藍(lán)牙技術(shù)在短距離無線遙控中的應(yīng)用

藍(lán)牙技術(shù)在短距離無線遙控中的應(yīng)用

短距離無線電遙控有很大的應(yīng)用需求，但由于射頻電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試較為復(fù)雜，對人員和設(shè)備的要求較高。因而限制了其使用范圍。

藍(lán)牙技術(shù)提供低成本，短距離的無線通信。支持點(diǎn)對點(diǎn)，一點(diǎn)對多點(diǎn)的雙向數(shù)字傳輸。工作在2.402～2.480GHz的ISM頻段。數(shù)據(jù)速率 1Mb/s，糾錯(cuò)編碼采用1/3率的重復(fù)碼，2/3率的漢明碼，跳頻頻率數(shù)79個(gè)頻點(diǎn)，跳頻速率1600次/秒，發(fā)射距離 Class2級的模塊為10m左右，Class 1 級的模塊可達(dá)100m。

將藍(lán)牙模塊用于無線電遙控系統(tǒng)，把無線射頻部分的工作交由藍(lán)牙模塊完成。使遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)變得簡單方便。

無線遙控發(fā)射機(jī)
無線遙控系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)的組成框圖如圖1所示。

圖1 發(fā)射機(jī)的組成框圖

它有三路模擬量（操縱桿）輸入、六路開關(guān)量（按鍵）輸入。微控制器選用TI公司的MSP430F2274單片機(jī)，主要優(yōu)點(diǎn)是低功耗。藍(lán)牙模塊使用的是Stollmann公司BlueRS+ Class1模塊。

發(fā)射指令編碼：六個(gè)開關(guān)量全部狀態(tài)的組合有64組碼。由于實(shí)際有效編碼的組數(shù)遠(yuǎn)小于全部狀態(tài)組合碼數(shù)。并且用2字節(jié)（16bit）的長度表示開關(guān)狀態(tài)有效組合編碼，故采用加大碼組間漢明距離，使用具有糾錯(cuò)功能的分組碼作為開關(guān)狀態(tài)的傳輸編碼。

發(fā)射機(jī)指令編碼每20ms發(fā)送一幀。每幀數(shù)據(jù)的格式如圖2所示。

圖2 發(fā)射機(jī)指令幀

一幀數(shù)據(jù)18字節(jié)。幀頭字段占4字節(jié)，其中第4字節(jié)是幀序號，以256為模；模擬1、模擬2和模擬3這三個(gè)字段各占2字節(jié)，分別是1號、2號和3號操縱桿的位置信息的數(shù)字量編碼； 開關(guān)1字段占2字節(jié)，是表示六路開關(guān)狀態(tài)的編碼；開關(guān)2和開關(guān)3字段分別是開關(guān)1字段的重復(fù)，目的是增加抗干擾能力。接收機(jī)在對該信息解碼時(shí)，接收到的開關(guān)1、開關(guān)2和開關(guān)3這三組碼中只要有一組碼的誤碼沒有超出可糾錯(cuò)的范圍，即可正確執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。不必再等待接收下幀數(shù)據(jù)，可減少延遲時(shí)間。

藍(lán)牙模塊與微控制器的連接如圖3所示。微控制器把代表指令編碼的組幀信息傳送給相連的藍(lán)牙模塊，由該藍(lán)牙模塊經(jīng)由無線信道發(fā)送到與接收機(jī)相連的另一只藍(lán)牙模塊，由它將數(shù)據(jù)傳給接收機(jī)的微控制器。

圖3 藍(lán)牙模塊與微控制器的連接

發(fā)射機(jī)微控制器程序
發(fā)射機(jī)程序框圖如圖4所示，微控制器執(zhí)行讀開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)編碼、讀操縱桿、組幀等指令所需要的時(shí)間很短，多數(shù)時(shí)間是等待20ms定時(shí)。當(dāng)20ms定時(shí)器中斷時(shí)就設(shè)置定時(shí)標(biāo)志有效。主程序見到定時(shí)標(biāo)志有效，就將已準(zhǔn)備好的組幀數(shù)據(jù)移到發(fā)送緩沖區(qū)，并且啟動(dòng)串口開始發(fā)送數(shù)據(jù)。串口發(fā)送使用中斷方式。

(a)中斷程序框圖

(b)主程序框圖

圖4 遙控發(fā)射機(jī)程序框圖

發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)為每20ms發(fā)送一幀遙控指令，是為了和遙控對象中的一種模型舵機(jī)相配合。

微控制器與藍(lán)牙模塊使用串口通信，波特率選為9600b/s。一幀數(shù)據(jù)長18字節(jié)，發(fā)送占用時(shí)間約：
18字節(jié)×10位×（1/9600）秒≈18.75ms

需傳送信息（遙控指令編碼）的信道編碼及其糾錯(cuò)、跳頻時(shí)序控制等工作則由藍(lán)牙模塊在其內(nèi)嵌的藍(lán)牙協(xié)議操作之下完成。

接收機(jī)
遙控接收機(jī)的組成原理框圖如圖5，藍(lán)牙模塊與微控制器相連，藍(lán)牙模塊收到的遙控發(fā)射機(jī)發(fā)出的含有遙控指令編碼信息的數(shù)據(jù)傳給微控制器。由微控制器對該指令編碼進(jìn)行譯碼、變換后經(jīng)由相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路隔離和放大，然后控制對應(yīng)的被控對象動(dòng)作。

圖5 接收機(jī)的組成

遙控接收機(jī)的微控制器收到的信息理論上應(yīng)是和圖2所示相同的發(fā)射機(jī)指令編碼數(shù)據(jù)。但由于數(shù)據(jù)在傳輸過程中經(jīng)由射頻無線傳輸,更有可能因干擾等原因出現(xiàn)誤碼，使得接收到的信息與發(fā)送方的信息不一致，這就需要再次對收到的編碼信息進(jìn)行糾錯(cuò)處理。對開關(guān)量信息采取加大碼組間漢明距離的方法增加糾錯(cuò)能力。而對操縱桿位置這類模擬量則是采取連續(xù)多次滑動(dòng)濾波的方法來減小誤碼的影響。

結(jié)語
實(shí)測在收發(fā)相距70m，且無遮擋的情況下，接收機(jī)未出現(xiàn)拒動(dòng)或誤動(dòng)的情形。距離100m時(shí)工作不可靠。從發(fā)射機(jī)按下開關(guān)到接收機(jī)對應(yīng)端口響應(yīng)動(dòng)作，其延時(shí)約50～70ms。

由于是短距離遙控，操作者能目視被控對象的響應(yīng)狀態(tài)。為簡單起見，僅用前向信道傳送遙控指令。未使用反向信道。