0 导言
跟着射频技能、微电子技能及集成电路的开展，无线通讯技能运用深化各范畴，数据搜集范畴中引进无线通讯技能，能够处理某些如高腐蚀性、现场无法完结明线衔接等环境的数据搜集问题，战胜有线网络布线费事和保护困难，进步搜集体系的适应性。蓝牙(BLE)4.0作为一种新式的无线数据通讯技能，首要具有以下特色：作业在2.4GHz的ISM频段，极低的运转和待机功耗;运用1Mb/s速率以到达最大约束带宽;AES—128加密等[1，2]。本文根据蓝牙4.0完结试验室无线信息搜集。
1 体系硬件规划
1.1 体系构成和作业原理
体系由数据搜集器、BLE终端节点、BLE和谐器节点、上位机等部件构成，选用BLE4.0的无线数据传输技能，把搜集到的数据搜集到一个BLE和谐器中，并由上位机完结对数据的显现和处理，体系的全体结构如图1所示。其间数据搜集终端首要完结电流、温度、湿度等参数的搜集;BLE终端节点首要完结从数据搜集终端接纳数据，并经过无线通讯方法发送接纳的数据，或许接纳BLE和谐器节点发送的操控指令进行操控;BLE和谐器节点是整个网络的发起者，办理整个网络的规划，存储有BLE网络中各个节点的信息。担任BLE网络中的和谐器的人物，首要任务便是组成和保护一个网络，搜集BLE网络中各个节点宣布的信息，经过RS232接口把数据传到上位机;上位机接纳BLE和谐器节点传来的
信息，并处理和显现数据。
1.2 和谐器与终端器节点电路规划
终端节点电路首要有数据搜集电路、数据处理单元电路、信号指示电路、无线传输模块接口电路、按键电路、继电器操控电路及供电电路等。原理图如图2所示，数据搜集电路要搜集的信息含试验室负载电流、环境信息(温度、湿度等)及烟雾浓度信息。体系由霍尔传感器搜集负载电流、温度传感器DS18B20搜集环境温度信息、湿度传感器DHT11搜集环境湿度信息、烟雾传感器搜集烟雾浓度信息;数据处理单元电路以STC12C25A60S2为中心进行数据处理，图中R9、C4构成处理器复位电路，由X1、C4、C5决议体系时钟电路，P1、P2为规划无线传输模块与处理器的电路衔接端口，完结处理器与无线收发模块CC2540无线数据传输。其间P1.0、P1.4和P1.1口用于指示网络状况;Q1为继电器操控电路，首要用来操控试验室供电和门禁体系。当试验室门禁授权后，处理器给三极管一个低电平信号，继电器吸合，给试验室供电。当试验室内出现异常状况时(如电流过大、有烟雾等)，处理器给三极管一高电平，继电器开释，堵截试验室供电。和谐器节点电路去除数据搜集模块，添加RS232串口转化电路，选用MAX223双通道转化芯，MAX223的R1OUT引脚接CC2540的P0.2引脚，T1IN引脚接CC2540的P0.3引脚，经过它完结PC绑定数据、用户数据指令、节点信息及网络信息数据等数据或指令的传输，然后构成节点运用软件渠道与和谐器节点上位机软件渠道之间的接口。在体系中，5V为STC12C5A60S2供给电源，3.3V为CC2540无线数据传输电路供给电源，电源体系由三端线性稳压器U1、U2构成。
1.3 无线传输模块电路规划
因为CC2540将8051内核与无线收发模块集成到一个芯片傍边，因此简化了电路的规划，省去了对单片机与无线收发芯片之间接口电路的规划。该电路规划原理图如图3所示。该原理图首要包括3.3V电源滤波电路、芯片晶振电路、天线电路、入网指示电路及复位电路6部分。接口电路由CC2540的I/O引出，添加无线模块的通用性;为得到更好的电源功用，电源滤波电路挑选了适宜的去耦电容对电源进行滤波，该部分电路参阅TI公司滤波电容组规划;CC2540作业需要两个时钟晶振，第一个为32MHz，为无线收发时钟;第二个为32.068KHz，为休眠方式供给时钟。C17和C18为32MHz晶振的负载点电容，电容值取决于负载电容的巨细。C17和C18的典型值为12pF。电路中选用非平衡天线加上一个非平衡变压器构成一个天线电路。由上拉电阻和按键组成，完结低电平复位。
2 体系软件规划
软件是功用得以完结的要害，软件规划包括传感器数据的搜集、终端节点数据收发、和谐器节点数据收发、及上位机数据实时显现与数据办理等。
2.1 和谐器与终端器软件规划
和谐器与终端器软件的软件规划按模块化的规划思想来完结，选用言语编程，在IAR集成开发环境中完结，首要有信息搜集、终端器无线发送、和谐器无线收发等软件规划，其流程如图4、图5及图6所示。
2.2 上位机办理界面软件规划
上位机首要完结以下功用：1)经过RS232串口通讯完结与外设的通讯;2)数据实时显现;3)数据办理的完结。考虑到上位机软件的通用性及可操作性，上位机软件选用方便快捷的LabVIEW编写办理程序。LabVIEW由美国NI公司研制开发，LabVIEW运用的是图形化修改言语G编写程序，发生的程序是框图的方式。在LabVIEW开发环境下，对搜集到的数据进行数据显现等功用，使整个体系的功用愈加完善。和其他编程言语相同，在LabVIEW中也存在子程序的概念，在LabVIEW中的子程序被称作子VI。将整个程序划分为若干模块，每个模块用一个或许几个子VI完结，易于程序的编写和保护;子VI能够代码复用。办理界面软件程序框图如图7所示，表1给出了本体系用到的几个通讯模块的根本特色的描绘。
3 体系测验
体系测验时用3块BLE模块和一个作为和谐器节点组成无线网络。用串口调试东西检查当时的组网信息。当节点设置好后，开端先检查终端器宣布的信息，图8示出了运转成果，显现当时温度、当时湿度与当时电流。测验标明本体系运转杰出，无线网络通讯成功。
4 结束语
文中选用射频芯片CC2540和微处理STC12C25A60S2规划了数据信息搜集体系，完结了作业频率为2.4GHz的合适BLE协议的无线数据传输。结合硬件电路的特色和体系的功用要求，编写了整个体系软件。本体系操作界面简洁、明晰，具有杰出的人机操作界面。但节点不合法侵入、信息损坏的安全问题及构成较为杂乱的网络拓扑结构研讨仍有许多新的应战。
