专利名称：利用并行技术的基于点对点通讯的蓝牙通信系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及蓝牙通信技木，特别涉及ー种利用并行技术的基于点对点通讯的蓝牙通信系统。
背景技术：
根据实际经验，一般的数据采集系统往往需要在工作环境“不稳定”的情况下エ作。例如在医用超低温冰箱温度实时监控系统中，各采集节点(医用冰箱)的数量及摆放位置经常根据工作需要而发生变化。因此在实际应用中，各节点间的通信方式更多地是采用无线方式。蓝牙是ー种低功耗、低成本的无线通信技术，主要优点是可以随时随地用无线接ロ来代替有线电缆连接，具有很强的移植性，可应用于多种通信场合。因其功耗低所以对人体危害小，而且蓝牙集成电路应用简单、成本低廉、实现容易，易于推广。在ー些特殊场合(如医院等)对无线设备的使用频段有严格的要求，否则容易产生设备间的相互干扰而产生 严重的后果。而蓝牙技术工作在全球通用的2.4GHzISM (エ业、科学、医学)频段，并特别设计了快速确认和跳频方案以确保链路稳定，且低功耗的特点也更加符合这类环境的使用要求。另ー方面无论从硬件成本还是技术开发成本，蓝牙技术都相对其它无线通信技术更为低廉。而且随着节点的増加其价格优势更加明显。因此在此类情况中，采用蓝牙无线通信无疑是一种最佳的解决方案。从开发应用的角度来说，最为简单快捷的方案即采用现成的蓝牙串ロ模块，它封装了底层的蓝牙通讯协议。用户无需深入了解蓝牙底层通讯技术，只需通过模块提供的AT指令对模块进行设置，配对成功后实现数据的串行透明传输。例如广州汇承信息科技有限公司生产的HC-03エ业级蓝牙串ロ模块(HC-05为民用级，兼容HC-03)是目前市场占有率较高的产品之一，技术相对成熟可靠且提供完备的技术资料方便开发应用，相对低廉的价格更适合实际使用。但是，因模块间只支持ー对一通讯，在多点实时数据采集系统中只能采用分时轮询方式使用。尽管有支持一对多通讯的适配器产品供选择，但一方面它不提供二次开发接ロ等技术资料，使用非常不方便。另一面根据蓝牙基带层协议，在ー对多的连接方式中，多个单元形成ー个匹克网(piconet)，而ー个匹克网最多也只有7个活动从单元，当节点数大于7时就无法满足实际使用需求了。图I显示的是多点实时数据采集系统的ー种典型方案各采集节点由传感器、数据采集模块及通讯适配器组成。根据需要采集的不同參数选择不同的传感器，如温度、湿度、ニ氧化碳浓度等，数据采集模块负责将传感器信号进行处理(如模数转换、公式计算、数据编码等)后，将数据通过通讯适配器发送给主机系统(包括计算机硬件及采集系统软件)。根据不同需求，通讯适配器间的通讯可以是有线或无线，通讯适配器与主机的通讯接ロー般地可以是网络、USB、串ロ等。例如，在医用超低温冰箱温度实时监控报警系统中采用上述方案，考虑的系统应用环境、成本、技术可行性等多种因素，项目中的通讯适配器采用广州汇承信息科技有限公司的HC-03/05蓝牙串ロ模块实现无线通讯。该模块封装了蓝牙底层通讯协议，上电后根据用户设定自动完成主从配对，实现一対一的串ロ透明传输。该模块是基于蓝牙串ロ协议实现的无线传输，因此从本质上只能实现模块间ー对一的传输。因此在多点数据采集系统中，只能采用分时轮询的方法实现多点数据采集。即主机系统的主模块与某一传感器节点的从模块完成配对并完成数据通讯后重新复位，再与下ー个节点从模块配对，配对成功后再完成该节点数据采集传输。该方法存在的问题是，主从模块间的完成配对的时间较长，尽管可以通过一些參数设置缩短配对时间，但根据实际经验至少也需要3秒左右的时间。随着节点的増加，整个系统的轮询周期就会越来越长。这样对于实时性要求较高的系统，就限制了节点的数量。在该技术方案中，系统主机通过串ロ连接蓝牙串ロ主模块，各节点连接从模块。配对连接由主模块发起，找到指定的从模块后自动完成匹配，即可实现透明传输。主模块与某一从模块完成一次数据通讯的时间主要包含两部分蓝牙模块间配对时间和数据传输时间。对于一般的数据采集系统完成一次数据传输的时间为毫秒级，相对于几秒甚至十几秒 的蓝牙模块配对时间来说可以忽略不计，因此完成一次通讯所需的时间可以看成模块间的配对时间。当忽略主模块每次通讯间的复位时间时，可以得到整个多点数据采集系统的轮询周期轮询周期 模块配对时间X模块数量。显然，在一个数据采集系统中随着采集节点数量的増加，其轮询周期会变大，整个系统的实时性将变差。模块的配对时间又是由模块本身或者说蓝牙协议本身決定的，用户无法改变。当实际的需求对系统的实时性有较高的要求的情况下，就限制了节点的数量，大大降低了该方案的适用范围，这也是目前该技术方案的最大缺点。
实用新型内容本实用新型要解决的问题是，克服现有技术中的不足，提ー种利用并行技术的基于点对点通讯的蓝牙通信系统。为解决技术问题，本实用新型的解决方案是提供ー种利用并行技术的基于点对点通讯的蓝牙通信系统，包括由传感器、数据采集模块及通讯适配器组成的各采集节点；所述通讯适配器是蓝牙串ロ模块，由相互匹配的蓝牙串ロ从模块和蓝牙串ロ主模块组成，蓝牙串ロ从模块与数据采集模块相接，多个蓝牙串ロ主模块与主机系统相接；所述蓝牙串ロ主模块的数量至少有两个，各蓝牙串ロ主模块分别通过对应的USB转串ロ桥接器连接至主机系统上的各自独立的USB接ロ ；所述蓝牙串ロ从模块的数量多于蓝牙串ロ主模块的数量，且以并行轮询方式分别与各蓝牙串ロ主模块实现匹配。在多线程系统软件的控制下，各蓝牙串ロ主模块采用并行轮询的方式连接匹配各节点从模块，完成数据通讯。作为ー种改进，所述主机系统中包括主线程模块和与其相接的各子线程模块，各子线程接于所述各自独立的USB接ロ。作为ー种改进，所述USB转串ロ桥接器采用的是Silicon CP2102USB TO UARTBRIDGE 芯片。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是本实用新型运用计算机多线程编程技术，实现了基于点对点通讯蓝牙串ロ模块主从配对的并行操作，这样就相对缩短了匹配时间，对运用该蓝牙串ロ模块为无线通信方法的多点数据采集系统来说大大提高了实时性，扩展了系统的适用范围。蓝牙串ロ模块在实际应用中有其自身的优势，成本低且易于实现，蓝牙技术使用的无线频段且低功耗设计更是适合一些特定场合的使用。通过利用并行的技术克服了其配对时间长的缺点，增强了系统实时性，对于实际应用意义重大。
图I为现有技术中多点实时数据采集系统的原理示意图。图2为现有技术中多点实时数据米集系统的方案不意图。图3为现有技术中多点实时数据采集系统的工作机制图。图4为本实用新型多点实时数据采集系统的方案示意图。图5为本实用新型多点实时数据采集系统的工作机制图。
具体实施方式
首先需要说明的是，本实用新型涉及计算机技术领域，是计算机技术在通信领域的ー种应用。在本实用新型的实现过程中，会涉及到多个软件功能模块的应用。申请人认为，如在仔细阅读申请文件、准确理解本实用新型的实现原理和实用新型目的以后，在结合现有公知技术的情况下，本领域技术人员完全可以运用其掌握的软件编程技能实现本实用新型。前述软件功能模块包括但不限干主线程模块、子线程模块、虚拟串行端ロ等，凡本实用新型申请文件提及的均属此范畴，申请人不再一一列挙。本实用新型的基本思想是通过利用计算机多线程编程技术，用并行的方法提高模块的“配对速度”，在轮询周期一定的情况下提高可采集节点的数量，或者说在采集节点数量一定的情况下，减少轮询周期，提高系统的实时性。在本实用新型的方案中，USB转串ロ桥接器采用Silicon CP2102USB TO UARTBRIDGE芯片，多片CP2102通过USB接ロ连接到主机后，可形成多个虚拟串ロ(如C0M1、COM2、……COMn)。这样系统软件就可以通过不同虚拟串ロ连接控制多个蓝牙串ロ主模块。利用多线程编程技术，主线程负责各子线程的启动、结束及数据通信，各子线程通过各自的虚拟串行端ロ控制对应的蓝牙主模块，独立并发运行。系统的工作机制如图5所示，结合一个实际的案例对其进行详细描述。该案例一共包括16个采集节点，根据对HC-03模块的实际使用情况来看，其主从模块实测的配对时间约3秒，加上模块复位时间、数据通讯时间及ー些冗错设计等约I秒，根据原有的技术方案其轮询周期需要64秒左右。而实际使用的要求在30秒以内，因此使用新方案在主机端采用4个主模块并行运行。主线程在初始化阶段负责依次启动4个子线程，井分别根据主线程的指令与对应的从模块1、2、3、4进行匹配。主线程在等待子线程I与从模块I匹配成功后完成与节点I的数据通信，然后立即命令子线程I与模块5进行匹配，这样就完成了与子线程I的一次数据交換。接下来只需延时约I秒，子线程2就可以与从模块2完成匹配，主线程即可完成与节点2的数据通信，随后子线程2就可以与下一个节点(从模块6)开始匹配操作。如此往复，这样对于主线程来说与每个节点完成一次通信的时间只需I秒。若整个系统有16个节点，则轮询周期可达16秒，这样就完全就可以达到并超过实际需求。总之，通过利用计算机多线程编程技术，将多个蓝牙串ロ主模块并发进行配对操作的方法，从整个系统角度来看，減少了蓝牙串ロ模块的配对时间，实现了快速配对，达到 了系统需求。同样的，对于实时性要求更高的系统，可以通过增加主机端主模块的数量的方法来处理。对于USB接ロ来说，一台主机最大可支持127个设备，完全能满足实际的需求。
权利要求1.ー种利用并行技术的基于点对点通讯的蓝牙通信系统，包括由传感器、数据采集模块及通讯适配器组成的各采集节点；所述通讯适配器是蓝牙串ロ模块，由相互匹配的蓝牙串ロ从模块和蓝牙串ロ主模块组成，蓝牙串ロ从模块与数据采集模块相接，蓝牙串ロ主模块与主机系统相接；其特征在于，所述蓝牙串ロ主模块的数量至少有两个，各蓝牙串ロ主模块分别通过对应的USB转串ロ桥接器连接至主机系统上的各自独立的USB接ロ ；所述蓝牙串ロ从模块的数量多于蓝牙串ロ主模块的数量，且以并行轮询方式分别与各蓝牙串ロ主模块实现匹配。
2.根据权利要求I所述的蓝牙通信系统，其特征在于，所述主机系统中包括主线程模块和与其相接的各子线程模块，各子线程接于所述各自独立的USB接ロ。
3.根据权利要求I所述的蓝牙通信系统，其特征在于，所述USB转串ロ桥接器采用的是Silicon CP2102USB TO UART BRIDGE 芯片。
专利摘要本实用新型涉及蓝牙通信技术，特别涉及一种利用并行技术的基于点对点通讯的蓝牙通信系统。该系统中，蓝牙串口从模块与数据采集模块相接，蓝牙串口主模块与主机系统相接；所述蓝牙串口主模块的数量至少有两个，各蓝牙串口主模块分别通过对应的USB转串口桥接器连接至主机系统上的各自独立的USB接口；所述蓝牙串口从模块的数量多于蓝牙串口主模块的数量，且以并行轮询方式分别与各蓝牙串口主模块实现匹配。本实用新型实现了基于点对点通讯蓝牙串口模块主从配对的并行操作，相对缩短了匹配时间，对运用该蓝牙串口模块为无线通信方法的多点数据采集系统来说大大提高了实时性，扩展了系统的适用范围。
文档编号H04B5/02GK202652215SQ201220287880
公开日2013年1月2日 申请日期2012年6月18日 优先权日2012年6月18日
发明者王志康, 裘利坚 申请人:浙江大学