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基于蓝牙技术的网络化传感器设计与实现

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  (2)蓝牙模块ROK 101 008初始化。

  蓝牙模块上电即让其完成初始化工作,使其能与信号范围内蓝牙建立连接通道。这一过程主要通过单片机MCU对蓝牙模块发送HC I指令完成。HCI指令包括指令分组,数据分组和事件分组,具体的格式为: 操作码+参数总长+参数0 +.。.参数N 。

  下面给出主从设备间实现ACL数据连接的HCI指令(字符对应指令的操作码,由前10位和后6位两部分组成,括弧内为该指令的参数) : 从设备上电后实现查询使能进行复位Write_ scan_enable ( 0x03 ) 。主设备发送查询HC I指令Inquiry(0x9c8b33, 8, 0) ,假定从设备地址为0x00000000000,则建立ACL 连接的HC I指令为Creat_Connection (0x000000000000, 0x18, 0, 0, 0, 0) ,从设备接收连接请求指令为Accep t_connection _ request( 0x111111111111, 0 ) , 假定主设备地址为0x111111111111。这样主从设备之间就建立了ACL数据连接。如Inquiry对应操作码为x0001, 0x01。具体的HCI指令参见蓝牙规范。

  2. 2 NCAP的实现

  NCAP的功能为实现蓝牙模块对以太网( Ether2net)的接入,同样选用ROK 101 008系列蓝牙模块,如此可以实现多个STIM对同一NCAP的连接。采用8位微处理器W77E58 和TCP / IP协议栈芯片W3100A一起实现对以太网( Ethernet)的接入的网络化接口。

  (1)协议栈芯片W3100A初始化。

  W3100A是一TCP / IP协议栈芯片,包含的各协议层有: TCP、IP、UDP、ICMP和以太网协议的数据链路DLC和MAC 协议, 其工作方式类似于Windows的Soket AP I,为便于实现对传感器的访问,可以将传感器设计为具有Web服务器功能。W3100A 支持全双工模式,内部带有双口的SRAM数据缓冲区,其封装是64脚的LQFP,提供了并口和串口两种方式实现与MCU的通信。MCU和W3100A的硬件接口如图4所示。其中, RTL8201 芯片为以太网物理层选用设备。

  W3100A提供M II接口与RTL8201 相连, 其中引脚RX_CLK, RXDV, RXD [ 0∶3 ]以及COL用于数据的接收,而TX_CLK, TXE, TXD [ 0 ∶3 ]用于数据的发送。

  MCU中提供模拟的I2 C接口与W3100A 通信。

  MCU和W3100A的硬件接口图

  芯片W3100A正常工作必须对其完成相应的初始化。初始化主要是对必要的寄存器进行相应的设置,这些寄存器包括: 网关地址寄存器GAR、子网掩码寄存器SMR、硬件地址寄存器SHAR以及IP地址寄存器SIPR等。上述寄存器被设置后通过执行控制寄存器CR的0位Sys_init激活芯片。

  (2)WEB服务功能实现。

  协议栈芯片W3100A从硬件上实现了TCP / IP协议,因此将该装置集成Web服务功能显然比较容易,即在无线NCAP上应实现相应的HTTP协议,NCAP在网络功能上相当于"网关"。要实现远程浏览器与传感器交互, 可以利用传感器NCAP 中增加了的E2 PROM ( FM24C04 ) 来存储相应的网页文件。交互时, HTTP通过统一资源定位器URL ( uniform resourcelocator)来确定传感器应该为浏览器提供哪些资源。

  网页文件存放在传感器中的FM24C04里。当监测中心的浏览器发出页面请求时, NCAP 上的处理器在TCP打包的时候,把来自STIM端的监测值嵌入到相应的网页文件中的特殊标志处,再为该网页文件添加相应的HTTP头,返回给请求的用户,如此用户可以在浏览器上看到实际的监测值。因此要实现Web功能,软件上要在NCAP上完成HTTP协议,硬件上增加了一块E2 PROM ( FM24C04) 。

  3 模拟装置在病人监护系统中的应用

  将上述网络化传感器(实验装置)用于病人监护中,病人就可以在异地(如家里)通过其身上携带的传感器来采集和检测某一信号,同时该传感器将信号通过Ethernet或Internet传送到监测中心。病人远程监护系统结构示意图如图5所示。

  病人远程监护系统结构示意图

  利用模拟装置中的WEB 功能,本方案采用B /S(浏览器/服务器)方式实现远程监测中心PC机对传感器的访问。如此可以最大程度地降低监测中心PC机的要求,也免去客户端软件的设计。监测PC只要通过其浏览器(如IE)即可方便实现对传感器的信息进行查询和监测。下面为存储在温度传感器中的一个简单的动态网页程序,其中的"@"用来在网页中插入温度的标志,网页文件存放在传感器中的E2 PROM里。当监测中心的浏览器发出页面请求时, NCAP上的处理器在TCP打包的时候,把来自STIM端的监测值嵌入到相应的网页文件中的"@"处,再为该网页文件添加相应的HTTP头,返回给请求的用户,如此用户可以在浏览器上看到实际的监测值。

  < TITLE >实时温度监视< /TITLE >

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  < center >病人现在的温度是: < font size = + 2 color = #FF99FF > @ < / font > < / center >

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  4 结束语

  笔者提出的基于蓝牙协议的无线网络化传感器设计,信息传输安全可靠,可行性强。其无线的特殊优势,能够满足某些特殊情况的需要,具有广阔的应用前景和良好的市场价值。开发的模拟实验装置如再进一步通过临床验证与完善,即可用于病人远程监护系统实现人体体温的实时检测、监护、记录和储存。如在此基础上增加血压、心率等传感器之后,即可实现对人体的血压、心率等实施监护与记录处理。

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