ROKl01007蓝牙模块及其在无线火灾自动报警系统中的应用

摘要：ROK101007是Ericsson公司生产的一种实现蓝牙功能的中短距离通信模块。从应用的角度出发，将ROKl01007作为通信模块集成到无线火灾自动报警系统中，对蓝牙技术在火灾报警中的应用进行了探讨和研究，并给出了火灾自动报警系统原理框图和ROKl01007与单片机及上位机的接口电路，及相应的主要软件设计方法。
关键词：火灾报警；蓝牙技术；ROKl01007；无线通信

1 引言
    随着传感技术、微电子技术、人工智能以及网络技术的不断发展，火灾自动报警系统正朝着新一代控制技术发展。但现行的火灾报警系统探测器与控制器的连接大多采用两条或多条铜芯绝缘导线或铜芯电缆，使得系统耗材多，功耗大，设计、施工与维护复杂；而且连接线容易老化或遭到腐蚀、磨损，故障发生率多，误报率高；系统运行时，火灾信息在探测器与控制器间往返传送，增加了报警控制器的信号处理负担，降低了系统巡检速度、稳定性和可靠性。因此，将蓝牙技术应用于火灾自动报警领域可实现火灾信息的无线传输，是解决上述问题的理想方案，同时也是现代火灾自动报警系统的发展趋势。本文引入蓝牙芯片ROKl01007作为通信模块集成到火灾自动报警系统中，采用有线与无线相结合的网络方案构成分布式报警系统，实现现场参数的自动检测和控制。

2 ROKl01007的基本特性
    ROKl01007是Ericsson公司生产的一种在各种电子设备中实现蓝牙功能的短距离通信模块，它支持UART、PCM和USBl.1接口，支持点对多点连接，具有声音和数据传输的功能。该蓝牙模块符合蓝牙1.1版本，并通过了FCC/ETST类型认证，其内部结构框图和引脚配置如图1所示，其内部主要包含射频模块(PBA31301/2)、基带控制器、闪存等功能模块。表1列出了ROKl0l007蓝牙模块主要引脚说明。

3 在火灾自动报警中的应用
3.1 火灾自动报警系统构成
    采用PC机和单片机组成的二级测控系统结构，单片机作为下位机用于前端测量单元，负责现场火灾信号的采集及预处理等。PC机作为上位机，也称为终端，负责对整个网络系统的参数设置及监控，完成数据的集中智能化处理等。火灾自动报警系统框图如图2(a)所示，下位机系统采用有线、无线相结合的连接方式进行信息传输，硬件框图如图2(b)。

    下位机系统利用Intel公司的MCS-51系列单片机作为控制器进行现场温度、烟雾和气体信号的采集及预处理，并保存在单片机中，然后通过前端单元的蓝牙模块，以无线通信的方式发送给终端单元的蓝牙模块，最后传给上位机进行后续处理，从而实现单片机与PC机上下位机的连接，完成数据交换。反之，PC机到单片机的数据传输过程同样如此。上位机主机采用功能强大的PC机作为控制单元，利用VC/C++高级语言实现蓝牙模块的初始化、蓝牙链路管理命令的编辑、链路建立、链路监视、链路拆除以及数据的打包和拆包等功能，同时完成各位置蓝牙终端信息的综合分析、智能化处理，得出火灾发生概率并报警。
3.2 ROKl01007工作原理
    下位机系统单片机与蓝牙模块之间通过串口写入HCI(主机控制器接口)指令即可进行通信，鉴于单片机工作电压为+5 V，蓝牙模块的工作电压为+3.3 V，采用电平转换器件74LVTH245进行电源转换。单片机和蓝牙模块的接口电路如图3所示。采用蓝牙模块的UART作为接口进行数据通信，此时蓝牙模块作为数字电路终端设备(DCE，Data Circuit-terminal Equipment)，其串行传输速率可达460 kbit/s。

    上位机系统硬件配置框图如图2(a)，值班室监控服务器一侧主机(PC机)，既可以采用模块化设计，又可将蓝牙模块作为添加的附件和插卡与主机连接。蓝牙模块和主机接口都可采用USB接口，也可采用标准串行口RS-232方式连接。本文采用后一种接口方式，由于RS-232电平与TTL和CMOS电平相反，逻辑0电平规定为+5 V~+l5 V，逻辑l电平为-5 V~-15 V，因此，为了与蓝牙模块电平匹配，在蓝牙模块和PC机接口之间采用MAX3232进行电平转换。上位机接口电路如图4所示。

    蓝牙模块ROKl01007支持保持(HOld)、侦听(sniff)、休眠(Park)三种节能模式，其中保持模式适于连接几个微微网以及温度传感器、烟雾探测器等低功耗设备。多数时间内火灾探测设备没有数据传输，因而在实际的火灾自动报警系统中可以通过报警控制器把探测器置为保持工作模式，此时微微网内只有一个内部计数器工作。一旦某个火灾探测器探测到火情，处于保持模式的单元被激活，探测器监测到的火灾信息由基带芯片分析处理转化成电信号后，通过射频芯片传送给报警控制器。控制器上安装应用软件，负责各位置的蓝牙终端信息的综合分析、集中判断处理。
    运算并确认火灾后，将指令传输到联动控制设备，再由联动控制设备启动相应的联动装置。在整个传输过程中，省去了硬件控制，提高了传输速度，也为维修保养提供了方便。通过蓝牙技术连接的微微网网络初建时，将报警控制器定义为主设备，火灾探测器定义为从设备，建立A-CL链路进行数据传输。

4 系统软件设计
    蓝牙技术标准定义了主机控制器接口HCI，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HCl分组都以HCI指示符开始，不同的指示符代表不同类型的HCl分组，如表2所列。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。

    ROKl01007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(PC机、单片机)的通信及蓝牙模块与蓝牙模块的通信。下位机系统主要是在单片机上进行编程，实现数据的采集、处理等，重点是HCI-RS232传输层的通讯。软件流程如图5所示。首先对蓝牙模块进行初始化，设定相应的串口通信参数；根据蓝牙标准的HCI指令，完成设备的查询和连接；连接成功后单片机开始数据采集，然后将数据打包成ACL数据包再发送给终端进行透明数据传输。ACL数据分组里的数据必须是L2CAP(Logical Link Control and Adaption)格式的，具体意义参考规范。

    PC机对蓝牙模块的控制主要通过软件编制调用HCI指令，整个程序可采用高级语言编程VisualC/C++在PC机上实现。

5 结束语
    利用蓝牙模块ROKl01007在室内体育馆等中小范围内组建一微微网进行区域报警，有很广阔的发展前景。目前，在国外的某些高层建筑中已经采用蓝牙无线网络技术，在设备间真正实现了“无缝连接、随时在线”。将报警控制器置为主设备，探测器置为从设备，通过ROKl01007模块与主设备形成“空中连接”，实现数据通信，该模块提供的三个主机控制器接口极大地方便了硬件设计。另外，蓝牙模块具有明确的网络封装协议，可以很方便地实现与TCP/IP的直接连接。将蓝牙模块应用于无线火灾自动报警系统中，可降低系统设计施工成本，减少误报率，提高系统可靠性，具有其他技术无可比拟的优势。