藍牙技術(shù)在短距離無線遙控中的應用

短距離無線電遙控有很大的應用需求，但由于射頻電路的設(shè)計和調(diào)試較為復雜，對人員和設(shè)備的要求較高。因而限制了其使用范圍。

藍牙技術(shù)提供低成本，短距離的無線通信。支持點對點，一點對多點的雙向數(shù)字傳輸。工作在2.402～2.480GHz的ISM頻段。數(shù)據(jù)速率 1Mb/s，糾錯編碼采用1/3率的重復碼，2/3率的漢明碼，跳頻頻率數(shù)79個頻點，跳頻速率1600次/秒，發(fā)射距離 Class2級的模塊為10m左右，Class 1 級的模塊可達100m。

將藍牙模塊用于無線電遙控系統(tǒng)，把無線射頻部分的工作交由藍牙模塊完成。使遙控系統(tǒng)設(shè)計變得簡單方便。

無線遙控發(fā)射機
無線遙控系統(tǒng)中發(fā)射機的組成框圖如圖1所示。

圖1 發(fā)射機的組成框圖

它有三路模擬量（操縱桿）輸入、六路開關(guān)量（按鍵）輸入。微控制器選用TI公司的MSP430F2274單片機，主要優(yōu)點是低功耗。藍牙模塊使用的是Stollmann公司BlueRS+ Class1模塊。

發(fā)射指令編碼：六個開關(guān)量全部狀態(tài)的組合有64組碼。由于實際有效編碼的組數(shù)遠小于全部狀態(tài)組合碼數(shù)。并且用2字節(jié)（16bit）的長度表示開關(guān)狀態(tài)有效組合編碼，故采用加大碼組間漢明距離，使用具有糾錯功能的分組碼作為開關(guān)狀態(tài)的傳輸編碼。

發(fā)射機指令編碼每20ms發(fā)送一幀。每幀數(shù)據(jù)的格式如圖2所示。

圖2 發(fā)射機指令幀

一幀數(shù)據(jù)18字節(jié)。幀頭字段占4字節(jié)，其中第4字節(jié)是幀序號，以256為模；模擬1、模擬2和模擬3這三個字段各占2字節(jié)，分別是1號、2號和3號操縱桿的位置信息的數(shù)字量編碼； 開關(guān)1字段占2字節(jié)，是表示六路開關(guān)狀態(tài)的編碼；開關(guān)2和開關(guān)3字段分別是開關(guān)1字段的重復，目的是增加抗干擾能力。接收機在對該信息解碼時，接收到的開關(guān)1、開關(guān)2和開關(guān)3這三組碼中只要有一組碼的誤碼沒有超出可糾錯的范圍，即可正確執(zhí)行相應動作。不必再等待接收下幀數(shù)據(jù)，可減少延遲時間。

藍牙模塊與微控制器的連接如圖3所示。微控制器把代表指令編碼的組幀信息傳送給相連的藍牙模塊，由該藍牙模塊經(jīng)由無線信道發(fā)送到與接收機相連的另一只藍牙模塊，由它將數(shù)據(jù)傳給接收機的微控制器。

圖3 藍牙模塊與微控制器的連接

發(fā)射機微控制器程序
發(fā)射機程序框圖如圖4所示，微控制器執(zhí)行讀開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)編碼、讀操縱桿、組幀等指令所需要的時間很短，多數(shù)時間是等待20ms定時。當20ms定時器中斷時就設(shè)置定時標志有效。主程序見到定時標志有效，就將已準備好的組幀數(shù)據(jù)移到發(fā)送緩沖區(qū)，并且啟動串口開始發(fā)送數(shù)據(jù)。串口發(fā)送使用中斷方式。

(a)中斷程序框圖

(b)主程序框圖

圖4 遙控發(fā)射機程序框圖

發(fā)射機設(shè)計為每20ms發(fā)送一幀遙控指令，是為了和遙控對象中的一種模型舵機相配合。

微控制器與藍牙模塊使用串口通信，波特率選為9600b/s。一幀數(shù)據(jù)長18字節(jié)，發(fā)送占用時間約：
18字節(jié)×10位×（1/9600）秒≈18.75ms

需傳送信息（遙控指令編碼）的信道編碼及其糾錯、跳頻時序控制等工作則由藍牙模塊在其內(nèi)嵌的藍牙協(xié)議操作之下完成。

接收機
遙控接收機的組成原理框圖如圖5，藍牙模塊與微控制器相連，藍牙模塊收到的遙控發(fā)射機發(fā)出的含有遙控指令編碼信息的數(shù)據(jù)傳給微控制器。由微控制器對該指令編碼進行譯碼、變換后經(jīng)由相應的驅(qū)動電路隔離和放大，然后控制對應的被控對象動作。

圖5 接收機的組成

遙控接收機的微控制器收到的信息理論上應是和圖2所示相同的發(fā)射機指令編碼數(shù)據(jù)。但由于數(shù)據(jù)在傳輸過程中經(jīng)由射頻無線傳輸,更有可能因干擾等原因出現(xiàn)誤碼，使得接收到的信息與發(fā)送方的信息不一致，這就需要再次對收到的編碼信息進行糾錯處理。對開關(guān)量信息采取加大碼組間漢明距離的方法增加糾錯能力。而對操縱桿位置這類模擬量則是采取連續(xù)多次滑動濾波的方法來減小誤碼的影響。

結(jié)語
實測在收發(fā)相距70m，且無遮擋的情況下，接收機未出現(xiàn)拒動或誤動的情形。距離100m時工作不可靠。從發(fā)射機按下開關(guān)到接收機對應端口響應動作，其延時約50～70ms。

由于是短距離遙控，操作者能目視被控對象的響應狀態(tài)。為簡單起見，僅用前向信道傳送遙控指令。未使用反向信道。