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蓝牙技术在施工机械在线监测中的应用

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

  摘要:在对蓝牙技术及其原理讨论的基础上,结合施工机械状态监测现场的具体特点,提出了一种新型的施工机械状态无线监测系统,实现了对施工机械状态的实时监控,提高了施工机械的智能化水平。
  关键词:蓝牙技术施工机械在线监测
  
  在线状态监测也叫机载式故障预报,是通过把高可靠性的传感器像触角一样分布到施工机械的有关部位,直接获取各运行部分的工况参数,从而进行分析、处理,实时控制施工进度,提高施工质量的一种监测。当前施工机械的发展方向是智能化,这就对计算机系统的信息采集、复杂信号处理与控制等能力提出了较高的要求。利用蓝牙芯片可对各传感器采集的数据进行无电缆可靠传输,并能利用非机载设备(如高档微机及功能完善的软件)对采集的信号进行复杂有效的处理,从而合理地控制施工全过程。
  
  1蓝牙技术简介
  
  蓝牙(Bluetooth)技术是一种近距离无线通信标准,由爱立信、英特尔、诺基亚、东芝和IBM等五大公司组成的特殊利益集团(SIG,SpecialInterestsGroup)于1998年5月联合制定。SIG推出蓝牙技术的目的在于实现最高数据传输速率为1Mb/s(有效传输速率为721kb/s)、最大传输距离为10m的无线通信,并形成世界统一的近距离无线通信标准。蓝牙技术可提供低成本、低功耗的无线接人方式,被认为是近年来无线数据通信领域的重大进展之一,其程序写在一个9mm×9mm的微芯片中[1]。
  
  蓝牙系统一般由四个功能单元组成:天线单元、链路控制(固件)单元、链路管理(软件)单元和蓝牙软件(协议)单元。
  
  1.1蓝牙技术的系统结构[2~4]
  
  蓝牙技术的系统结构如图1所示。从图1可以看出蓝牙的体系结构由两大部分组成,即:底层协议部分和高层应用协议部分。下面分别对两部分作一粗略的介绍。
  
  1.1.1底层协议
  
  底层协议作为蓝牙技术应用的基础,有着十分重要的作用。以目前的技术水平,部分协议功能可以由一个小型芯片来完成,这些功能主要包括:
  
  Radio/RF:进行频带的信道定义和信号的发送与接收;
  
  BaseBand:实现基带部分协议和其它底层链路功能;
  
  LinkManager(LM):用于链路的建立和管理;
  
  L2CAP:是LogicalLinkControlandAdaptationProtocol的缩写,实现高层协议复用、包的组装和拆分等功能;
  
  SDP:是ServiceDiscoverProtocol的缩写,发现并识别底层设备所能提供的服务,以便高层应用调用。
  
  1.1.2高层应用协议
  
  高层应用协议主要包括以下几种应用协议:
  
  RFCOMM:是ETSITS07.10标准的一个子集;
  
  TCP/IPOverBluetooth:通过这个协议可以支持TCP/IP服务;
  
  IrOBEXOverBluetooth:这个协议提供了蓝牙与红外传输的兼容性;
  
  FilesTransferOverBluetooth:通过这个协议可以支持FTP服务。
  
  值得注意的是,还有一种高层应用协议可以支持WAP(WirelessApplicationProtoc01)应用,通过它可以有效实施一个广域范围内的移动网络。
  
  根据上面的讨论,总的来讲,一个完整的蓝牙应用解决方案是由软、硬件两部分组成的,其中硬件部分包括RF、Baseband和LinkManager,软件部分包括L2CAP以上的功能。
  
  1.2工作原理
  
  蓝牙技术工作在全球通用的
  
  
  
  2.4GHzISM(I-工业;S-科学;M-医学)频段,数据传输速率为1Mb/s。从理论上讲,以2.4GHzISM频段运行的技术能够使相距30m以内的仪器设备之间成功实现无线连接,数据传输速率可达2Mb/s;如果再加入功率放大器,发射距离有效范围可达100m。蓝牙技术采用了“Plug&Play”技术,即任意一个采用了蓝牙技术的仪器设备(简称“蓝牙设备”)一旦搜寻到另一个蓝牙设备,马上就可与之建立联系,无需用户进行任何设置,可谓能做到“即连即用”[5]。所以,蓝牙技术比较适用于短距离无线数据传输。
  
  如前所述,蓝牙技术在硬件上的主要模块有:基带(Baseband)和射频(RF)两部分,如图2所示。
  
  其中,Transmitter模块对来自Baseband的信息进行高频处理,然后由天线发射出去,在这个过程中,由于采用了快速跳频以及前向纠错方案来保证链路的稳定和传输的可靠性,所以其抗干扰能力很强;与这个过程相反,Receiver模块把从天线中接收到的数据进行处理后,通过Baseband传送给主机。所以,任何两个支持蓝牙标准的设备都可以在短距离内进行信息传递,而不需要使用电缆链接,而且它的功耗非常低。
  
  2实际应用
  
  传统的在线状态监测系统,无论是主动式还是微机自动监控系统,均需要将各传感器提供的在线信号实测值通过相应的有线电缆传输至微机,并与微处理器内存的标准值进行比较,由此判断机况是否良好。由于各种工况条件的限制,需要机载设备具有高可靠性和简单性(通过使用单片机来处理这些信息),这样,只能对现场施

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