蓝牙技术应用.docx

基于蓝牙芯片的无线通信模块设计与开发秦琳媛

1引言
蓝牙技术是一个开放性的、短距离HYPERLINK"http://www.dianziw.com/p39.htm"无线通信技术标准，它工作在全球通用的2.4GHZISM频段，采用跳频扩频技术，可以用于近距离通过无线连接的方式实现固定设备以及移动设备之间的网络互连，在各种数字设备之间实现灵活、安全、低成本、小功耗的数据和语音通信，实现全方位的数据传输。
工业现场环境恶劣，有些地方工作人员甚至难以接近，特别是一些工业环境禁止使用电缆（如超净或真空封闭的房间）或者很难使用电缆来传送数据（如高速旋转的设备、高空设备、不适于布线的强腐蚀恶劣环境），这时采用蓝牙等无线通信技术代替电缆来实现现场设备与监控网络间的数据传输就能有效解决上述问题。为此本文针对工业现场设备、接入点、手操器等设计蓝牙无线通信模块，该模块具有体积小、完全嵌入蓝牙协议、性能可靠和组网灵活等特点。验证了蓝牙技术应用于工业控制系统的可行性。
3蓝牙模块的硬件设计
蓝牙模块的硬件结构框图如图1所示，包括BlueCore2-External（BC212015）蓝牙HYPERLINK"http://www.dianziw.com/p331.htm"芯片、SST39VF800FLASH芯片、FB2520带通滤波器+平衡不平衡变换器、LTCC陶瓷天线等。电源由配套主设备引入，经过电源模块电平转换，为蓝牙主芯片、HYPERLINK"http://www.dianziw.com/p3.htm"存储器、带通滤波器和平衡不平衡转换器等提供所需的+3.3V和+1.8V电源。下面将对各个模块分别介绍。

3.1BlueCore2芯片介绍
蓝牙模块采用了BlueCore2-External（BC212015）芯片，BlueCore2是英国CSR公司推出的一款工作在2.4GHZ的ISM(工业、科学、医学)频段集成基带和射频的单芯片蓝牙芯片。
BlueCore2-External芯片的内部结构如图1所示。芯片内部主要集成有32Kbyte片上RAM、HYPERLINK"http://www.dianziw.com/p45.htm"DSP、HYPERLINK"http://www.dianziw.com/p44.htm"MCU、射频前端以及各种I/O口。各种I/O口包括SPI、UART、USB、PIO、PCM、I2C等接口。其中SPI、UART、USB接口主要用来传输数据；I2C总线用于链接EEPROM；PIO接口为可编程接口；PCM接口用来传输语音；在BlueCore2中UART接口的最大传输数率为1.5Mbps，能够达到蓝牙标准中规定的723.2kbps的数据传输数率。
3.2储存电路
由于蓝牙芯片并不自带协议栈，需要外拓一块FLASH用来储存协议栈和应用软件。本设计中选用了Silicon存储科技公司(SST)的SST39VF系列中的一款，HYPERLINK"http://www.dianziw.com/p48.htm"闪存型号为SST39VF800。SST39VF800是SST多用途高精度CMOS闪存技术的成功典范，它采用了分立门电路的元件设计方式和氧化通道喷射技术，使得其存储可靠性大大提高，工艺和性能都远优于其它竞争对手。此外SST还专门为便携式设备进行了SST39VF800的性能优化，使得它在运行中的能耗更小，程序执行速度更快，更加适合便携式设备使用。根据蓝牙协议栈的大小采用8Mbit的SST39VF800，读取时间为70ns，工作电压为2.7~3.6V，为了适应工业现场苛刻的要求选用了支持-20℃~+85℃工业级温度范围的型号。
3.3带通滤波器+平衡不平衡转换器(Balun)
通常射频发射机输出的是TX_A和TX_B两路差分信号，其输出特性是平衡（对称）的。而天线输出的电缆是采用50欧姆的不平衡同轴电缆，同轴电缆直接与平衡的系统连接时，同轴电缆不单屏蔽层的里面有高频电流，而且屏蔽层的外面也有高频电流流过，这样就会引起不必要的耦合，造成许多干扰，严重时甚至使周围的设备不能正常工作。所以，有必要在天线和发射机输出端之间接入平衡-不平衡转换器。带通滤波器一般是无源器件它的作用是滤除接收机不需要的频带内的信号，为低噪声HYPERLINK"http://www.dianziw.com/p31.htm"放大器（LNA）提供选择性信号起到减小干扰的作用。本设计中采用了台湾ACX公司的集成带通滤波器+平衡不平衡转换器的器件FB2520，带通滤波器和平衡-不平衡转换器集成在一起集成度更高有效的减小了电路板的面积，该器件具有外型小巧，插入损耗低等优点，能够很好的完成平衡到不平衡端的转换和带通滤波的功能。
3.4电源模块