CN204695025U - 一种基于蓝牙的无线总线连接器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于蓝牙的无线总线连接器，该无线总线连接器包括核心模块，至少一个外围模块，核心模块可以同时和在其范围内被连接的外围模块实现数据传输，支持一对多的星型连接扩展；核心模块包括连接适配器、标准连接器、蓝牙控制器、硬件总线识别转换模块，原用有线方式总线连接的主设备与连接适配器连接；外围模块包括连接适配器、标准连接器、蓝牙控制器、硬件总线监测模块，原用总线上的从设备与连接适配器连接。通过该基于蓝牙的无线总线连接器，可以摆脱繁琐的物理线束连接，从而实现更大的可扩展性和灵活性。

Description

一种基于蓝牙的无线总线连接器

技术领域

本实用新型属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于蓝牙的无线总线连接器。

背景技术

现有的电子设备大都是通过有线电缆传输数据，制作时要花费大量的时间和成本进行繁琐的电子设备布线，布线的同时占用了大量的空间，可见传统硬件有线总线连接方法受到了线路的限制，在空间上的摆放上非常局限。另外，由于协议的不同，总线的数据与普通设备不能互通，这就造成总线的数据无法进行共享，在很多情况下造成不便。

越来越多的传感器出现使人工智能不断往前迈进，通过不同的传感器的数据，利用强大的中枢计算单元使人工智能设计变得普及，但同时传感器的增加会导致传统硬件有线电路的总线连接复杂性呈指数示增长，特别在初期建模阶段，在硬件电路中的连线耗费的时间与实际的产出是非常不成正比的。另外，随着采样速率的提升，精密信号测量仪器越来越普及，但是门槛对于业余爱好者还是相对较高。

随着科学技术的发展，智能网络将计算机数字化技术、现代通信技术融入传统的电器中，使之智能化并具有网络信息终端主动发布、获取和处理信息等功能，蓝牙技术因为其稳定性高、功耗低的特点广泛应用于消费类电子产品中。

现场可编程门阵列FPGA是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

实用新型内容

为了克服现有的总线数据传输的不足，本实用新型提供一种基于蓝牙的无线总线连接器，该无线总线连接器能通过协议的转换，使客户不需要进行繁琐的布线就可以方便、快捷地进行数据传输，不消耗任何的空间资源，可以实现一对多的双工无线互动，且可以实现总线数据的透明传输。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于蓝牙的无线总线连接器，包括核心模块，至少一个外围模块，核心模块可以同时和在其范围内被连接的外围模块实现数据传输，支持一对多的星型连接扩展；

核心模块包括匹配不同类型的主设备接口的连接适配器、标准连接器、蓝牙控制器、硬件总线识别转换模块，连接适配器与标准连接器连接，标准连接器与硬件总线识别转换模块连接，硬件总线识别转换模块与蓝牙控制器连接；所述硬件总线识别转换模块包括协议识别电路、协议处理模块、双端存储器、数字锁相环；

外围模块包括匹配不同类型的从设备接口的连接适配器、标准连接器、蓝牙控制器、硬件总线监测模块，连接适配器与标准连接器连接，标准连接器与硬件总线监测模块连接，所述标准连接器还与蓝牙控制器连接，蓝牙控制器与硬件总线监测模块连接；所述硬件总线监测模块包括数字锁相环、计数器、数据采集模块、数据存储模块。

所述协议处理模块包括spi协议处理模块、i2c协议处理模块和one-wire协议处理模块。

所述数据采集模块包括信号采集控制电路、信号采集电路。

所述连接适配器是通用2.54mm/2.0mm转换模块。

所述标准连接器是7-pin间距2.54mm的标准连接器，能够同时支持spi/i2c/one-wire总线协议。

所述硬件总线识别转换模块是基于FPGA的总线识别转换模块，所述硬件总线监测模块是基于FPGA的总线分析模块。

所述硬件总线识别转换模块和硬件总线监测模块均为可编程电路，采用片外flash进行硬件电路配置。

本实用新型的有益效果是：基于蓝牙的无线总线连接器能通过协议的转换，使客户不需要进行繁琐的布线就可以方便、快捷地进行数据传输，不消耗任何的空间资源；可以实现总线与设备的灵活的无线连接，做到即插即用；可以实现一对多的双工无线互动，且可以实现总线与设备之间的数据透明传输；基于蓝牙星形网络拓扑的自适应设备查询协议可以非常自由的在任一时刻向无线连接器网络发送连接请求，核心模块会通过设备的数据按照固定协议查询解析，获得设备相关信息；基于蓝牙协议的自动固件更新能够通过无线传输实现蓝牙应用程序升级和FPGA的硬件电路配置；提高系统的灵活性，成本低廉，实用价值高。

附图说明

图1基于蓝牙的无线总线连接器的结构框图。

图2基于蓝牙协议栈的设备自动识别协议。

图3基于蓝牙的无线总线连接器的细节实现框图。

图4核心模块基于FPGA的总线自动识别和总线转换实现框图。

图5外围模块基于FPGA的信号采集分析实现框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方案作进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型的基于蓝牙的无线总线连接器，包括核心模块，至少一个外围模块，核心模块可以同时和在其范围内被连接的外围模块实现数据传输，支持一对多的星型连接扩展。核心模块包括匹配不同类型的主设备接口的连接适配器、标准连接器、蓝牙控制器、硬件总线识别转换模块，连接适配器与标准连接器连接，标准连接器与硬件总线识别转换模块连接，硬件总线识别转换模块与蓝牙控制器连接。外围模块包括匹配不同类型的从设备接口的连接适配器、标准连接器、蓝牙控制器、硬件总线监测模块，连接适配器与标准连接器连接，标准连接器与硬件总线监测模块连接，所述标准连接器还与蓝牙控制器连接，蓝牙控制器与硬件总线监测模块连接。

在核心模块中，将原用总线有线连接的主设备通过连接适配器和标准连接器进行连接，硬件总线识别转换模块的信号输入与标准连接器连接，硬件总线识别转换模块的协议转换输出与蓝牙控制器相连接；蓝牙控制器的接收数据线与硬件识别转换模块相连，硬件总线识别转换模块在得到数据之后将其转换成主设备能够识别的总线信号输出到标准连接器端口，标准连接器端口会将信号反馈到必要的连接适配器上。所述核心模块使用所述硬件总线识别转换模块来自动识别主设备总线并且完成必要的转换。

在外围模块中，将原有总线有线连接的从设备通过连接适配器和标准连接器进行连接，硬件总线监测模块的信号输入数据总线与标准连接器连接，硬件总线监测模块的信号输出数据总线与蓝牙控制器的采集信号读取控制总线相连；蓝牙控制器与标准连接器采用双向数据连接，直接通过蓝牙控制器驱动从设备的操作。所述外围模块使用硬件总线监测模块来实现在线信号分析以及波形显示功能。

所述标准连接器采用7-pin间距2.54mm的标准连接器，能够同时支持spi/i2c/one-wire总线协议，用来规范后级总线识别处理和侦测功能；连接适配器采用通用2.54mm/2.0mm转换模块，用来匹配不同类型的主设备总线接口和从总线设备接口。

如图2所示，在基于蓝牙的星型网络拓扑的自适应设备查询协议方面，为了保证无线总线的透明性和可扩展性，添加了一个查询表，查询表内容可以通过在线固件升级进行方便的调整。当一个从设备和一个主设备建立连接以后，首先主设备会记录连接id，之后主设备对于该从设备进行询问发包，从设备会将对应的设备类型索引和索引设备号返回给主设备；随后根据对应的索引，主设备将会把对应的设备信息与该连接id标签绑定，之后从总线协议过来的数据对于该设备的操作会自动调用被绑定的连接进行透传。

如图3所示，在核心模块和外围模块的动态硬件电路更新功能中，蓝牙控制器通过spi总线与硬件总线识别转换模块和硬件总线监测模块的片外flash相连，片外flash的数据总线和控制总线又直接与硬件总线识别转换模块和硬件总线监测模块的FPGA上电配置模块相连。在上电初始化过程中，硬件总线识别转换模块和硬件总线监测模块能够自动读取片外flash中的配置数据，达到动态配置现场可编程门阵列FPGA的目的。

核心模块和外围模块同时采用片外flash.对于FPGA进行配置。具体无线硬件配置的方式如下：手机或者电脑蓝牙与核心模块或者外围模块进行无线连接，手机或者电脑将对应的配置文件传给蓝牙控制器，随后蓝牙控制器通过spi总线对片外flash进行写入。在重新上电配置时，FPGA将会读取片外flash里面的数据进行重新配置，由此新的硬件逻辑将会被烧写到FPGA中。蓝牙控制器自身的固件更新原理是将新的固件更新到一块新的存储空间。在数据校验结束后，蓝牙控制器会自动跳转到新的程序入口，从而达到自动更新固件的目的。

如图4所示，硬件总线识别转换模块的结构包括协议识别电路、协议处理模块、双端存储器、数字锁相环，所述协议处理模块包括spi协议处理模块、i2c协议处理模块和one-wire协议处理模块。

为了增强系统的稳定性，整个设计都采用了同步电路，其中FPGA的输入为来自7-pin间距2.54mm标准连接器的数字信号，经过协议识别电路选通到协议处理模块的相应总线协议处理模块，相应总线协议处理模块会将转换好的8-bit并口数据存入双端存储器中，双端存储器将会有写满中断信号提示后级蓝牙控制器提取数据，蓝牙控制器在接收到写满中断信号以后开始取总线数据，在读空中断信号拉高之后结束取数据并对数据进行处理。当蓝牙控制器接收到来自外围模块的数据以后会对双端存储器进行写操作，并且提示FPGA进行8bit并口数据转对应spi/i2c/one-wire协议的功能处理。FPGA得到指令后会将最后信号反馈在7-pin间距2.54mm标准连接器上以供前级主设备使用。

如图5所示，硬件总线监测模块包括数字锁相环、计数器、数据采集模块、数据存储模块；所述数据采集模块包括信号采集控制电路、信号采集电路。

为了增强系统的稳定性，整个设计都采用了同步电路。由蓝牙控制器发出采集触发控制，根据计数器里的默认值，数据采集模块进行采样，数据采集模块将得到的数据存入数据存储模块中并且提示后级蓝牙控制器已经有数据需要传送。蓝牙控制器会根据数据存储模块里的数据进行排序和无线传输。

工作原理：在上电之后，核心板和外围板通过蓝牙控制模块中的固件组成一个基于蓝牙的星型网络，并且外围模块会向核心模块注册设备信息。

在正常运行模式中，在上电之后，核心模块和外围模块通过蓝牙控制器中的固件组成一个基于蓝牙的星型网络，并且外围模块会向核心模块注册设备信息。

核心模块通过FPGA自动识别总线协议，并且转换成蓝牙控制器能够传输的形式放入双端存储器中，总线数据可以被读取时双端存储器通过写满中断信号通知蓝牙控制器，蓝牙控制器接收到写满中断信号后，根据总线数据的地址信息，将其通过蓝牙控制器无线发送至连接对应从设备的外围模块；外围板在接收到总线数据之后，解析数据，按照要求以响应的总线方式操作从设备，并且将从设备反馈回来的结果通过蓝牙控制器无线反馈到核心模块，核心模块的蓝牙控制器在得到外围模块的反馈数据后，将其通用口线的数值返回给FPGA，最后FPGA将其转换成对应的总线协议，完成一次透明总线访问。

在诊断模式中，核心模块会成为主从一体模式，在上电之后，核心模块和外围模块通过蓝牙控制器中的固件组成一个基于蓝牙的星型网络，并且外围模块会向核心模块注册设备信息，同时核心模块还会作为从设备与对应手机或电脑相连。

手机或电脑基于特定的从设备发送诊断指令给核心模块，核心模块蓝牙控制器接收到诊断指令后，通过蓝牙控制器无线传送给连有指定从设备的外围板模块；对应外围模块蓝牙控制器在接收到诊断指令后，使其FPGA采集从设备总线数据，随后在符合传输要求之后，对于外围模块的蓝牙控制器发出写满信号中断，外围模块的蓝牙控制器在接收到写满信号中断后将数据无线传回核心模块；核心模块在接收到外围模块的蓝牙控制器传送的数据以后，将其打包回传手机或电脑，最后在手机APP终端或电脑显示具体内容。通过这样的方式能够实现在线诊断功能。在低速常规应用中，完全可以取代示波器、逻辑分析仪、万用表此类专业测量仪器，降低了开发和诊断的门槛。

Claims (7)

1.一种基于蓝牙的无线总线连接器，包括核心模块，至少一个外围模块，核心模块可以同时和在其范围内被连接的外围模块实现数据传输，支持一对多的星型连接扩展；

核心模块包括匹配不同类型的主设备接口的连接适配器、标准连接器、蓝牙控制器、硬件总线识别转换模块，连接适配器与标准连接器连接，标准连接器与硬件总线识别转换模块连接，硬件总线识别转换模块与蓝牙控制器连接；所述硬件总线识别转换模块包括协议识别电路、协议处理模块、双观存储器、数字锁相环；

外围模块包括匹配不同类型的从设备接口的连接适配器、标准连接器、蓝牙控制器、硬件总线监测模块，连接适配器与标准连接器连接，标准连接器与硬件总线监测模块连接，所述标准连接器还与蓝牙控制器连接，蓝牙控制器与硬件总线监测模块连接；所述硬件总线监测模块包括数字锁相环、计数器、数据采集模块、数据存储模块。

2.根据权利要求1所述的基于蓝牙的无线总线连接器，所述协议处理模块包括spi协议处理模块、i2c协议处理模块和one-wire协议处理模块。

3.根据权利要求2所述的基于蓝牙的无线总线连接器，所述数据采集模块包括信号采集控制电路、信号采集电路。

4.根据权利要求3所述的基于蓝牙的无线总线连接器，所述连接适配器是通用2.54mm/2.0mm转换模块。

5.根据权利要求4所述的基于蓝牙的无线总线连接器，所述标准连接器是7-pin间距2.54mm标准连接器，能够同时支持spi/i2c/one-wire总线协议。

6.根据权利要求1所述的基于蓝牙的无线总线连接器，所述硬件总线识别转换模块是基于FPGA的总线识别转换模块，所述硬件总线监测模块是基于FPGA的总线分析模块。

7.根据权利要求6所述的基于蓝牙的无线总线连接器，所述硬件总线识别转换模块和硬件总线监测模块均为可编程电路，采用片外flash进行硬件电路配置。