[实用新型]利用并行技术的基于点对点通讯的蓝牙通信系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及蓝牙通信技术，特别涉及一种利用并行技术的基于点对点通讯的蓝牙通信系统。

背景技术

根据实际经验，一般的数据采集系统往往需要在工作环境“不稳定”的情况下工作。例如在医用超低温冰箱温度实时监控系统中，各采集节点（医用冰箱）的数量及摆放位置经常根据工作需要而发生变化。因此在实际应用中，各节点间的通信方式更多地是采用无线方式。蓝牙是一种低功耗、低成本的无线通信技术，主要优点是可以随时随地用无线接口来代替有线电缆连接，具有很强的移植性，可应用于多种通信场合。因其功耗低所以对人体危害小，而且蓝牙集成电路应用简单、成本低廉、实现容易，易于推广。在一些特殊场合（如医院等）对无线设备的使用频段有严格的要求，否则容易产生设备间的相互干扰而产生严重的后果。而蓝牙技术工作在全球通用的2.4GHzISM（工业、科学、医学）频段，并特别设计了快速确认和跳频方案以确保链路稳定，且低功耗的特点也更加符合这类环境的使用要求。另一方面无论从硬件成本还是技术开发成本，蓝牙技术都相对其它无线通信技术更为低廉。而且随着节点的增加其价格优势更加明显。因此在此类情况中，采用蓝牙无线通信无疑是一种最佳的解决方案。

从开发应用的角度来说，最为简单快捷的方案即采用现成的蓝牙串口模块，它封装了底层的蓝牙通讯协议。用户无需深入了解蓝牙底层通讯技术，只需通过模块提供的AT指令对模块进行设置，配对成功后实现数据的串行透明传输。例如广州汇承信息科技有限公司生产的HC-03工业级蓝牙串口模块（HC-05为民用级，兼容HC-03）是目前市场占有率较高的产品之一，技术相对成熟可靠且提供完备的技术资料方便开发应用，相对低廉的价格更适合实际使用。

但是，因模块间只支持一对一通讯，在多点实时数据采集系统中只能采用分时轮询方式使用。尽管有支持一对多通讯的适配器产品供选择，但一方面它不提供二次开发接口等技术资料，使用非常不方便。另一面根据蓝牙基带层协议，在一对多的连接方式中，多个单元形成一个匹克网（piconet）,而一个匹克网最多也只有7个活动从单元，当节点数大于7时就无法满足实际使用需求了。

图1显示的是多点实时数据采集系统的一种典型方案：各采集节点由传感器、数据采集模块及通讯适配器组成。根据需要采集的不同参数选择不同的传感器，如温度、湿度、二氧化碳浓度等，数据采集模块负责将传感器信号进行处理（如模数转换、公式计算、数据编码等）后，将数据通过通讯适配器发送给主机系统（包括计算机硬件及采集系统软件）。根据不同需求，通讯适配器间的通讯可以是有线或无线，通讯适配器与主机的通讯接口一般地可以是网络、USB、串口等。

例如，在医用超低温冰箱温度实时监控报警系统中采用上述方案，考虑的系统应用环境、成本、技术可行性等多种因素，项目中的通讯适配器采用广州汇承信息科技有限公司的HC-03/05蓝牙串口模块实现无线通讯。该模块封装了蓝牙底层通讯协议，上电后根据用户设定自动完成主从配对，实现一对一的串口透明传输。

该模块是基于蓝牙串口协议实现的无线传输，因此从本质上只能实现模块间一对一的传输。因此在多点数据采集系统中，只能采用分时轮询的方法实现多点数据采集。即主机系统的主模块与某一传感器节点的从模块完成配对并完成数据通讯后重新复位，再与下一个节点从模块配对，配对成功后再完成该节点数据采集传输。该方法存在的问题是，主从模块间的完成配对的时间较长，尽管可以通过一些参数设置缩短配对时间，但根据实际经验至少也需要3秒左右的时间。随着节点的增加，整个系统的轮询周期就会越来越长。这样对于实时性要求较高的系统，就限制了节点的数量。

在该技术方案中，系统主机通过串口连接蓝牙串口主模块，各节点连接从模块。配对连接由主模块发起，找到指定的从模块后自动完成匹配，即可实现透明传输。主模块与某一从模块完成一次数据通讯的时间主要包含两部分：蓝牙模块间配对时间和数据传输时间。对于一般的数据采集系统完成一次数据传输的时间为毫秒级，相对于几秒甚至十几秒的蓝牙模块配对时间来说可以忽略不计，因此完成一次通讯所需的时间可以看成模块间的配对时间。当忽略主模块每次通讯间的复位时间时，可以得到整个多点数据采集系统的轮询周期：轮询周期≈模块配对时间×模块数量。

显然，在一个数据采集系统中随着采集节点数量的增加，其轮询周期会变大，整个系统的实时性将变差。模块的配对时间又是由模块本身或者说蓝牙协议本身决定的，用户无法改变。当实际的需求对系统的实时性有较高的要求的情况下，就限制了节点的数量，大大降低了该方案的适用范围，这也是目前该技术方案的最大缺点。

实用新型内容