一种基于蓝牙的数据传输方法及其应用

周锋 吴频频 王素梅

摘 要：本文论述了一种基于蓝牙的数据传输方法，并且在微处理器控制系统下予以实现。该传输方案有3个特点：针对数据特点，数据流量小，串口通信；借用广泛使用的安卓智能移动客户端（智能手机）显示，较少设备硬件；传输方式传输稳定，通用性强。本文介绍的蓝牙传输方法，硬件上使用了蓝牙4.0技术，蓝牙模块设计RS232通信接口，可以广泛应用电子设备无线通信；软件上独自开发APP应用软件，支持RS232通讯中常用的ASCII码和16进制2种通信协议。本算法在某移动式综合气象站（ASCII码协议）和某微型气象站（16进制协议）中得到了成功使用，从数台设备连续运行一年的情形来看，数据的输出效果良好，交互快捷有效，传输稳定，APP软件运行稳定。

关键词：数据传输；蓝牙4.0；APP软件；智能移动终端

中图分类号：TP368.12 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）14-0027-03

A Method and Application of Data Transmission Based on Bluetooth

ZHOU Feng1 WU Pinpin2 WANG Sumei3

（1.CAMA （Luoyang） Environment Monitoring Co.， Ltd.，Luoyang Henan 471009；2. Luoyang Vocational & Technical College， Luoyang Henan 471008；3. Shandong Polytechnic College， Jining Shandong 272063）

Abstract： This paper discussed a data transmission method based on Bluetooth and was implemented under the microprocessor control system. The transmission scheme had three characteristics： the data traffic was small， the serial port communication was small， and the widely used Android smart mobile client （smart phone） displays， less device hardware； transmission mode was stable and versatile. The Bluetooth transmission method introduced in this paper used Bluetooth 4.0 technology and Bluetooth module to design RS232 communication interface. It could be widely used for wireless communication of electronic devices. APP software was developed on the software alone. It supported the common ASCII code and two kinds of communication protocols in the RS232 communication. This algorithm had been successfully used in a mobile integrated weather station （ASCII code Protocol） and a micro meteorological station （16）. From the case of a year of continuous operation of several devices， the output of the data was good， the interaction was fast and effective， the transmission was stable， and the APP software was stable.

Keywords： data transmission；Bluetooth 4.0；APP software；intelligent mobile terminal

1 研究背景

數据传输在微处理器系统中有重要意义。早期的微处理器系统，由于技术原因，数据传输采用有线串口通信（RS232，485等）传输，需要配置电脑等显示设备，通常的接收设备都是具备串口的各种形式的电脑[1]。该传输方式需要满足以下几个要求：其一，接受设备需要在微处理器系统的最大传输距离内；其二：接收设备需要和微处理器系统同时开机[2]。随着传输技术的发展，短距离无线传输技术（如ZigBee等）应运而生，但这些无线数据传输模式仍然为点到点的传输模式，需要专用的数据显示和接收设备（计算机），只断开微处理器系统和显示设备之间物理连接信号线。

为了实现真正意义上的无线传输，本文在微处理器系统的通信接口连接蓝牙芯片，通过加密处理，实现微处理器系统的蓝牙芯片与智能移动终端直连，通过定制APP软件，按照定制通信协议，实现微处理器系统数据与APP软件的双向交互。微处理器系统上传的数据可在智能移动终端上显示和存储。智能移动终端的广泛普及和使用，为实现真正意义上的无线传输提供了必备条件。野外保障系统由于受使用环境、设备供电和运输等的限制，采用蓝牙传输、智能移动终端接收数据的交互方式显得十分必要。

2 数据备份和单片机系统的整体介绍

近年来，无线传输在微处理器系统中被广泛使用，而数据传输方式也较多，包括点对点传输、GPRS长距离无线传输、蓝牙和Wi-Fi传输等。本文主要介绍蓝牙传输。微处理器系统通过TTL电平或者RS232与蓝牙模式连接，具体连接方式[1]如图1所示。微处理器把采集到的最新数据按照算法规定的格式和顺序存到指定的缓存里面，新数据覆盖上个周期的数据，根据时序信号，把缓存中的数据通过RS232输出，而写入位置和写入的字节数遵循通信机制。在数据传输前，蓝牙模块需要与智能移动终端APP建立连接，首次通信需要通过密码验证，防止设备传输的数据被窃。在APP软件中需要选择对应的数据传输协议，如果使用ASCII码传输，则采用ASCII码协议，否则选择16进制协议[3]。

3 蓝牙4.0模块

蓝牙4.0是蓝牙3.0+HS规范的补充，专门面向对成本和功耗都有较高要求的无线方案。其主要具有以下几方面特点：超低的峰值、平均和待机模式功耗；不同厂商设备交互性；无线覆盖范围增强；完全向下兼容；低延迟。蓝牙4.0支持双模式和单模式两种传输方式。双模式中，低功耗蓝牙功能集成在现有的经典蓝牙控制器中，或在现有经典蓝牙技术芯片上增加低功耗堆栈，整体架构基本不变，因此成本增加有限。单模式面向高度集成、紧凑的设备，使用一个轻量级连接层提供超低功耗的待机模式操作、简单设备恢复和可靠的点对多点的数据传输，能让联网传感器在蓝牙传输中安排好低功耗蓝牙流量的次序。此外，其还具有高级节能和安全加密连接。基于上述优势，蓝牙4.0可广泛用于卫生保健、体育健身、家庭娱乐和安全保障等诸多领域。

本文采用的蓝牙模块详细电路结构具有以下几方面特点。①该蓝牙模块使用主从模块，引出VCC、GND、TXD、RXD和KEY接口引脚、蓝牙连接状态引出脚（STATE），未连接输出低，连接后输出高。②LED指示蓝牙连接状态，快闪表示没有蓝牙连接，慢闪表示进入AT模式，双闪表示蓝牙已连接并打开了端口。③底板设置防反接二极管，带3.3V的LDO，输入电压3.6～6V，未配对时电流约30mA，配对后约10mA，输入电压禁止超过7V。④接口电平3.3V，可以直接连接各种单片机（51，AVR，PIC，ARM和MSP430等），5V单片机也可直接连接。⑤空旷地的有效距离为20m（功率等级为CLASS 2），超过20m数据通信质量变差，数据传输易丢包。⑥配对以后当全双工串口使用，无需了解任何蓝牙协议，支持8位数据位、1位停止位，可设置奇偶校验的通信格式，不支持其他格式。⑦可以通过拉按键进入AT命令模式设置参数和查询信息。⑧体积小巧，工厂贴片生产，保证贴片质量，并套透明热缩管，有一定的防静电能力。⑨可通过AT命令切换为主机或者从机模式，也可通过AT命令连接指定设备。⑩支持4 800～57 600bps的标准波特率。

4 移动客户端及APP软件

蓝牙数据接收设备采用安卓系统的智能移动终端，在智能移动终端开发蓝牙数据接收APP软件。APP软件工作流程图见图2。[开启APP][开启蓝牙接收][查找准备连接蓝牙模块][是否有过连接？][是][否][输入密码][建立配对][选择交互协议][采用16进制协议][采用ASCII协议][选择装备建立连接][设备型号][按照设置周期发送][招测命令][接收，解析、存储][显示数据][开始下个周期交互]

图2 APP软件数据解析结构及工作流程图

APP软件完成蓝牙模式的查找，与蓝牙模块建立加密连接（第一次连接需要输入连接密码），然后选择准备建立连接的设备型号。APP软件设置完成后，在微处理器正常工作时，即可与微处理器系统进行正常交互，实现对微处理器通过蓝牙上传的数据进行招测或者自动接收数据，并对数据进行解析、存储、显示。

APP工作过程如下。第一步：开启APP软件，点击允许蓝牙传输，搜索设备后会有“CAMA1”（定义蓝牙名字，可以变更）设备出现，第一次连接需要输入密码“1234”（蓝牙配对密码，可以重置）。如果找不设备，需要开启电源箱，查看电源是否有电。依据蓝牙模块指示灯闪烁状态判断是否正常工作。配对成功后指示灯长亮。第二步，选择需要连接的设备（WS600-6要素站），选择设备后要选中“显示接收数据记录”和“本地存储接收数据”，否则数据不能在接收终端上存储。第三步，上述设置完成后，APP提示与设备连接正常，等待数据上传，数据默认10s（可以设定间隔）刷新一次。详情界面见图3。

5 蓝牙传输方法的实现

本文论述蓝牙传输方式在凯迈（洛阳）环测有限公司新开发某便携式自动气象站中的应用。该便携式自动气象站为科研、军事和应急等气象信息野外保障，需要实时显示和记录保障地区的气象信息。蓝牙传输方式在凯迈（洛阳）环测有限公司新开发某便携式自动气象站中应用的整机结构框图如图4所示，ZQX-3为传感器，内置蓝牙4.0模块，蓄电池为传感器和蓝牙模块供电；数据接收APP客户端为一款安卓的三星平板电脑，续航时间超过30h。APP接收的数据以TXT格式文件存储在智能移动客户端内，按天存储，一天存储2个TXT文件，分别存储ASCII码文件和16进制文件，数据存储如图5所示。

6 结语

本文介绍的蓝牙传输方法，由于功耗低，大大降低了便携式气象站数据传输模块的功耗；在设备蓄电池容量确定时，延长整机续航时间；使用无线传输模式，解决便携式气象设备和显示设备的（笔记本电脑）连接线，减少设备使用局限性。智能可移动终端取代显示器（笔记本电脑），解决了笔记本电脑工作需要交流供电和续航时间短的问题，从而扩大了野外设备使用范围，延长了工作时间。从一年来的运行效果来看，该无线蓝牙数据傳输模块运行正常，传输稳定，抗干扰能力强，APP软件无死机现象发生。

参考文献：

[1]张刚毅：单片机原理及应用[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2]谭浩强.C语言设计[M].北京：清华大学出版社，2005.

[3]李黄，自动气象站实用手册[M].北京：气象出版社，2007.