石立 胡文

摘 要：随着无线技术的发展，越来越多的无线技术应用于现代工业，蓝牙无线传输技术，作为近距离无线传输的一种，抗干扰能力强，功耗低，已得到越来越广泛的应用。该文给出了基于蓝牙传输的无线数据采集系统的设計思路，将蓝牙无线传输技术与传统数据采集系统相结合，减少了线缆连接形式，拓展了其应用场合。

关键词：无线传输 蓝牙 数据采集 测试系统 单元模块

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（a）-0252-02

民用飞机液压系统地面模拟试验数采系统主要用于飞机液压能源系统的地面模拟试验，完成试验中各项静态参数的测量，压力脉动试验中信号数据的记录、分析处理，以及各种试验状态性能参数的分析计算，并根据试验测量所记录的数据生成图形曲线；进一步用于飞机液压系统的设计验证、校正、改进。

现有的数采系统一般采用集中式的有线传输形式，所以连接电缆过多，现场较为凌乱，容易出现电缆接线问题，且在传输过程中，可能会出现信号的衰减，影响试验数据的真实有效。此外，民用液压系统采用腐蚀性极强的磷酸酯液压油，对电缆的外包橡胶层腐蚀破坏及其严重，可能影响到系统的正常运行。因此，在民用液压系统地面模拟试验数采测试系统中应尽可能的减少有线电缆连接形式，采用具有稳定传输特性的分布式无线传输形式。

1 无无线传输技术简介及种类区别

工业无线技术是本世纪初新兴的一种面向设备间信息交互的无线通信技术。它是对现有工业通信技术在工业应用方向上的功能扩展和提升，将引发传统工业测控模式的变革，因此目前国内外对工业无线技术的研制、开发、推广、应用十分迅速。

随着通信与信息技术的不断发展，包括蓝牙、IEEE802.11和HomeRF等在内的短距离无线通信技术正日益走向成熟，应用的步伐不断加快。可以肯定的是，各种短距离无线通信技术将在移动通信、计算机及其周边设备、自动化控制与家庭信息化等领域扮演越来越重要的角色，发挥巨大作用。

1.1 蓝牙无线技术

蓝牙是蓝牙特殊兴趣小组（SIG）提出的一种短距离无线通信技术规范，近几年来取得了很大的发展。它的有效范围大约在10 m左右（在增加发射功率的情况下可以达到100 m），在此范围里面，带有蓝牙功能的设备，如：手机、打印机与笔记本电脑等可以进行无线网络连接，组建微微网，理想情况下可以以1 Mb/s的速率互相传递信息。目前，蓝牙技术的一个开发重点就在于多点连接，以方便多个蓝牙设备间的数据共享。而在最新的蓝牙协议规范中，蓝牙的数据传输速率可以达到3 Mb/s。随着蓝牙技术与超宽带技术（UWB）的融合，蓝牙的通信速率将会得到进一步的提升。由于蓝牙具有功耗低、体积小、可以同时传输语音与数据的特点，蓝牙几乎可以应用到各种数字设备中去，如通信、计算机及周边设备、个人随身信息、网络接入与工业设备等。为了增强抗干扰的能力，蓝牙特别设计了快速确认和跳频的方案，每秒钟频率可以跳变1600次。与其他工作在这一频段的系统相比，蓝牙跳变的时间和数据分组都更加短，从而极大提高了链路的稳定性，避免与ISM频段上的其他系统设备互相干扰。

1.2 IEEE802.11无线技术

IEEE802.11也是一种当今非常流行的短距离无线通信技术，它主要用于实现小范围内的无线接入，也是目前无线局域网的主要技术标准。IEEE802.11的覆盖面可以达到300 m，传输速率可达11 Mb/s，这种技术可以构建高速局域网，以替代一些小型的有线局域网络，更适合于人口流动量大的场所。但是它的功耗、体积以及价格等方面一直以来都不能让人太满意，因此在诸如对功耗、价格有很高要求的领域使用比较少，在应用上就有很大的局限性。当然，IEEE802.11的高速率、相对长距离也使很多厂商对它产生了很高的兴趣，可是因为缺乏清晰的赢利模式，它的发展尚处在初始阶段，还有一系列问题要解决。

1.3 HomeRF无线技术

HomeRF技术以共享无线访问协议（SWAP）为基础，采用跳频技术，每秒跳频50次，通讯速率为1 Mb/s或2 Mb/s。这种技术主要为家庭用户设计，同时支持数据与语音通信，侧重于PC与外设组成无线局域网，通过家庭中的某一主机在数据与语音设备之间实现无线通信，而且它最多可以支持6个全双工的语音信道，因此这种技术特别适用于家庭网络环境。

总体而言，上述三种技术各有利弊，有各自适合的应用领域，它们之间不是一种纯粹的竞争与取代关系，而是能够进行很好的互补。蓝牙技术抗干扰能力强，可以应用于绝大多数以无线方式代替线缆的场合，特别适用于需要低功耗或者是双向连接的应用场所；IEEE802.11比较适合于办公网络接入，现在很多企业都已经用该技术绕过无线通信运营商建立无线局域网络，节省了可观的成本；HomeRF则大多应用于家庭中的无线局域网络，进行数据与语音的无线传输。

结合对上述三种短距离无线通信技术的分析发现，将蓝牙技术与数据采集系统结合起来，是蓝牙技术应用中的一个新颖、巧妙的设想。借助蓝牙技术传输采集的数据，可以提高数据采集系统的性能，拓宽其应用场合。在系统设计上，蓝牙模块与系统接口电平兼容，设计简单；系统应用程序只需作较小改动就可以适应蓝牙模块，便于程序的模块化设计。

2 数据采集系统总体思路

系统采用先进成熟的技术手段，在考虑所用技术成熟可靠的同时，将现有的先进技术融入其中，提高系统的自适应性，系统能方便地进行技术更新和产品更新，能得到相对广泛的技术支持和产品支持。系统设计遵从“通用化、系列化、组合化”的设计方法，用统一的、先进的和高度标准化的技术途径，满足测试复杂参数以及将来扩展的需要。进一步加强系统的互换性和互操作性，实现在测试设备的多种物理配置上运行给定的应用程序或TPS的能力，即系统的设计或实现均不依赖特定供应商的硬件设备或软件平台。并具备经由不同设计或制造，但具有足够能力的设备资产代换给定设备资产的能力。实现软件开发平台的开放性。测试软件开发平台，一方面具有测试系统资源配置、流程管理、组态的方便性。另一方面又有开放的扩展接口，采用国际流行的通用软件开发工具和语言接口，测试软件开发符合测试技术领域相关的软件标准。

整套测试系统主要是对压力、流量、温度、线性位移、角度位移、力等信号进行实时采集测量。系统在硬件方面采用分布式的无线传输形式，将数据采集模块和处理模块布置在现场测试点附近，减少现场的有线连接形式，并通过无线传输形式将总控计算机的控制指令发送到现场采集处理模块，然后再将采集得到的并经过处理后的数据传输到总控计算机。方便硬件系统的更换、维修和升级。在软件设计上将采用框架式的测试软件结构；模块化的独立功能封装；通过执行测试软件进行工程参量、测试流程、虚拟仪器、测量结果数据的管理；从而大大提高了系统的通用性和可维护性；方便了测试结果数据的处理，减轻了测试人员的工作强度，提高了测试的可靠性，减少了测试反复的程度。从而降低了测试成本，缩短了测试系统的开发时间，并把风险减少到最低限度。

3 总体方案设计

数采测试系统采用分布式的数据采集系统，每个现场单元模块都由现场传感器采集模块，数据预处理模块和蓝牙数据无线传输模块组成。每个现场单元模块的采集通道一般不超过8个。系统将处于一个区域内的被测点组成一个现场单元模块，通过相应的传感器组件采集这些被测点的数据信号，并将采集到的信号传输到现场单元模块的数据预处理模块中，通过对数据的先期处理后，将数据以数字信号形式通过蓝牙数据无线传输模块传送给上位机，上位机得到数据信号后可对数据进行进一步的处理分析，显示，存储并打印。数据采集系统硬件框架图如图1所示。

整个系统可分为三部分：第一部分为现场的数据采集处理模块，其作用是将现场各处的传感器信号采集到数据采集模块，并通过数据处理模块对采集到的数据进行原始数据预处理和AD格式转换。数据采集处理模块与第二部分中的现场蓝牙通讯模块一起组成了整套测试系统的现场单元模块。第二部分为蓝牙无线通信模块，主要实现数采端与监测控制端实时的数据交换，由两端的蓝牙无线通讯模块组成。第三部分为监测和控制部分，它提供一个友好的界面供操作员实时监测数据并根据实际需要发送控制命令，这部分功能主要由总控计算机完成。

参考文献

[1] 李秀娟，陈明恩.应用蓝牙技术的多通道数据采集与传输系统[J].哈尔滨工业大学学报，2009（5）：165-168.

[2] 陈佩珩，杨卫，王正言.多級蓝牙无线数据采集传输系统[J].核电子学与探测技术，2012（4）：412-415.

[3] 陈子龙，张红雨，李俊斌.蓝牙4.0无线传感网数据采集及以太网传输设计[J].电声技术，2013（10）：74-77.

[4] 顾福飞，谢汉明.基于蓝牙芯片数据采集模块的设计与实现[J].仪器仪表用户，2008（6）：65-67.