一种基于BLE蓝牙的仪器通信总线转换器及转换装置的制作方法

一种基于ble蓝牙的仪器通信总线转换器及转换装置
技术领域
1.本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种基于ble蓝牙的仪器通信总线转换器及转换装置。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.现在的仪器控制通信总线主要有gpib、基于vme的vxi、基于pci的pxi、基于lan的lxi、以及rs232等有线方式和wifi、gprs、zigbee、蓝牙等无线方式，有线的方式中，vxi和pxi因为其应用场景限制，很少出现在单台仪器上，而lxi则更多的出现在高端仪器，gpib和rs232因为长期以来一直被各类仪器商广泛的接受和使用，所以是目前仪器通信中使用最多的连接方式，也是各种单台测试设备都能见到的通信接口。但是，对于有线通信方式，因为每个设备都需要物理电缆连接，所以灵活性和移动性差，且难以实现手持智能设备控制。而对于无线通信方式，考虑到无线通讯对于很多测试仪器的干扰，无线功能一般不作为首选功能安装在仪器内部，而更多是由用户根据自身需要开发的外部模块实现，其中wifi是局域网应用较多的一种方式，缺点是成本高、功耗高、安全性低，不插电的wifi模块很难使用很长时间，需要频繁充电或者换电池；而gprs主要应用在有广域网通信需求的一些数据采集领域或者实时监测领域，缺点是价格昂贵、安全性低、对基站依赖性；zigbee作为物联网的主流技术，缺点是数据传输速率低、手持智能设备不支持、开发难度大导致时间成本高；蓝牙则因为功耗高、网络节点少等原因，仅少量应用在测试领域。


技术实现要素：

4.为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明的第一个方面提供一种基于ble蓝牙的仪器通信总线转换器，其实现了gpib和rs232接口信息的无线传输，并针对仪器控制并发性小的特点，以事务主导连接的方式，分时控制主从设备的连接状态，突破了网络节点的数量限制，而且兼具了ble功耗低、连接迅速、安全性高、成本低的特点。
5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种基于ble蓝牙的仪器通信接口转换器,包括：转换器本体，所述转换器本体一端设置rs232接口，另一端设置gpib接口，所述转换器本体内部设置ttl转rs232模块，ble蓝牙模块、gpib控制器模块、rom和多个总线收发器模块，所述ble蓝牙模块分别和ttl转rs232模块以及gpib控制器模块相连，所述gpib控制器模块和多个总线收发器模块相连，所述rs232接口一端连接ttl转rs232模块，另一端连接和仪器的通讯接口相连，所述gpib接口一端连接总线收发器模块，另一端连接和仪器的通讯接口相连，所述ttl转rs232模块和gpib控制器模块用于通过控制测量仪器的通讯接口得到的数据和ble蓝牙模块的uart接口和dio接口的数据之间的转换实现仪器设备之间的无线互联。
7.为了解决上述问题，本发明的第二个方面提供一种基于ble蓝牙的仪器通信接口
转换装置，其采用ble蓝牙的方式替代有线或者其他方式的无线连接，实现仪器通信总线的转换和互联。
8.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
9.一种基于ble蓝牙的仪器通信接口转换装置,包括控制终端以及多个转换器，所述转换器和对应的仪器连接，所述转换器用于自动和控制终端配对并完成注册，所述控制终端用于将仪器操作和读写指令发送至转换器，所述转换器将其转换成对应的接口指令，再转发至仪器的通讯接口。
10.上述方案的优点在于，采用ble蓝牙的方式替代有线或者其他方式的无线连接，实现仪器通信总线的转换和互联。
11.本发明的有益效果是：
12.1、采用ble蓝牙的方式替代有线或者其他方式的无线连接，实现仪器通信总线的转换和互联。采用ble蓝牙技术，模块小、重量轻，连接速度快，可以实现更多应用场景的测试系统的快速构建，更符合军事高机动性应用需求。
13.2、基于事务主导连接的方式，解决了蓝牙连接数量少的问题，可实现更大测试系统的构建。
14.3、ble蓝牙功耗低，加上不保持连接的设定，可以保证更长时间的连续使用。
15.4、ble蓝牙的安全性更高，抗干扰能力更强，加上主设备的mac地址白名单模式，可保证测试系统安全运行。
16.5、ble蓝牙对移动设备的友好支持，可以使用更小的控制终端，进一步提升机动性。
附图说明
17.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
18.图1是本发明实施例中转换器外观示意图；
19.图2是本发明实施例中转换器原理示意图；
20.图3是本发明实施例中注册流程图；
21.图4是本发明实施例中测试过程示意图。
具体实施方式
22.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
23.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
24.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
25.在本发明中，术语如“内”、“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位
或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
26.本发明中，术语如“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
27.术语解释
28.ble：全称是bluetooth low energy，是一种低功耗蓝牙技术，是蓝牙技术联盟设计和销售的一种个人局域网技术，旨在用于医疗保健、运动健身、信标、安防、家庭娱乐等领域的新兴应用。相较经典蓝牙，低功耗蓝牙旨在保持同等通信范围的同时显著降低功耗和成本。它采用3个广播信道替代经典蓝牙技术采用的16～32个信道，降低峰值功率，较短的数据包，快速的连接与断开等手段实现低功耗，一节纽扣电池就可以使用1到2年；使用aes-128ccm加密算法进行数据包加密和认证，保证了数据传输的安全性；采用自适应跳频技术提高了2.4ghz频段的抗干扰能力；ble5.0标准增加了低功耗编码物理层，除循环冗余校验(crc)以外，还有卷积编码及映像，提高了冗余度，减少了出错的机会，确保数据的正确性；启动连接仅需3ms，提高了连接速度；ble模块本身就是用于穿戴设备的开发，因此模块小巧，开发出的器件也非常便携。基于以上优点，ble技术非常适合用于开发仪器总线替代技术，而且它的特点也很适合军事测试领域的应用。
29.目前已有的以无线方式解决仪器通信的方案有基于wifi的自动测试系统、基于zigbee的测试系统及方法和基于蓝牙的无线智能传感器，其中最相近的为后两种。基于zigbee的测试系统及方法是通过一个zigbee无线通信模块作为媒介，连接测试控制终端和测试仪器，组成一个无线测试网络，优点是最多可以支持255个测试设备的连接，缺点是不支持移动智能设备开发，而且开发难度较大。基于蓝牙的无线智能传感器是为传感器增加了一个7cm*4cm的蓝牙适配器，用以传输实时数据，该方案时间较早，缺点是适配器较大、节点少，而且功耗高，后来因为功耗问题，蓝牙已基本很少再运用到仪器互联适配器领域。
30.实施例1
31.为了满足市面上大多数仅有gpib或rs232总线接口的仪器集成的需要，本发明研制了一种将仪器gpib或rs232总线上的数据转换成ble信号与控制端进行交互的转换器。
32.如图1-图2所示，本实施例提供一种基于ble蓝牙的仪器通信接口转换器，包括：转换器本体，所述转换器本体一端设置rs232接口，另一端设置gpib接口，所述转换器本体内部设置ttl转rs232模块，ble蓝牙模块、gpib控制器模块、rom和多个总线收发器模块，所述ble蓝牙模块分别和ttl转rs232模块以及gpib控制器模块相连，所述gpib控制器模块和多个总线收发器模块相连，所述rs232接口一端连接ttl转rs232模块，另一端连接测量仪器的rs232接口，所述gpib接口一端连接总线收发器模块，另一端连接测量仪器的gpib接口；所述ttl转rs232模块和gpib控制器模块用于通过控制测量仪器的通讯接口得到的数据和ble蓝牙模块的uart接口和dio接口的数据之间的转换实现仪器设备之间的无线互联。
33.具体的，所述ttl转rs232模块用于将从测量仪器的通讯接口得到的数据转化成uart信号,gpib控制器模块用于将从测量仪器的通讯接口得到的数据转化成8位dio信号，这些传递给ble蓝牙芯片处理后，再通过对应的蓝牙连接转发给控制终端。通过ble信号进
行仪器设备之间的无线互联。
34.ttl转rs232模块作用是将ble蓝牙模块的uart接口输出转换为rs232输出，实际就是ttl电平向232电平转换；gpib控制器模块是单片机和总线接口之间的管理芯片，以简化gpib开发，和总线收发器是配套使用的。
35.上述技术方案的优势在于，所述ttl转rs232模块和gpib控制器模块用于实现ble蓝牙芯片的uart接口和dio接口的数据与测量仪器通讯接口的数据之间的相互转换，ble蓝牙芯片作为中间件，负责接收、处理和转发测量仪器接口和蓝牙无线连接的通讯数据，进而实现了测量仪器之间的无线互联。
36.所述转换器采用锂电池供电，可方便快捷的插入仪器通讯接口，随时随地的实现仪器设备无线互联。
37.所述转换器本体还设置开关键以及注册/注销按钮。
38.所述ble蓝牙模块还与led模块相连，所述led模块用于显示整个通信的提示信息。
39.可以理解的，在其他的实施例中，ttl转rs232模块、ble蓝牙模块、gpib控制器模块以及总线收发器模块，本领域技术人员可以根据具体工况自行设置，例如，ttl转rs232模块可以采用max3232，ble蓝牙模块可以采用cc2640r2,gpib控制器模块可以采用nat7210,总线收发器模块可以采用sn75161,在此不作详述。
40.实施例2
41.如图3所示，本实施例提供一种基于ble蓝牙的仪器通信接口转换装置，包括控制终端以及多个转换器，所述转换器和对应的仪器连接，所述转换器用于自动和控制终端配对并完成注册，所述控制终端用于将仪器操作和读写指令发送至转换器，所述转换器将其转换成对应的接口指令输出至测量仪器对应的通讯接口，实现仪器的远程控制。
42.所述转换器将其转换成对应的接口指令输出至测量仪器对应的通讯接口，具体为：ble蓝牙模块当前的可用接口，将指令通过uart接口输出到ttl转232模块再转发至rs232接口，或者通过gpio接口输出到nat7210 gpib控制模块再到gpib接口。
43.所述控制终端在无任务时，只根据仪器注册表掌握仪器状态，不建立实质性连接，而转换器保持待机状态；当要执行测试任务时，控制终端会根据任务调用仪器需求，依次向所有仪器的转换器发送状态更新指令，收到所有转换器发来的状态更新请求并均为“可用”后，才开始执行测试任务，超时未收到更新状态的，则弹出相关仪器不可用信息，并更改仪器注册表状态为“不可用”。
44.执行任务时，所述控制终端根据测试任务流程逐步完成每个子任务，在每个子任务中，控制终端以串行的方式逐个向相关仪器的转换器发送操作指令，需要接收数据时，进入阻塞状态；转换器将指令转发给相关仪器，并接收仪器返回的状态信息或测试数据，信息或测试数据准备完毕后，转换器定向广播设备名，控制终端建立连接并接收相关数据。
45.所述转换器用于自动和控制终端配对并完成注册包括：
46.所述转换器用于向所有接口发送响应“idn？”指令，将有信息返回的接口编号和获取的仪器信息与自身mac地址捆绑作为设备名，并和内存rom中保存的设备名进行对比，若不一致，更新rom,并设置自身状态为未注册，非定向广播设备名，并与控制终端进行连接，发起注册请求，控制终端将设备名存入仪器注册表，并标记状态为“可用”，而转换器则会自我标记为已注册状态。
47.如果连接尝试3次不成功，转换器将进入待机状态，不再广播，此时可短按“注册/注销”按钮，再次尝试配对连接。
48.如果对比设备名结果一致，则判断自身状态是否已注册，如果已注册，则定向广播设备名，向控制终端请求更新状态，如果未注册，则非定向广播设备名，发起注册请求。
49.控制终端收到注册请求，先检索注册表，查找并删除相同mac地址的转换器注册信息，确保转换器与仪器注册表的一对一对应关系。
50.为了确保安全性，控制终端与转换器的连接通信建立在配对绑定的基础上，为了防止非授权的设备与主设备绑定，控制终端可建立mac地址白名单，控制终端仅与白名单内的转换器进行配对绑定。
51.转换器关机时，如果是未注册状态，则直接关机，如果是已注册状态，则先定向广播设备名，向控制终端更新注册表状态信息为“不可用”后，再完成关机。
52.转换器在已注册状态下，常按“注册/注销”按钮，将定向广播设备名，向控制终端发送注销请求，控制终端将该转换器从注册表中删除，并断开连接，转换器自我标记为未注册状态。
53.当转换器与控制终端连接成功，并完成注册后，将断开连接，保持待机状态。待机状态下，每隔30秒会向仪器发送一次“idn？”指令，确认与仪器连接状态正常，如未收到正确的仪器信息，转换器将向控制终端声明状态为“不可用”。
54.如图4所示，以测试过程为例说明控制终端、转换器以及对应仪器的工作原理。
55.所述控制终端用于根据设定的任务选择相应的仪器，所述设定的任务包括多个子任务，每个子任务由多台仪器相互合作完成，所述子任务间采取并行的方式运行，同一台仪器则采取阻塞的方式运行，即对于同一台仪器无论被多少个子任务调用，正在执行的子任务如果没有完成，则该仪器处于阻塞状态，其他调用它的子任务则同样进入阻塞状态。
56.子任务中，所述控制终端与测试仪器的每次交互都是一个事务，每个事务包含建立连接、发送指令或数据、确认指令或数据、断开连接等步骤。鉴于ble蓝牙只支持最多7个连接的原因，并针对测试领域测试任务实时性要求低，并行操作的需求较少的特点，本发明采用了以事务主导连接的方式，实现了无最大连接数量限制的多仪器互联。即需要与仪器进行交互时，才建立连接，交互完成后，立即断开连接。
57.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。