development and application

0" 引言

當(dāng)前，藍(lán)牙技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)藍(lán)牙）在測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用還處于探索階段，整體發(fā)展時(shí)間較短，具有很大的研究空間。其具有低功耗、抗干擾等特點(diǎn)且能夠保障系統(tǒng)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)測(cè)控系統(tǒng)的有效發(fā)展。本文通過(guò)對(duì)藍(lán)牙在測(cè)控系統(tǒng)中的發(fā)展應(yīng)用進(jìn)行研究，從而提高該技術(shù)的適用范圍，加強(qiáng)其在不同領(lǐng)域中使用的廣泛性和適應(yīng)性。

1" 藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)和工業(yè)應(yīng)用

藍(lán)牙是一種無(wú)線數(shù)據(jù)與語(yǔ)音通信的開(kāi)放性全球規(guī)范，它以低成本的近距離無(wú)線連接為基礎(chǔ)，為固定設(shè)備或移動(dòng)設(shè)備之間的通信環(huán)境建立通用的無(wú)線電空中接口，將通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)一步結(jié)合，使各種設(shè)備在沒(méi)有電線或電纜相互連接的情況下，能在近距離范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)相互通信或操作[2]。藍(lán)牙應(yīng)用跳頻技術(shù)來(lái)確保鏈路的安全和抗干擾，跳頻技術(shù)把頻帶分成若干個(gè)跳頻信道，在一次連接中，無(wú)線電收發(fā)器按一定的碼序列不斷地從一個(gè)信道跳到另一個(gè)信道，而且只有收發(fā)雙方執(zhí)行此規(guī)律，可有效避免干擾。與其他工作在相同頻段的技術(shù)相比，藍(lán)牙跳頻更快，數(shù)據(jù)包更短，這也使藍(lán)牙比其他技術(shù)更穩(wěn)定。

藍(lán)牙如今已應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域的方方面面。在數(shù)控機(jī)床監(jiān)控方面，技術(shù)人員攜帶藍(lán)牙監(jiān)控設(shè)備，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)完整的狀態(tài)記錄，將數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行期間的任何波動(dòng)全部傳輸?shù)絻?chǔ)存設(shè)備中，利用通信端口上傳信息，為數(shù)控生產(chǎn)管理人員提供更多參考資料，當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)問(wèn)題時(shí)能及時(shí)處理。尤其是無(wú)線數(shù)據(jù)鏈路下實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)監(jiān)控能力，可以適當(dāng)干預(yù)機(jī)床運(yùn)行，如停止主軸或者系統(tǒng)停機(jī)等。在工業(yè)零部件磨損方面，利用檢測(cè)軟件結(jié)合磨損檢測(cè)材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，及時(shí)利用藍(lán)牙將磨損程度檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)较嚓P(guān)設(shè)備中進(jìn)行智能分析，并將結(jié)果告知技術(shù)人員進(jìn)行相關(guān)零件調(diào)整或更換。在工業(yè)生產(chǎn)的功率輸出方面，利用藍(lán)牙來(lái)調(diào)節(jié)設(shè)備的輸出生產(chǎn)功率，將其與標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行功率對(duì)比，發(fā)現(xiàn)異常并及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，將調(diào)整數(shù)據(jù)上傳。

2" 藍(lán)牙應(yīng)用于測(cè)控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

藍(lán)牙在數(shù)據(jù)采集方面擁有良好的優(yōu)勢(shì)，對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的發(fā)展具有推動(dòng)作用。因?yàn)槠渚哂袀鬏斁嚯x短、開(kāi)放性高的特點(diǎn)，能讓系統(tǒng)設(shè)備間的連接變得簡(jiǎn)便和高效，可以廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中進(jìn)行語(yǔ)音和數(shù)據(jù)的傳輸[3]，其低功耗的特點(diǎn)還能保障整個(gè)系統(tǒng)的能耗控制。而且藍(lán)牙還可以通過(guò)分組交換技術(shù)和電路交換算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，高效地保證信息的傳輸效率。另外，通過(guò)建立臨時(shí)的對(duì)等連接可以讓系統(tǒng)連接成微網(wǎng)，進(jìn)一步保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3" 測(cè)控系統(tǒng)電路控制原理與電路設(shè)計(jì)

在測(cè)控系統(tǒng)中要通過(guò)PC和運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行相應(yīng)的通信傳輸。上位PC通過(guò)寫(xiě)端口的形式將命令字發(fā)送到運(yùn)動(dòng)控制器的命令字鎖存儲(chǔ)器中，單片機(jī)根據(jù)控制線的狀態(tài)決定是讀取命令字還是距離字。當(dāng)單片機(jī)獲得指令后，就會(huì)按照指令的狀態(tài)位取反，同時(shí)返回上位PC，通過(guò)這種形式來(lái)表明正確接收到指令。當(dāng)單片機(jī)開(kāi)始執(zhí)行指令并完成后，又會(huì)把指令的原型發(fā)送到反饋應(yīng)答信號(hào)緩沖器中，利用上位PC結(jié)合其讀寫(xiě)信號(hào)線以讀端口的形式讀入應(yīng)答信號(hào)，從而表明單片機(jī)指令執(zhí)行完畢。此外，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)對(duì)單片機(jī)的TTL邏輯信號(hào)進(jìn)行接收和控制。當(dāng)單片機(jī)收到上位PC發(fā)出的命令字和距離字之后，就可以利用P1和P3接口對(duì)步電機(jī)進(jìn)行控制，讓其正常運(yùn)轉(zhuǎn)。而且當(dāng)單片機(jī)作為脈沖信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)需要的步進(jìn)脈沖時(shí)，需要先對(duì)定時(shí)器進(jìn)行初值設(shè)置，再啟動(dòng)定時(shí)器計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)歸零時(shí)，定時(shí)器則向單片機(jī)CPU發(fā)出溢出中斷請(qǐng)求。在CPU響應(yīng)中斷請(qǐng)求之后，再執(zhí)行其中斷子程序。每執(zhí)行一行中斷子程序，就要輸出電平取反一次。通過(guò)不斷地循環(huán)處理，得到相應(yīng)頻率的方波，進(jìn)而對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行更好的控制。

同時(shí)，由于不同的設(shè)備部件連接使用了大量的線纜，因此在一定程度上會(huì)造成測(cè)控系統(tǒng)內(nèi)部環(huán)境的混雜，導(dǎo)致PC無(wú)法與測(cè)量電機(jī)分離，同時(shí)單片機(jī)接口的線纜過(guò)多也不利于系統(tǒng)的后期升級(jí)。通過(guò)藍(lán)牙連接，則能有效減少線纜的使用，讓系統(tǒng)更加簡(jiǎn)潔。在設(shè)計(jì)中可將電路區(qū)分為兩部分，分別是上位控制單元電路和下位控制單元電路。上位控制單元電路由PC、單片機(jī)和藍(lán)牙模塊組成；下位控制單元電路由步電機(jī)、反饋隔離、單片機(jī)和藍(lán)牙模塊組成。在系統(tǒng)電路運(yùn)行期間，上位單片機(jī)能夠讀取命令字，并將其通過(guò)藍(lán)牙傳送給下位單片機(jī)，進(jìn)而控制步電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，并將執(zhí)行后的信息通過(guò)藍(lán)牙反傳給上位單片機(jī)，這樣可以有效地提高測(cè)控系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

4" 藍(lán)牙在測(cè)控系統(tǒng)中的發(fā)展應(yīng)用

由于測(cè)控系統(tǒng)軟件是藍(lán)牙模塊（以下簡(jiǎn)稱(chēng)模塊）與單片機(jī)聯(lián)系的主要渠道，所以在實(shí)現(xiàn)信息傳輸前，須對(duì)信息進(jìn)行封裝，再利用傳輸層的端口完成模塊的信息傳輸。而且模塊和單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸主要是利用串行接口先實(shí)現(xiàn)信息采集，再將信息進(jìn)行相互匹配，以保證其傳輸頻率的一致。同時(shí)還要保證數(shù)據(jù)格式和單片機(jī)的串口匹配，波特率相同，最終實(shí)現(xiàn)正常傳輸。藍(lán)牙還可以為測(cè)控系統(tǒng)傳輸指令，單片機(jī)通過(guò)協(xié)議給串口發(fā)送數(shù)據(jù)，對(duì)模塊的初始化處理等進(jìn)行相應(yīng)調(diào)控，在執(zhí)行命令后給模塊發(fā)送返回指令，并將有關(guān)數(shù)據(jù)保存。通過(guò)此方法使得模塊可以有效地進(jìn)行連接和數(shù)據(jù)傳輸，推動(dòng)藍(lán)牙在測(cè)控系統(tǒng)中的發(fā)展應(yīng)用[4]。

測(cè)控系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)控制器和伺服電機(jī)之前通過(guò)并行通信模式傳輸交換數(shù)據(jù)，而利用藍(lán)牙進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，則可實(shí)現(xiàn)異步通信，讓測(cè)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)更快速地進(jìn)行傳輸。具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：利用PC機(jī)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)芥i存器中，讓上位單片機(jī)通過(guò)查詢的方式獲取數(shù)據(jù)，然后通過(guò)藍(lán)牙向運(yùn)動(dòng)控制器傳輸數(shù)據(jù)，進(jìn)而保障運(yùn)動(dòng)控制器的數(shù)據(jù)得到有效判斷和規(guī)劃，避免出現(xiàn)混亂的局面。此外，藍(lán)牙在數(shù)據(jù)傳輸期間還要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，并通過(guò)程序狀態(tài)位切換技術(shù)對(duì)新舊數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)分。另外，通過(guò)藍(lán)牙還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描分析，了解其內(nèi)容信息的適應(yīng)性，再結(jié)合軟件系統(tǒng)的匹配性和簡(jiǎn)潔性進(jìn)行控制操作，進(jìn)而保障伺服電機(jī)運(yùn)作的穩(wěn)定性。在對(duì)轉(zhuǎn)位電機(jī)進(jìn)行控制期間，其對(duì)硬件基礎(chǔ)、通信次數(shù)等都有要求，所以在操作期間通過(guò)藍(lán)牙傳輸數(shù)據(jù)，能夠有效提高電機(jī)的操作效率，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位電機(jī)高速、精準(zhǔn)轉(zhuǎn)位，大大提高系統(tǒng)的適配度。

5" 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)階段，藍(lán)牙技術(shù)在我國(guó)處于高速發(fā)展中，我國(guó)研究人員還在不斷地對(duì)藍(lán)牙進(jìn)行優(yōu)化探索，使其能夠得到進(jìn)一步的發(fā)展[5]。通過(guò)對(duì)藍(lán)牙技術(shù)在測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究，可以進(jìn)一步推動(dòng)數(shù)據(jù)交換的優(yōu)化進(jìn)程。■

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