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蓝牙技术是现今技术最复杂的一种无线通信技术。蓝牙技术的复杂性并不体现在它的硬件上而是体现在其协议本身的庞大和兼容性上。要实现以蓝牙为数据链路的应用, 技术路线的探索和确定是一个关键环节。
根椐数控系统的整体设计要求, 系统平台为Windows NT操作系统。研究的总体目标是“以蓝牙无线通信技术为传输载体, 实现数控主机与外围PC和便携设备的互连, 完成数据在数控主机与外围PC及便携设备的互传, 以实现对数控系统的实时监控和高效率维护。”在总体目标确定的情况下, 在组织研究的基础上确定了以下三种技术路线:
(1) 独立开发蓝牙的HCI层以下协议栈以及上层独立的通信协议, 在此基础上完成系统控制和收发模块的开发工作, 实施对接后完成整个开发工作。这一方法无疑是最具吸引力的一种方法。其优点有:
①可以独立掌握蓝牙的核心技术;
②蓝牙的所有指令可以在控制模块中直接得以执行, 我们可以直接控制蓝牙设备的工作状态、设备连接、通信速率和通信时机;
③减少HCI层以上的协议层, 加快程序执行速度。
这种方法所需的工作量极大, 蓝牙设备的驱动程序、HCI层以下协议栈和HCI上层控制模块在短时间内独立完成。
(2) 利用第三方提供的蓝牙开发平台, 开发出所需的通信模块。这种方法的优点是开发周期短、开发难度低, 但需购买蓝牙开发平台。
(3) 利用蓝牙市场上成熟的蓝牙设备, 以蓝牙的RFCOMM上层协议栈为平台, 开发蓝牙通信模块。
图2 第三种技术路线的通信模型
这种方法的优点是投资少、开发相对容易。
我们对第一种方法和第三种方法都做了研究, 在综合考虑后最终采用第三种技术路线开发成功, 其通信模型如图2。
3.系统设备选型及网络组织
3.1 蓝牙的拓扑结构蓝牙支持点对点和一点对多点的通信, 最基本的网络组成是微微网。微微网由主设备单元和从设备单元两种设备单元构成。主设备单元负责提供时钟同步信号和调频序列。而从设备单元一般是受控同步的设备单元, 并接受主设备单元的控制。在同一微微网中, 所有设备单元均采用同一调频序列。每个从设备单元的起始频率和占用信道由主设备单元控制。一个微微网中, 一般只有一个主设备单元, 而从设备单元目前最多可以有7个。不同的微微网之间可以互相连接。
图3 蓝牙微微网拓扑结构
设备选型要想实现数控系统与蓝牙监控系统之间的数据传输, 数控系统和蓝牙监控系统上必须有相应的蓝牙硬件。设备选型涉及到数控系统和蓝牙设备软硬件, 整个系统必须能够紧密配合, 否则无法实现系统的整体功能要求。系统的设备选型决定了整个系统的硬件成本、开发平台、软件开发难度、开发周期等一系列问题, 是一个系统工程, 关系到整个系统的研发成败。设备选型主要集中在数控系统本身蓝牙设备的选型和蓝牙监控设备的选型上。
图4
在数控系统本身的设备选型上, 我们采用了IPC+蓝牙USB Dongle的硬件组合, 它具有以下优点:
•系统的成本低。IPC和蓝牙USB Dongle都是成熟的工业产品, 销售渠道多采购方便, 采购成本低。
•便于开发平台的选择和统一。IPC严格符合业界的各种PC机标准, PC机的操作系统和丰富的软件开发平台都可以使用。蓝牙USB Dongle符合蓝牙1.1技术规范, 蓝牙丰富的上层协议为我们实施开发提供了丰富的协议接口。
•蓝牙USB Dongle 与数控IPC是独立的硬件,大大增加了硬件的灵活性, 避免了硬件的独特性给采购带来的麻烦。
蓝牙的固定监控主机基本与数控系统本身的相同, 可以采用IPC +蓝牙USB Dongle或笔记本PC +蓝牙USB Dongle的组合。