一种实用的蓝牙数控系统实时数据传输技术

一种实用的蓝牙数控系统实时数据传输技术
张飞;钱盟;程树林
【摘要】蓝牙是一种短距离无线通信技术,用于代替数字设备和计算机外设间的电缆连接以及实现数字设备间的无线网络,在通信、网络、芯片、软件等,甚至消费类电器和汽车制造等方面得到了广泛的应用.但是在工业控制领域的应用还非常有限.详细阐述了蓝牙无线技术在实时数据传输系统中的应用,对蓝牙的特点及关键技术进行了理论研究,并最终实现了与控制系统间的无线实时数据传输.实验结果表明蓝牙无线传输系统能够正确、稳定地实现与数控机床的无线数据传输,而不会对机床运行产生任何干扰.
【期刊名称】《现代电子技术》
【年(卷),期】2006(029)013
【总页数】3页(P91-92,94)
【关键词】PC;蓝牙技术;数控系统;无线实时数据传输
【作者】张飞;钱盟;程树林
【作者单位】安庆师范学院,安徽,安庆,246011;安庆师范学院,安徽,安庆,246011;安庆师范学院,安徽,安庆,246011
【正文语种】中文
【中图分类】TN919.72
1 引言
许多数控系统都较为封闭，主要还是借助传输距离长、抗干扰能力较强、技术成熟的有线串口来实现系统与外界的数据交换。

当系统出了问题时，主要根据控制系统上产生的错误报警信号来判断错误可能出在哪里。

如何能现场检测和维护系统，并将实时发现的系统问题以文字和图形的形式显示，是一项急需解决的问题。

近年来蓝牙无线技术的产生和广泛应用为这一问题的解决提供了一条新的思路。

本设计中我们采用常用PC机作为主控制器，借助近距离、高抗干扰的无线通讯技术(蓝牙
技术)来对控制系统的运行数据进行提取，并对控制系统进行无线遥控。

2 实现功能及系统整体结构
在本文中用蓝牙技术来取代传统的RS 232有线串行连接，PC机作为对控制系统
数据的接收终端和控制终端。

系统整体结构如图1所示，其功能主要包括：
网络识别 PC机在10(100)m范围之内发出连接指令，自动搜索附近的多台控制系统，并根据需要与其中的某一或几个系统建立无线连接。

无线实时数据传输工作人员通过PC机向数控系统发送命令，数控机床根据收到
的命令通过无线串口向PC机发送当前机床运行参数。

图1 系统结构
数据的显示及数据库保存 PC机接收到数据后显示在屏幕上，工作人员分析这些数据，并可根据需要将数据存入数据库，以备将来使用。

故障报警当系统运行发生故障时，PC机会接收到系统的报警信息，并根据信息的种类，显示各种故障提示。

数据库的调用维修人员能够随时调出数据库并对其中的数据进行查询、修改、删
除等操作。

数据的打印当PC机的数据库中有了一定量的数据之后，可将这些数据打印输出。

3 蓝牙系统仿真及虚拟串口分析
3.1 蓝牙系统仿真
蓝牙作为一项新兴技术，其关键技术包括：调频技术、纠错技术、微微网技术、安全性等。

另外蓝牙还包括复杂的协议栈体系，他是由底层硬件模块、中间层和高端应用层3大部分组成。

首先借助System View仿真软件对蓝牙系统进行仿真。

图2为蓝牙仿真试验的原理图，其中包括发射部分和接收部分。

发射部分有：PN码序列、高斯滤波器、放大器、调频序列、采样保持、FM。

接收部分有：解调、PLL锁相环、采样、放大。

仿真结果如图3，图4所示，分别为发射端波形和接收端波形。

图2 蓝牙系统框图
对仿真结果进行比较可以看出发射端的输出波形与接收端收到的波形基本一致，证明对仿真原理的设计是正确的。

通过仿真也对整个蓝牙系统有了一个较为深刻的认识。

图3 发射端波形
图4 接收端波形
3.2 虚拟串口分析
串行端口是如今通信设备中最常见的接口之一。

蓝牙协议栈定义了一个称为RFCOMM的串行端口抽象，其中定义了蓝牙RS 232串口电缆仿真的设备将用到的协议和过程，可以方便地在蓝牙无线链路上实现串行通信。

通过虚拟串口可以实现串口仿真，并为应用层提供API，任何现成的应用都可以在两个设备上运行。

在两个设备(如PC)之间建立虚拟串口时，RFCOMM以传输RS 232控制信号的方式创建了一个隐含的调制解调器。

两台设备(如PC机)可以借助蓝牙直接进行串口连接。

4 设备选择
目前PC机和数控机床上的工业控制计算机大多还没有在其主板上嵌入蓝牙收发模块，因此还不具有蓝牙功能。

考虑实际需要，为了降低成本及缩短开发周期，我们
选用市场上已有的深圳因泰克公司生产的HPS-120串口适配器。

他外形小巧美观，便于携带，操作简便，只要将HPS-120适配器代替串口电缆插入两个设备的串行端口上，无需二次开发，就可以实现串行端口间的无线通信。

5 软件设计
图5为系统流程图。

下面将简要地介绍整个软件设计过程。

图5 系统流程图
5.1 建立菜单、工具栏等用户界面和后台数据库文件
在设计中需要一个小型数据库来存放数控机床的参数，选用Access作为后台数据源。

利用Access的强大功能，可以轻松实现机床数据的存贮、编辑、修改、打印等功能。

5.2 虚拟串口通信
在设计中使用VB语言，利用VB实现串口通信通常有两种方法：调用API函数和使用VB的 Mscomm控件。

第一种方法需声明及调用许多API函数，十分繁琐。

第二种方法较为简便，开发周期短。

对于本次设计，由于已选用了HPS-120串口适配器，串口设计采用Mscomm控件。

蓝牙协议中提供了一个串口抽象，只需利用Mscomm控件就可以打开并实现连接。

mPort = 8
′蓝牙协议提供其中一个串口
Comm1.Settings = "9600,N,8,1"
If Comm1.PortOpen = False Then
Comm1.PortOpen = True
工作时可以控制PC机搜索附近的数控机床，并将搜
索到的机床图标显示在屏幕上。

只要点击其中一个图标便可对这台机床实现串行连接。

图5为PC机软件运行界面。

图6 PC端软件运行界面
6 结语
本文提供了控制系统与常用PC机间通过蓝牙实现实时数据传输的一种解决方案。

提出了蓝牙无线技术在工业控制领域中的全新应用。

参考文献
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