基于Bluetooth技术分布式测试系统研究

2019-11-03 17:58:50

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供稿：网友

　　 1 引言

　　传统的分布式网络测试系统,设备多,连线复杂,系统相对固定；若移至它处进行测试,需要重新建立连线和工作环境;若添加新测试仪器,需要重新建立网络环境,这样增加了管理系统的复杂度。如果采用Bluetooth分布式测试系统,就可以解决这些问题。因为它可以直接进入网络,以无线方式与其它蓝牙设备进行通信;不需建立数据连接和进行参数设置,就可以工作。

　　2 Bluetooth技术的简介

　　2.1 Bluetooth技术概念

　　Bluetooth技术是一种无线通信、开放性的全球技术和规范,它以低成本、近距离、无线连接为基础,为固定与移动设备通信建立一个特别的连接。蓝牙设备工作在2.4GHz的ISM(industry,science and medicine)频段,发射范围一般可达10m。采用Bluetooth技术设备的数据交换速率将可达到720k bit/s。

　　2.2 Bluetooth技术的功能

　　提供电路交换和分组交换两种技术，能满足不同场合的应用。

　　支持点对点(point to point PRotocol,PPP)和一点对多点的通信。Bluetooth用微微网代替或简化小区域（10米左右)的电缆连接。

　　抗干扰性好。Bluetooth采用跳频扩频技术，减少了干扰,并降低了衰减。

　　纠错。Bluetooth采用FEC(前向纠错)方案，减少了数据重发的次数,降低了传输负载。

　　鉴权和保密。物理层的蓝牙基带部分为用户提供保护和保密机制。鉴权允许用户个人的蓝牙设备建立一个信任域。加密用来保护连接中的个人信息。网络传送协议和应用程序为用户提供了较强的安全机制。

　　2.3蓝牙协议模型

　　蓝牙协议模型的分层简化如图1所示，物理层就是蓝牙的无线接口层（Radio）。核心协议有：BP（Baseband protocol)、LMP(link manager protocol)、L2CAP(logical link control application protocol)、RFCOMM(radio frequecncy communication)等。核心协议中的BP可以提供面向连接(SCO)业务和无连接(ACL)业务。一般,SCO用于分组数据业务,可靠性高，实时性却差。而ACL用于话音传送,实时性好，但可靠性差。

　　LMP负责建立和解除主从设备单元间的连接,以及鉴权和加密。L2CAP向RFCOMM等层提供SCO和ACL。基带数据业务可以越过LMP而直接通过L2CAP向高层协议传送数据。RFCOMM可以仿真串行电缆接口协议(如RS232等)。通过RFCOMM,蓝牙可以在无线环境下实现对高层协议,如PPP、TCP/ip等协议的支持。它还支持AT命令集,实现移动电话和传真机及调制解调器之间的无线连接。还有应用协议(可选协议):PPP、UDP/TCP/IP等,它与OSI模型中的应用协议的含义一样,不再赘述。

3 Bluetooth技术测试系统的设计

　　3.1 嵌入式Bluetooth信号调理模块方案

　　将Bluetooth模块和信号调理模块集成一块芯片，同时也将软件上层协议固化在芯片上。芯片可以通过USB或者UART接口与主机连接，或者直接与蓝牙协议兼容的外设（如PC、移动通信设备等）实现无线通信，完成数据、语音及图像的采集、处理、显示，甚至打印和成为网上资源等。

　　3.1.2 硬件组成结构

　　由智能天线、Bluetooth模块、信号调理模块三大部分组成嵌入式信号调理模块（BTSCM）。

　　3.1.2.1 智能天线

　　收发信号。采用智能天线，降低多址干扰，提高了天线的容量和效率。而且，智能天线价格低，降低了系统成本。

　　3.1.2.2 Bluetooth模块

　　由收发机、基带控制器、存储器、处理器、USB和UART接口以及语音编码解码器等组成。

　　收发机：实现蓝牙的无线功能，它与基带协议模块进行数字通信。

　　基带控制器：把数字信号写入收发器和从收发器读出数据,执行蓝牙的功率管理等任务。

　　存储器:程序存储器,固化软件上层协议;数据缓冲存储器,存放数据信息。

　　处理器:是对蓝牙性能的增强,管理蓝牙协议械、USB和UART接口等。

　　语音编码解码器(Acoded):对收到的语音进行编码和发送的数据进行解码处理。

　　3.1.2.3嵌入式BTSCM模块

　　图2是BTSCM,它主要由输入通道、信号调理以及接口控制器等组成。输入通道(包括传感器):完成非电量信号的转换;信号调理:对信号进行采集、增益放大/衰减、A/D转换、滤波/线性化等处理;接口控制器实现测试处理模块与蓝牙模块数据传输控制。

3.2 Bluetooth分布式测试系统

　　图3 Bluetooth分布式测试系统

　图3是由嵌入Bluetooth的设备（与蓝牙协议兼容的设备)组建的分布式测试局域网系统。BTSCM就是被入式蓝牙信号调理模块。被测系统经过电缆连到BTSCM,再由BTSCM接入局域网(注:图中的虚线表示无线链接);其它各个设备也连接到局域网的蓝牙接入点,这样就可以实现到有线局域网的无线数据通信。而且如果当两个蓝牙设备互相进行彼此的范围之内(一般10米之内),蓝牙协议就会自动扫描蓝牙设备,并交换信息互相知晓彼此的功能,然后进行连接,访问它方的资源。这样,可以省去电缆,建立轻松的工作环境;便于移动设备,增添新的测试工具,减轻了系统管理负担;而且有利于资源共享。

　　本系统的软件设计应具有以下功能:

　　·设置及故障诊断

　　·能自动识别其它蓝牙设备

　　·取代电缆连接

　　·与外设通信控制和管理

　　·音频通信与控制

　　·信息提示

　　·数据库管理

　　·资源共享

　　3.3拟解决的技术

　　信号调理技术,主要涉及到采集速率和信息的失真处理技术,以及处理算法,这是测试系统的重要技术。

　　蓝牙技术,是测试系统的关键和核心技术,是一大难点,也是当前的热门技术,它主要包括Bluetooth协议樵技术、通用应用规范技术和安全保密技术等。

4 结束语

　　此系统适合于干扰强度较大和近距离分布式测试场合。由于蓝牙中采用了跳频扩频技术,扩频后的信号功率密度非常低,而且扩频信号与伪随机信号很难区别。因此,可克服各种窄带无线系统的难题:受干扰、信号被抑制/拦截、失真，即使在干扰较强的地方也可以实现可靠的数据无线通信。目前，由于蓝牙技术还没有完全成熟，数据传办理速率较低，可能会限制系统的性能，但随意蓝牙技术的不断完善，无线网络的分布式测试系统的应用前景十分看好。

摘自《仪器仪表学报第3期增刊》

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