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蓝牙串口模块在卷烟入库扫码中的应用

发表时间：2021/7/28 来源：《中国科技信息》2021年9月上作者：罗敏章文彬单晨来

[导读] 本文针对卷烟数据采集场合电缆连接复杂、易受电磁干扰等问题，设计了基于蓝牙模块进行无线数据传输的采集系统，实现了对现场数据的采集和短距离内数据的无线传输。

浙江省烟草公司金华市公司罗敏章文彬单晨来 321000

摘要：本文针对卷烟数据采集场合电缆连接复杂、易受电磁干扰等问题，设计了基于蓝牙模块进行无线数据传输的采集系统，实现了对现场数据的采集和短距离内数据的无线传输。笔者结合本单位实际情况，利用蓝牙模块与PC串口连接，实现了伟迪捷DS4600卷烟件码扫描系统的无线数据传输，替代了原有的屏蔽线进行传输。经过长时间的通信测试表明：采用蓝牙模块数据传输速度快、无误码，而且系统运行稳定，对于类似的短距离无线数据传输系统具有很好的借鉴意义。
关键词：蓝牙卷烟异步串行通信 DS4600A
        引言
        一号工程的卷烟件码扫描系统由伟迪捷DS4600扫描器、CBOX模块、串口屏蔽线、PC机组成。通过串口屏蔽线将PC机串口和CBOX模块相连接。在仓库复杂的装卸环境中，其与PC机连接的串口屏蔽线由于各种原因的挤压和磨损，串口屏蔽线经常会出现断裂和数据传输异常，严重影响作业的连续性。另外串口屏蔽线环境要求高、距离短，不能适应较大车型的装卸。所以应考虑采用一种能适应现场工作环境的无线传输技术来替代串口屏蔽线通讯。蓝牙便是这样一种旨在取代电子设备间连接线缆的无线传输技术。自蓝牙诞生以来，以其抗干扰能力强、功率低、安全性能强和具备开放性等优势在短距离通信领域得到了广泛的应用。基于此，从应用角度出发，以蓝牙模块代替串口屏蔽线作为数据通讯为出发点，研究并实现了PC机与伟迪捷DS4600卷烟件码扫描模块的无线数据通信。
        1、蓝牙技术代替有线传输可行性分析
        1.1 什么是蓝牙？
        蓝牙（BlueTooth)是一种支持设备短距离通信的无线电技术，功率级别分CLASS1 100米距离和CLASS2 10米距离两种。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。蓝牙的标准是IEEE802.15，工作在2.4GHz?频带，带宽可达3Mb/s。蓝牙技术规范由SIG组织开发维护，目前具备蓝牙通讯功能的产品已经很多。
        1.2 蓝牙通信的主从关系
        蓝牙技术规定每一对设备之间进行蓝牙通讯时，必须一个为主角色，另一为从角色，才能进行通信，通信时，必须由主端进行查找，发起配对，建链成功后，双方即可收发数据。理论上，一个蓝牙主端设备，可同时与7个蓝牙从端设备进行通讯。一个具备蓝牙通讯功能的设备，可以在两个角色间切换，平时工作在从模式，等待其它主设备来连接，需要时，转换为主模式，向其它设备发起呼叫。一个蓝牙设备以主模式发起呼叫时，需要知道对方的蓝牙地址，配对密码等信息，配对完成后，可直接发起呼叫。
        1.3 蓝牙的呼叫过程
        蓝牙主端设备发起呼叫，首先是查找，找出周围处于可被查找的蓝牙设备，此时从端设备需要处于可被查找状态，当主端设备找到从端蓝牙设备后，与从端蓝牙设备进行配对，此时需要输入从端设备的PIN码，也有设备不需要输入PIN码。配对完成后，从端蓝牙设备会记录主端设备的信任信息，此时主端即可向从端设备发起呼叫，根据应用不同，可能是ACL数据链路呼叫或SCO语音链路呼叫，已配对的设备在下次呼叫时，不再需要重新配对。
        对于已配对的设备，作为从端的蓝牙耳机也可以发起建链请求，但做数据通讯的蓝牙模块一般不发起呼叫。链路建立成功后，主从两端之间即可进行双向的数据通讯。在通信状态下，主端和从端设备都可以发起断链，断开蓝牙链路。
        1.4 蓝牙一对一的串口数据传输应用
        蓝牙数据传输应用中，一对一串口数据通讯是最常见的应用之一，我们此次也是采用了一对一的数据通讯模式。一般蓝牙设备在出厂前即提前设好两个蓝牙设备之间的配对信息，主端预存有从端设备的PIN码、地址等，两端设备加电即自动建链，透明串口传输，无需外围电路干预。一对一应用中从端设备可以设为两种类型，一是静默状态，即只能与指定的主端通信，不被别的蓝牙设备查找；二是开发状态，既可被指定主端查找，也可以被别的蓝牙设备查找建链。
        2 系统实现
        2.1系统硬件结构设计

        目前的卷烟件码扫描系统由伟迪捷DS4600扫描器、CBOX模块、蓝牙模块、工控机组成，使用了蓝牙模块代替了原先的串口屏蔽线。（如图1所示）
        图1中的蓝牙模块，我们采用了蓝牙RS232内嵌模块，作为一种线缆取代方案，它可以直接与单片机或处理器相连，采用即插即用的方式透明的实现设备间的无线数据传输。蓝牙RS232内嵌模块有主从之分，一个主设备与一个从设备配套使用。当蓝牙RS232内嵌模块硬件电路连接正确，并且加电启动之后，主从设备会自动建立连接，并且识别与记忆对方设备，之后，用户的设备就可以像使用一条串口线一样的使用蓝牙RS232内嵌模块。
此蓝牙RS232内嵌模块提供了安全认证功能，当用户设置使用安全认证时，连接的设备必须要进行鉴权，只有通过鉴权的用户才能与其进行通讯。在此我们使用的这一对蓝牙RS232内嵌模块，自动完成了这些过程，从而加强了数据传输的安全性。
                                                                                2.2 系统实施
        将两个蓝牙RS232内嵌模块其中一个与CBOX模块相连组成数据传输的上位机，另一个与工控机相连组成数据传输的下位机。在此需要注意的是，这两根连接线不能使用普通的串口线，如果使用普通的串口线，在工控机这端接收到的数据将是乱码。我们通过重新用屏蔽线制作了两根串口线从而解决了乱码问题。如此一来，由DS4600A扫描器扫描获得的卷烟件码数据通过CBOX模块的控制，有序地经由两个蓝牙RS232内嵌模块传送给工控机上的控制程序，实现了卷烟入库的扫码。系统连接简易图如图3所示。
                          3、系统实现效果
        使用蓝牙技术代替串口屏蔽线来实现数据传输主要有一下几个方面的好处：
        第一：数据传输速度快，无误码，尤其是系统运行稳定，大大提高了工作效率，降低了出错率，适合于大数据量的传输；
        第二：成本低，传输距离远于有线，无须铺设线缆，降低了环境改造成本，外观整洁美观，符合6S现场管理的要求；
        第三：功耗小，并且采用跳频扩频技术，可有效地提高数据传输的安全性和抗干扰能力；
        第四：具有较强的可扩展性，安装方便，并可实现多个蓝牙设备间的联网，便于进行数据检测和控制。
        4、结束语
        随着烟草行业信息化的不断发展，将蓝牙技术与卷烟数据采集技术相结合构建出的数据无线传输系统具有性能高、体积小、功耗低、抗干扰能力强、数据传输速度快、安装维护方便、适用于移动设备和便携设备等优点。本课题所设计的卷烟件码数据采集蓝牙无线传输模块，有效的实现了对现场数据的采集和近距离数据的无线传输，对于类似的数据采集系统的设计具有很好的借鉴意义。
作者简介：罗敏（1980年1月-），女，汉族，浙江金华人，浙江省烟草公司金华市公司，中级工程师，硕士研究生，主要从事烟草商业信息化建设和运营。