CN105608878A - 一种基于蓝牙的多点采集数据装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于蓝牙的多点采集数据装置，包括稳压模块、控制模块、若干离合器模块、若干接口转换模块、若干功能模块和蓝牙模块，稳压模块、各接口转换模块、蓝牙模块分别和控制模块连接，每个功能模块和一个相应的接口转换模块连接；每个接口转换模块经一个离合器模块连接到控制模块；控制模块用于采集板的时序生成，对数据的组包与解包，监测采集板的运行状态，离合器模块用于对接口转换模块和功能模块的开启与关闭，接口转换模块用于实现对数据类型的转换，？功能模块用于进行功能性数据的采集。本发明解决了蓝牙点对点、实时性差等不足，更加方便快捷的达到设备集成的目的。

Description

一种基于蓝牙的多点采集数据装置及方法

技术领域

本发明应用于各种消费电子、车载设备、测绘仪器、工业设备中，具体涉及一种基于蓝牙的多点采集数据装置及方法。

背景技术

蓝牙是一种无线技术标准，可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换。蓝牙技术最初由电信巨头爱立信公司于1994年创制，目的是作为RS232数据线的替代方案。

蓝牙的传输距离为10cm～10m，如果增加功率或是加上某些外设便可达到100m的传输距离。TDMA每时隙为0.625μs，基带符合速率为1Mb/s。蓝牙支持64kb/s实时语音传输和数据传输，使用全球统一的48比特的设备识别码。由于蓝牙采用无线接口来代替有线电缆连接，具有很强的移植性，并且适用于多种场合，加上该技术功耗低、对人体危害小，而且应用简单、容易实现，蓝牙正式推出后，在短短几年时间内得到了广泛的应用。蓝牙主要使用于便携设备，广泛应用于智能手机、平板电脑、车载设备等领域。

蓝牙技术也有它的不足。蓝牙采用的ISM频段是一个开放频段，容易会受到诸如微波炉、无绳电话、科研仪器、工业或医疗设备的干扰。蓝牙的点对点或点对多点的通信模式在一些场景下常常不适用。蓝牙的通讯速率也不是很高，在当今大数据时代，也会对它的发展有所影响。

发明内容

本发明目的在于克服现有方法的不足，提出一种基于蓝牙的多点采集数据装置及方法。

本发明的技术方案提供一种基于蓝牙的多点采集数据装置，其特征在于：包括稳压模块、控制模块、若干离合器模块、若干接口转换模块、若干功能模块和蓝牙模块，稳压模块、各接口转换模块、蓝牙模块分别和控制模块连接，每个功能模块和一个相应的接口转换模块连接；每个接口转换模块经一个离合器模块连接到控制模块；

稳压模块，用于对外部电源进行变压，向其他模块供电；

控制模块，用于采集板的时序生成，对数据的组包与解包，监测采集板的运行状态，所述采集板的时序生成，包括开启定时器，生成帧号与子帧号，同步整个采集板的时序；所述对数据的组包与解包，包括对功能模块采集的数据进行组包，以及对收到的数据包进行解包；

所述监测采集板的运行状态，用于监测采集板的运行状态，如发现异常，则向通过蓝牙模块向对端报警；

离合器模块，用于对接口转换模块和功能模块的开启与关闭；

接口转换模块，用于实现对数据类型的转换，将控制模块与功能模块的数据类型匹配一致；

功能模块，用于进行功能性数据的采集；

蓝牙模块，记为S，用于与对端的蓝牙模块M配对，进行数据包的无线传输。

而且，所述功能模块为温度传感器、湿度传感器、气压传感器、力敏传感器、光敏传感器、振动传感器、加速度传感器、角速度传感器、磁场传感器、生物传感器、GPS模块、测距模块、测速模块、无线通信模块或电机模块。

而且，所述生成帧号与子帧号，包括启动定时器，每隔100ms产生一次中断，每次中断子帧号SFN加1，SFN在0～14之间循环累加；每计满15个子帧号则帧号FN加1，FN在0～255之间循环累加；在每次帧号FN加1时，生成采集板的运行状态信息。

而且，控制模块的组包方式为，依次包括消息类型、消息长度、本消息的帧号FN、本消息的子帧号SFN、实体个数、消息头特殊字符、实体类型、实体长度、实体数据和消息尾特殊字符，实体表示本消息涉及的功能模块。

本发明还提供基于上述蓝牙的多点采集数据装置实现的多点采集数据方法，包括以下步骤：

a)装置正常通电后，稳压模块提供供电；

b)蓝牙模块S、M配对；

c)控制模块启动定时器，每隔100ms产生一次中断，每次中断子帧号SFN加1，SFN在0～14之间循环累加；每计满15个子帧号则帧号FN加1，FN在0～255之间循环累加；

d)控制模块在每次帧号FN加1时，生成采集板的运行状态信息，并通过蓝牙模块S、M报给对端；

e)当控制模块接收到指令，通过离合器模块打开对应的功能模块；

f)当功能模块打开后，控制模块经接口转换模块采集功能模块的数据，进行组包后发至蓝牙对端；

g)当数据包通过蓝牙模块S发至蓝牙模块M后，对端上位机解析数据包并进行相应的处理。

本发明具有如下技术优点：

本发明利用控制模块采集若干个功能模块数据，并将功能模块数据组包后发至对端；通过时序控制与组包/解包方法，本发明解决了蓝牙点对点、实时性差等不足，更加方便快捷的达到设备集成的目的，缩短搭建验证平台需要的时间。本发明所提供一种基于蓝牙的多点采集数据装置及方法，可应用于各种消费电子、车载产品、测绘仪器、工业设备中。

附图说明

图1为本发明采集板结构框图。

图2为本发明实施例采集板结构框图。

图3为本发明实施例时序生成图。

图4为本发明实施例数据包结构图。

具体实施方式

以下结合附图描述本发明所提供的一种基于蓝牙的多点采集数据的方法和装置。

在开发基于蓝牙互连的设备时，由于蓝牙是点对点连接，常常会遇到如何将若干个从设备同时与主设备连接的难题。虽然蓝牙也支持点对多点连接(广播模式)，但是最多只支持7个从设备，且信息交互的实时性不好，碰撞冲突时常发生。本发明在一对蓝牙主从设备的基础上，通过增加数据采集控制模块，在保证实时性与非碰撞前提下将若干个(不局限于7个)功能模块数据传输至对端。

本发明在一对蓝牙收发模块的基础上，利用控制模块采集若干个功能模块数据，并将功能模块数据组包后发至对端。通过利用控制模块将若干个外部功能模块方便快捷的连接起来，将采集的功能模块数据组包，并通过蓝牙模块进行无线数据传输，起到利用一对蓝牙设备采集多点数据的作用。

本发明实施例所提供装置可称为“采集板”，大致可分为六个部分，如图1所示，包括稳压模块、控制模块、离合器模块、接口转换模块、功能模块、蓝牙模块(蓝牙S)。

稳压模块，用于将外部恒压源进行电压转换，以给其他各个模块供电。即根据实际情况将外部恒压源Vin转换成实际中需要的电压Vout。

控制模块，用于采集板的时序生成、数据的组包与解包、心跳状态监测等作用。具体实施时，可以采用CPU模块。

进一步地，控制模块用于采集板的时序生成：控制模块开启定时器，生成帧号(FrameNum)与子帧号(SubFrameNum)，从而同步整个采集板的时序。

进一步地，控制模块用于对数据的组包与解包：对功能模块采集的数据进行组包，以及对收到的数据包(主要包括指示打开或关闭任意功能模块的指令)进行解包。组包与解包均包括对帧号、子帧号、数据包头、数据包尾等的处理。

进一步地，控制模块用于采集板的心跳状态监测：控制模块监测采集板的运行状态，如发现异常，比如电压、电流、温度、数据链路等，则自主采取保护措施，并向蓝牙对端报警。

实施例中，通过控制模块采集若干个功能模块(如图中模块)的数据，并通过模块将数据包发送至蓝牙对端，即模块

具体来说，利用控制模块将若干个外部功能模块方便快捷的连接起来，将采集的功能模块数据组包，并通过蓝牙模块进行无线数据传输。其中包括：与控制模块直接连接的稳压模块(如图中模块①)、控制模块(如图中模块②)、离合器模块(如图中模块③～⑤)、数据接口转换模块(如图中模块⑥～⑧)、蓝牙模块(图中模块以及经数据接口转换模块连接的功能模块(如图中模块)。

离合器模块(图中模块③～⑤)：在采集板工作过程中，需要考虑功耗问题。一般而言，功能模块的功耗是比较高的。离合器模块用于对接口转换模块和功能模块的开启与关闭作用，以降低系统功耗。

接口转换模块。用于根据实际情况将控制模块接口转换成与各功能模块接口相一致的接口类型。

控制模块与功能模块的接口一般不匹配，需要加入接口转换模块将双方的数据类型匹配一致：

如果控制模块的接口是Link_A类型，功能模块的接口是Link_B类型，则接口转换模块需要明确为“Link_A转Link_B模块”。

进一步，Link_A或Link_B代表常用的数据接口类型，比如USB、I2C(Inter-IC)、SPI(SerialPeripheralInterface)、网口等；

接口转换模块实现对数据类型的转换。进一步地，如果控制模块或功能模块是相同的接口类型，则不需进行接口转换。

功能模块：可以是各种功能模块，用于进行功能性数据的采集，比如：温度传感器、湿度传感器、气压传感器、力敏传感器、光敏传感器、振动传感器、加速度传感器、角速度传感器、磁场传感器、生物传感器等；还包括GPS模块、测距模块、测速模块、无线通信模块、电机模块等。功能模块采集的数据经接口转换模块送到控制模块，组包后经蓝牙模块S发出。

蓝牙模块S、M(图中模块)：用于数据包的无线传输，实现无线数据通信的作用。

采用本装置进行采集的方法包括以下过程，如图2所示：

a)装置正常通电后，稳压模块将外部+5V稳压源变压至+3.3V，以给采集板各模块供电；

b)蓝牙模块S、M(模块)启动配对，直至配对成功，具体配对实现为现有蓝牙技术，本发明不予赘述；

c)控制模块启动定时器，每隔100ms产生一次中断，每次中断子帧号SFN加1，SFN在0～14之间循环累加；每计满15个子帧号则帧号FN加1，FN在0～255之间循环累加；如图3所示；

d)控制模块在每次帧号FN加1时，生成采集板的运行状态信息，比如电压、电流、温度、数据链路等，并通过蓝牙模块S、M报给对端；

e)当控制模块接收到指令，指示打开任意功能模块(如图中的⑨GPS模块、⑩定姿模块、测速模块)时，控制模块将通过离合器模块打开对应的功能模块；

f)当功能模块打开后，控制模块将采集功能模块的数据，进行组包后发至蓝牙对端；采集数据由接口转换模块进行，由于⑨GPS模块、⑩定姿模块、测速模块分别为Uart接口，控制模块相应接口分别为USB接口、I2C接口、SPI接口，为实现匹配，模块⑥～⑧分别实现USB转Uart、I2C转Uart、SPI转Uart，提供双向转换。

控制模块的组包方法如图4所示。消息类型：指示本消息的类型；消息长度：指示本消息总的字节数；FN：本消息的帧号；SFN：本消息的子帧号；实体个数：本消息包含的功能模块数据的个数；MagicNumA：0xA5A6FEFF，消息头特殊字符；实体类型：指示本实体中的数据是哪个功能模块的数据；实体长度：本实体消息的总的字节数；实体数据：功能模块采集的数据源；MagicNumB：0xB5B6EEEF，消息尾特殊字符；

h)当数据包通过蓝牙模块发至蓝牙模块后，对端上位机就可以解析数据包并进行相应的处理。

当控制模块收到指令，关闭任意功能模块时，控制模块将通过离合器模块关闭对应的功能模块，并可启动自身休眠程序，以降低功耗。

具体实施时，可采用计算机软件技术实现以上流程的自动运行。

当采用以上装置时，系统将能快速的集成起来，节约人工资源，开发人员可以集中精力另行开发上位机应用程序。

本发明利用控制模块采集若干个功能模块数据，并将功能模块数据组包后发至对端；通过时序控制与组包/解包方法，本发明解决了蓝牙点对点、实时性差等不足，更加方便快捷的达到设备集成的目的。

以上所述仅为本发明装置的优选实施例，并不用于限制本发明。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种基于蓝牙的多点采集数据装置，其特征在于：包括稳压模块、控制模块、若干离合器模块、若干接口转换模块、若干功能模块和蓝牙模块，稳压模块、各接口转换模块、蓝牙模块分别和控制模块连接，每个功能模块和一个相应的接口转换模块连接；每个接口转换模块经一个离合器模块连接到控制模块；

稳压模块，用于对外部电源进行变压，向其他模块供电；

控制模块，用于采集板的时序生成，对数据的组包与解包，监测采集板的运行状态，

所述采集板的时序生成，包括开启定时器，生成帧号与子帧号，同步整个采集板的时序；

所述对数据的组包与解包，包括对功能模块采集的数据进行组包，以及对收到的数据包进行解包；

所述监测采集板的运行状态，用于监测采集板的运行状态，如发现异常，则向通过蓝牙模块向对端报警；

离合器模块，用于对接口转换模块和功能模块的开启与关闭；

接口转换模块，用于实现对数据类型的转换，将控制模块与功能模块的数据类型匹配一致；

功能模块，用于进行功能性数据的采集；

蓝牙模块，记为S，用于与对端的蓝牙模块M配对，进行数据包的无线传输。

2.根据权利要求1所述基于蓝牙的多点采集数据装置，其特征在于：所述功能模块为温度传感器、湿度传感器、气压传感器、力敏传感器、光敏传感器、振动传感器、加速度传感器、角速度传感器、磁场传感器、生物传感器、GPS模块、测距模块、测速模块、无线通信模块或电机模块。

3.根据权利要求1所述基于蓝牙的多点采集数据装置，其特征在于：所述生成帧号与子帧号，包括启动定时器，每隔100ms产生一次中断，每次中断子帧号SFN加1，SFN在0～14之间循环累加；每计满15个子帧号则帧号FN加1，FN在0～255之间循环累加；在每次帧号FN加1时，生成采集板的运行状态信息。

4.根据权利要求1所述基于蓝牙的多点采集数据装置，其特征在于：控制模块的组包方式为，依次包括消息类型、消息长度、本消息的帧号FN、本消息的子帧号SFN、实体个数、消息头特殊字符、实体类型、实体长度、实体数据和消息尾特殊字符，实体表示本消息涉及的功能模块。

5.根据权利要求1或2或3或4所述基于蓝牙的多点采集数据装置实现的多点采集数据方法，其特征在于：包括以下步骤，

a)装置正常通电后，稳压模块提供供电；

b)蓝牙模块S、M配对；

c)控制模块启动定时器，每隔100ms产生一次中断，每次中断子帧号SFN加1，SFN在0～14之间循环累加；每计满15个子帧号则帧号FN加1，FN在0～255之间循环累加；

d)控制模块在每次帧号FN加1时，生成采集板的运行状态信息，并通过蓝牙模块S、M报给对端；

e)当控制模块接收到指令，通过离合器模块打开对应的功能模块；

f)当功能模块打开后，控制模块经接口转换模块采集功能模块的数据，进行组包后发至蓝牙对端；

g)当数据包通过蓝牙模块S发至蓝牙模块M后，对端上位机解析数据包并进行相应的处理。