一种基于蓝牙技术的多点温度监控方法 【技术领域】
本发明涉及温度监控技术领域，尤其涉及一种基于蓝牙技术的多点温度监控方法。
背景技术
温度作为一项热工参数，在工业现场和过程控制中具有至关重要的作用，从钢铁制造到半导体生产，很多工艺都要依靠温度来实现，温度传感器及温度监控系统是应用系统与现实世界之间的桥梁。在社会生产各个行业具有非常广泛的用途，如电阻炉，烧结陶瓷等，火灾预警，粮库粮食安全储存等领域。基于温度监控的重要性，现在非常多的高新技术也开始应用到该系统中，拓展了温度监控系统的的应用范围，提高了可靠性，为实时监控提供了高效率和高稳定性。
传统的温度监控方法大多依赖有线传输为主，一旦距离过长，不但增加成本，而且也会影响到数据的有效传输，在恶劣的环境下，有些有线传输是基本上不可能的，此外，有些温度监控点会经常变化，如果采用有线设计，也不现实。正因为这个缺陷，无线接入技术开始渗透到温度监控。
目前小型低成本无线接入技术主要有：蓝牙技术，红外技术。红外线的传输距离被限制在1.5米之内，而且发射器必须互相对准，中间也不能有障碍物，红外线的这一缺点决定其应用范围只能是临时性的网络。相反，蓝牙的传输距离大得多，而且不易受到障碍物干扰，甚至可以穿透一座墙壁。
【发明内容】
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于蓝牙技术的多点温度监控方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于蓝牙技术的多点温度监控方法，系统主要由一个总监控点和若干个监测点组成。所述总监控点和各监测点之间通过蓝牙连接。总监控点主要由蓝牙传输模块、接收端核心处理模块和计算机监控平台依次相连组成。监测点包括电源、温度监控模块、模拟/数字转换模块、发送端处理模块、蓝牙传输模块和显示电路模块。温度监控模块、模拟/数字转换模块、发送端处理模块、蓝牙传输模块和显示电路模块分别与电源相连，温度监控模块、模拟/数字转换模块、发送端处理模块和蓝牙传输模块依次相连，显示电路模块与模拟/数字转换模块相连。所述基于蓝牙技术的温度多点监控方法，主要包括以下步骤：
(1)各检测点与总监控点初始化：包括各检测点与总监控点的布置、监控区域匹配、监控环境参量选择、系统报警参数等；
(2)各检测点检测串口数据：首先由温度监控模块实时检测温度，模拟/数字转换模块系统设计使温度数值与变化可以转化为电流与电压量化信息数据，之后将绝对温标转换成摄氏温标，驱动各检测点的显示电路显示温度值。同时，将数据传至各检测点的核心处理模块，从而使信息传递到蓝牙传输模块处等待传递；
(3)蓝牙传输模块传输温度信息：温度信息在各检测点与总监控点之间通过蓝牙传输模块进行传递；
(4)总监控点读取数据与温度监控：通过蓝牙传输模块，总监控点核心处理模块获取了温度信息数据，之后与计算机监控平台一起完成温度监控过程。
本发明的有益效果是，
1、本发明基于蓝牙技术的多点温度监控系统可以用于工业温度监控，火灾预警，食物储存等方面，具有非常广泛的应用前景。
2、蓝牙温度传感终端非常容易介入系统，对于拓展系统的测量点非常方便。
3、组网简单，只需一台监控计算机，以及终端蓝牙温度传感设备。
【附图说明】
图1是本发明基于蓝牙技术的多点温度监控系统整体模块图；
图2为AD590电路图：
图3为温度监控模块电路图；
图4为模拟/数字转换模块与显示电路模块电路图；
图5为发送端核心处理模块电路图；
图6为ROK101007电路图；
图7为各监测点程序流程图；
图8为总监控点程序流程图。
【具体实施方式】
本发明将蓝牙技术应用到温度监控方法中，以降低温度监控系统的成本，提高可靠性和应用范围，研制一个基于蓝牙技术、能实现无线、多点测量的温度监控系统。该系统降低温度监控系统的组建成本，对于系统的拓展提供了非常高的灵活性，给系统的维护提供了最低的维护成本。
如图1所示，本发明基于蓝牙技术的多点温度监控系统主要由一个总监控点和若干个监测点组成，总监控点和各监测点之间通过蓝牙连接。总监控点主要由蓝牙传输模块、接收端核心处理模块和计算机监控平台依次相连组成。监测点包括电源、温度监控模块、模拟/数字转换模块、发送端处理模块、蓝牙传输模块和显示电路模块，温度监控模块、模拟/数字转换模块、发送端处理模块、蓝牙传输模块和显示电路模块分别与电源相连，温度监控模块、模拟/数字转换模块、发送端处理模块和蓝牙传输模块依次相连，显示电路模块与模拟/数字转换模块相连。
本发明中，温度监控模块可以使用美国模拟器件公司(ADI)生产的AD590型号产品；模拟/数字转换模块与显示电路模块可以使用美国美信(Maxim)公司生产的ICL7106型号产品；发送端核心处理模块与接收端核心处理模块可以使用美国爱特梅尔公司(ATMEL)的AT89S51型号产品；蓝牙传输模块可以使用瑞典爱立信公司(Ericsson)的ROK101007型号产品。
如图2所示，温度监控模块可以使用AD590温度传感器，AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源，它是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。AD590的测温范围为-55℃～+150℃；它的电源电压范围为4V～30V，电源电压可在4V～6V范围变化；AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。AD590精度较高，共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55℃～+150℃范围内，测量精度：±0.3-±2.5℃。AD590温度感测器是一种已经IC化的温度感测器，它会将温度转换为电流，温度每增加1℃，它会增加1μA输出电流。
图2所示是AD590的内部电路，图中的T1-T4是为热效应而设计的连接方式，起到恒流作用，用于使左右两支路电流相等。T5、T12和T10为启动电路，其中T5为恒定偏置二极管。T6可用来防止电源反接时损坏电路，同时也可使左右两支路对称。T7、T8、T10为对称的Wilson电路，用以提高阻抗。T9、T10是感温用晶体管，两管材质与工艺完全相同。R1、R2为发射极反馈电阻，可用于进一步提高阻抗。R5、R6是薄膜工艺制成的低温度系数电阻，供出厂前调整之用。C1和R4可用来防止寄生振荡。
电路设计使得T9、T10、T11三者发射极电流相等，并同为整个电路的总电流的1/3。T9和T11地发射结面积比为8∶1，T10和T11的发射结面积相等，T10和T11的发射结面积相等。T9和T11的发射结电压相互反极性串联后加在电阻R5和R6上，而R6上只有T9的发射极电流，R5除来自T10的发射极电流外，还有来自T11的发射极电流，所以R6上的压降是R5的2/3。实际使用过程中就是利用激光修正R5以进行粗调，修正R6以实现细调，最终使其在可使用温度范围内总电流达到1Ma/K。
如图3所示，在设计测温电路时，首先应将电流转换成电压。由于AD590为电流输出元件，它的温度每升高1K，电流就增加1μA。当AD590的电流通过一个10kΩ的电阻时，这个电阻上的压降为10mA，即转换成10mV/K，为了使此电阻精确(0.1％)，可用一个9.6kΩ的电阻与一个1kΩ电位器串联，然后通过调节电位器来获得精确的10kΩ。在电路中，运算放大器A1被接成电压跟随器形式以增加信号的输入阻抗，而运放A2的作用是把绝对温标转换成摄氏温标，A1与A2输出端之间的电压即为转换成的摄氏温标。
如图4所示，模拟/数字转换模块与监测点的显示电路模块，通过ICL7106核心模块实现。在图4中，ICL7106是3位半显示的模拟/数字转换电路，它内含液晶显示驱动电路，可用来进行模拟/数字转换和LCD显示驱动。
发送端系统核心处理模块电路图如图5所示，单片机核心模块AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4kB ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89S51具有如下特点：40个引脚，4kB Flash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器(RAM)，32个外部双向输入/输出(I/O)口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗(WDT)电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。
接收端核心处理模块与发送端核心处理模块的引脚接口正好相反。
ROK101007系统结构框图如图6所示，各监测点与总监控点蓝牙传输模块使用的ROK101007核心模块，它是Ericsson公司生产的一种在各种电子设备中实现蓝牙功能的通信模块，该蓝牙模块集成度高，功耗小，完全兼容蓝牙协议1.1版本，可嵌人任何需要蓝牙功能的设备中。它包含无线收发器(PBA31301/2)、基带控制器、闪存、电源管理模块和时钟5个功能模块，可提供高至主机控制接口层的功能。此外，该模块还提供有USB、UART和PCM接口，并通过了FCC/ETST类型认证，因而能方便地与主机进行通信。
ROK101007包含的五个功能块，无线收发器(PBA 313 01/2)、基带控制器、闪存、电源管理模块、时钟，主要功能如下。
无线收发器PBA31301/2是一个工作在2.4-2.5GHz ISM频段的短距离微波频率射频收发器，使用GFSK调制，最大的TX&RX数据传输率为1Mbit/s。能在可供使用的79个信道(2.402-2.48 0GHz)之间快速地跳频(1600个信道/s)，通道带宽是1MHz，频率偏差在140kHz和175kHz之间。满足蓝牙二级操作，最大输出功率是4dBm，不需要功率控制。安装天线之后，传输距离可达10m，符合ISM频段的FCC和ETSI标准。PBA 31301/2以RadioASIC为基础，集成了环路滤波器、压控振荡器、天线滤波器、收发控制器、发送器和接收器等六个操作部件。
基带控制器是一个基于ARM7TDMI的功能块，通过UART或USB接口控制无线收发器。基带控制器负责处理底层的链路层功能，如调频序列的选择等。
闪存以二进制码的格式存放蓝牙固件，可与基带控制器交换数据、地址和控制信号。蓝牙固件包括链路管理器和主机控制接口(HCI)。
电源管理模块提供芯片所需电源。Vcc的典型值是3.3V。
时钟模块内置频率为13MHz的时钟。时钟由一个晶体振荡器产生，保证定时的精度在20ppm之内。
除此之外，链路管理器实现了链路管理协议(LMP)，负责处理底层链路控制。每个蓝牙设备都可以通过LMP与另一个蓝牙设备的链路管理器进行点对点的通信。主机控制接口(HCI)为主机提供了访问基带控制器、链路管理器以及硬件状态和控制寄存器的命令接口。主机通过主机控制接口(HCI)驱动程序提供的一系列命令控制蓝牙接口；蓝牙固件的HCI收到命令后，会产生事件返回给主机，用来指示接口的状态变化。
下表列出了ROK101007蓝牙模块主要引脚说明：
类型 引脚标 号 引脚名 工艺 数据流 向 引脚描述 URA T A5 RXD CMO S INPUT 数据流接口，通过UART接口接 收数据
类型 引脚标 号 引脚名 工艺 数据流 向 引脚描述 URA T A6 RTS CMO S INPUT 流控信号，主机要求从UART发 送数据 URA T B5 TXD CMO S OUTP UT 数据流接口，从UART接口输出 发射数据 URA T B6 CTS CMO S OUTP UT 流控信号，清除从UART发送数 据 USB B1 D+ CMO IN/OU 通过USB接口输入/输出数据 S T USB B2 D- CMO S IN/OU T 通过USB接口输入/输出数据 USB B4 WAKE_ UP CMO S OUTP UT 蓝牙模块连接到USB主机 USB C1 DETAC H CMO S INPUT USB主机要求断开与蓝牙模块 的连接 PCM A1 PCM_IN CMO S IN 数据流接口，通过PCM接口向 蓝牙模块发送数据 PCM A2 PCM_O UT CMO S OUT 数据流接口，主机通过PCM接 口接收数据 PCM A3 PCM_SY NC CMO S IN/OU T 设置数据采样率 PCM A4 PCM_CL K CMO S IN/OU T 设置数据速率时钟 其他 C4 VCC_IO POW ER POWE R 给输入/输出端口提供外部电源
类型 引脚标 号 引脚名 工艺 数据流 向 引脚描述 C8 VCC POW ER POWE R 电源 C2 ON POW ER INPUT 连接电源时，电压调节器被启动 B3 GND POW ER POWE R 信号地 R4 NC CMO S CMOS 空脚 T2 ANT RF IN/OU T 天线连接 T6 I2C_DAT A CMO S IN/OU T 通过该接口输入/输出数据 CS I2C_CLK CMO S OUTP UT 时钟信号 RS RESET CMO COMS 复位 S
ROK101007主要引脚说明
计算机监控平台的工作包括两部分：一是各监测点温度信号的采集与无线传输；二是总监控点温度信号的无线接收、温度值显示以及温度超限报警等实时动作。两部分程序流程图如图7和图8所示。
蓝牙技术标准定义了主机控制器接口(HCI)，标准主要是定义主机控制蓝牙模块的各个指令意义。每个HCI分组都以HCI指示符开始，不同的指示符代表不同类型的HCI分组。主机与蓝牙模块之间通过HCI收发分组方式进行信息交换，用指令—应答(Command-Response)方式实现控制。
ROK101007可提供高至HCI层的功能，系统软件设计主要是完成蓝牙模块与主机和单片机的通信及蓝牙模块与蓝牙模块的通信。同时在单片机上进行编程，实现数据的采集、处理等，重点是输层的通讯。对蓝牙模块的控制主要通过软件编制调用指令，整个程序可采用高级语言编程VisualC/C++在计算机平台上实现。
在系统上实现基于蓝牙技术的温度多点监控方法，主要包括以下步骤：
1)各检测点与总监控点初始化。
包括各检测点与总监控点的布置、监控区域匹配、监控环境参量选择、系统报警参数等。
在监控之前，需要先布置各检测点与总监控点。各检测点布置密度和安装地点可根据应用人为处理，但必须与监控区域相匹配。总监控点基站布置地点有利于群集信号采集。同时必须设定好系统时间、监控时间间隔，监控时间间隔决定两次数据采集的时间间隔。环境参量选择指哪些信息是需要各检测点采集的。系统报警参数指在总监控点设置怎样的报警方式与警戒线值。
系统默认的监控环境参量为温度；监控时间间隔为1分钟；报警方式为总监控点计算机报警。这些能在运行后通过总监控点计算机改变。
2)各检测点检测串口数据
首先由温度监控模块实时检测温度，模拟/数字转换模块系统设计使温度数值与变化可以转化为电流与电压量化信息数据，之后将绝对温标转换成摄氏温标，驱动各检测点的显示电路显示温度值。同时，将数据传至各检测点的核心处理模块，从而使信息传递到蓝牙传输模块处等待传递。
3)蓝牙传输模块传输温度信息
温度信息在各检测点与总监控点之间通过蓝牙传输模块进行传递。
蓝牙传输模块的链路管理器通过链路管理协议，负责处理底层链路控制。每个蓝牙设备都可以通过协议与另一个蓝牙设备的链路管理器进行点对点的通信。蓝牙传输模块集成度高、功耗小，完全兼容蓝牙协议1.1版本，并且包含无线收发器、基带控制器、闪存、电源管理模块和时钟等功能模块，可提供主机控制接口层的功能，因而能方便地与核心处理模块进行通信。
4)总监控点读取数据与温度监控
通过蓝牙传输模块，总监控点核心处理模块获取了温度信息数据，之后与计算机监控平台一起完成温度监控过程。
其功能包括温度值显示以及温度超限报警等实时动作，当某检测点检测到温度超出阈值状况时，总监控点开启温度报警，并显示报警检测点序号从而对照相应位置。