西安電子科技大學 胡 江 趙 謙
摘要：將藍牙技術應用工業控制的現場，是一種比較大膽的設想。本文就藍牙在變電站自動化控制方面的應用作一探討，并簡要介紹CSR公司單片藍牙產品BlueCore01。
關鍵詞：藍牙 無線通信 數據 變電站 自動化
引言
藍牙技術是用微波無線通信技術取代數據電纜來完成點對點或點對多點短距離通信的一種新型無線通信技術。利用藍牙，可以將需要數據和語音通信的各個設備之間連成一個PICONET網（即微微網），或將幾個PICONET網進一步互連，組成一個更大的SCATTERNET網（即分布式網絡）。
在工業現場中，短程的無線連接有著廣泛的應用需求，但一直沒有一個很好的解決方案。紅外無線連接，由于距離太短，且必須在同一直線上，中間不能有任何障礙物等不足，而限制了它的應用。將藍牙技術應用于工業控制現場，用微波取代紅外，既克服了紅外缺點，又降低了施工的難度和建設成本，是一種有創造性的設想。下面我們就變電站自動化控制方面的現狀，探討引入藍牙的可行性。
在變電站現場中，最下層是進行測量、轉換和控制的儀表。它們采集各個變壓器的數據，返回上位機進行處理，或接收上位機發送來的控制命令和控制參數。目前這些數據通信是由串口（RS232或RS245接口）通信實現的。但其麻煩的走線以及抵抗惡劣環境、電磁和無線電干擾所需要的物理保護和電磁屏蔽帶來的諸多不便，使得工業環境中要求長時間、連續、可靠、完整地傳送數據不能得到保證。對于這種多點對單點的數據通信網，完全可以用藍牙PICONET網來替換。其優點表現在：
①取代了大量短程連接所用的電纜，尤其是電纜無法到達的地方，藍牙具有更大的優勢；
②以前的應用程序可以不做任何或很小的修改，升級成本小；
③降低變電站建造成本，這也是藍牙技術的一個顯著特點；
④由于藍牙設備本身的功耗十分小（最大不過100mW），因此藍牙設備的射頻不會對其它設備造成影響。
1 BC01芯片和開發工具BLUELAB介紹
BC01(BlueCore01)是CSR（Cambridge Silicon Radio）公司設計的一款單片藍牙產品。它集無線設備、微處理器及其帶電路于一體，采用標準的0.35μm的CMOS工藝。通過外圍的存有藍牙協議的Flash ROM，可提供完全兼容的數據和語音通信。經過優化設計，所需的外部RF元件很少，允許主板的快速設計，因此能以最低的成本，實現最短的產品面市時間。
其主要特點如下：
①符合BluetoothV1.1規范；
②帶有USB和UART主接口；
③可編程的PCM接口，支持13-Bit 8kss -1雙向串行的同步語音傳輸；
④內含的數字轉換器，可進行線性PCM（脈沖編碼調制）、A律PCM、μ律PCM和CBSD（連續變化斜率增量調制）間的相互轉換，編解符合高至HCI層的藍牙控制協議；
⑤采用3.15V單電源供電，支持PART、SNIFF、HOLD多種節電模式；
⑥支持所有的包類型以及多達7個從設備的微微網（Piconet）；
⑦芯片內含鏈路控制、鏈路管理、HCI以及可選的L2CAP、RFCOMM、SDP等多層軟件協議棧，可以直接使用；
⑧提供VM（Virtual Machine）機制。內嵌16位的RISC微處理器，運行協議棧的同時還可以運行下載到Flash ROM中的用戶程序，實現真正意義上的單芯片。其結構框圖如圖1所示。
Bluelab是專門針對BlueCore的仿真開發系統，它在PC上模擬BlueCore01的環境，從而方便開發基于BlueCore01上運行的應用程序。它包括了Compiler、Emulator/Debugger、Documentation以及一些源代碼例子。Bluelab還提供了藍牙協議棧BlueStack，支持SDP、L2CAP和RFCOMM等高層協議。用戶可以通過UART/USB接口來調用BlueStack，也可以通過虛擬機（VM）來訪問BlueStack。
2 系統方案設計
整個系統分為前端數據采集和PC端數據管理兩大部分。
前端數據采集框圖如圖2所示。
由于BC01內部資源及引腳有限，因此前端的數據采集和控制由單片機80C196來完成，其串口與BC01的串口連接，BC01作為一個數據傳送通道。這樣做的優點是：不需要改動原來的程序，便于對基于RS232、RS245結構的老系統進行改造。變壓器上的高電壓大電流首先要轉變成可供采集的安全電壓（0～5V），經A/D變換后由16位的單片機80C196讀入，進行相應的計算處理后，送入BC01。BC01將數據打包后，通過與MASTER建立的空中連接發送PC。同時，BC01也會接收PC發來的控制命令，送至單片機，由單片機分析后控制相應的閘刀做出動作。
整體的系統結構如圖3所示。
連接PC的BC01作為主機，它會自動搜索其查詢范圍內的藍牙設備，將所查詢到的藍牙設備作為從機加入PICONET網。因為每塊從機都有唯一的BD_ADDR（Bluetooth Device address），因此，主機可以區分識別每一個從機并對其進行控制。
3 軟件結構
軟件設計是基于L2CAP層進行開發的，從機功能是接受主機的查詢、連接請求，或者詢到已存在的PICONET后，將自己加入PICONET。從機的功能簡單，全部程序代碼可以放在BC01的Flash ROM中運行。主機由于要負責管理整個PICONET，并對各個從機進行控制和管理，這使BC01提供的資源已不能滿足。因此將L2CAP協議層以上的軟件放在PC上運行，并通過HCI接口與PC通信。軟件結構如圖4所示。
結語
在變電站現場，中心控制室與各個變壓器的距離100m以內。目前大功率的藍牙芯片已經可以達到100m的覆蓋范圍，完全滿足實際應用。此套方案的實驗室聯機調試已經完成，達到初步設計要求。下一步是將此套方案應用到實際的變電站現場，進行現場調試，對系統進一步完善。
