基于蓝牙模块的仪表组态调试方案

徐德宏 郭佛保 黄 兴

（浙江中控自动化仪表有限公司）

随着人们对移动通信需求的日益增长，通信模式从有线技术发展到无线技术，从固定模式走向移动模式。 在这种背景下，蓝牙技术的应用越来越普及和重要，它融合了电子、计算机及通信等高新技术。 在工业现场，随着信号类型和仪器仪表数量的增多，工厂通用场景中对仪器仪表的状态监控、系统调试及变更组态等工作需要投入巨大的人力、设备和时间资源。 针对需要通过通信线进行组态程序下发的仪器仪表，笔者设计了一种基于蓝牙模块的仪表组态调试方案。

1 系统构成

以安全栅为例，通过专用的蓝牙模块连接至安全栅顶部特定的电气接口（MicroUSB），完成与蓝牙模块的通信并给蓝牙模块供电（图1），用户在APP 端通过校验蓝牙模块的匹配码 （PIN 码）和物理地址MAC 确保连接安全。 链路建立后，就可以实现无线下发组态程序、 模块状态读取、信息采集和功能调试等功能。

图1 蓝牙模块与安全栅通信

鉴权是蓝牙系统中的关键部分，基于“请求-响应”运算法则，它允许用户为个人蓝牙设备建立一个信任域，例如只允许自己的笔记本电脑通过自己的移动电话通信。 加密被用来保护通信中的个人信息，密钥由程序的高层管理，通过网络传送协议和应用程序可以为用户提供一个较强的安全机制。

APP 端内置关联蓝牙的特定PIN 码和物理MAC 地址，能够实现双层安全保护：第1 层安全保护是若特定PIN 码不符合就不能进行配对，即保证只有配对码配对成功的蓝牙设备才能连接，而其他无线设备无法连接；第2 层安全保护是蓝牙地址的匹配，APP 端可以通过设置锁定蓝牙模块匹配连接的蓝牙地址的方法， 实现单点对多点，即一个APP 端对应多个蓝牙模块，若连接后发现蓝牙模块的地址与APP 端所设定的地址范围无法匹配，系统自动断开连接，如图2 所示。

图2 APP 与蓝牙设备配对流程

APP 端内置关联的所有安全栅的ID 表单，表单预先内置关联的所有安全栅ID 号。 当APP通过外置蓝牙模块与安全栅握手通信链路建立后，会校验安全栅ID 号是否为内置表单上的，如果是， 则能成功组态、 状态监控和功能调试；否则，显示非法，拒绝进一步操作，并记录此时的安全栅ID 号，如图3 所示。

2 实施方案

2.1 接口

安全栅特定的MicroUSB 接口信号定义为：+3.3V、RX、TX、NC、GND。

蓝牙模块的接口引脚定义与之对应。

图3 APP 与安全栅配对流程

从安全栅传输过来的+3.3V 给蓝牙模块RFBM-S02I 供电，RX、TX 用作安全栅MCU 与蓝牙模块通信。

2.2 蓝牙模块

RF-BM-S02I 蓝牙模块是基于CC2540 芯片研发的低功耗蓝牙射频模块，可广泛应用于短距离无线通信领域。 本设计利用蓝牙模块体积小和操作便捷的特点代替了体积笨重的PC 机； 通过蓝牙实现无线连接代替了通信线缆； 通过APP端、蓝牙模块和安全栅自上而下的认证关系大幅提高了系统的整体安全性， 避免PC 系统碎片化带来的容错问题。

2.3 APP 界面

APP 界面涵盖了安全栅所有可组态的信号类型，界面分为4 个部分：

a. 组态。 主要分为输入和输出两大区块，输入部分包含了热电阻、热电偶、电压和电阻4 个信号类型，每个信号类型中可以通过下拉选项选择具体型号和信号量程范围，输出部分可以设置4～20mA 对应输入信号的具体量程， 可以通过蓝牙模块读取或下发安全栅的组态信息。

b. 实时。 在组态界面选择好相应的型号，切换到实时界面，无需任何操作，会实时显示温度、电流和冷端值，或者频率和电流值，更新周期为2s。

c. 工具。 在该界面，可以进行热电偶/热电阻的正向和逆向分度表查询。 当类型栏里选择热电偶时，转换类型如果是电动势，在冷端补偿和温度栏中输入数值会转换成相应的电动势值；转换类型如果是温度，在电动势中输入数值就会转换成相应的温度值。 当类型栏里选择热电阻时，转换类型如果是转电阻值， 在温度栏中输入数值，就会转换成相应的电阻值；转换类型如果是转温度，在电阻值栏中输入数值，就会转换成相应的温度值，如图4、5 所示。

d. 我的。 在我的界面可以打开操作手册，修改蓝牙名称、设置语言、检测版本更新并查看公司信息等。

图4 工具界面1

图5 工具界面2

3 新方案的优点

笔者提出的基于蓝牙模块的仪表组态调试方案，运用了无线蓝牙技术，有3 个较为突出的优点：

a. 因为蓝牙技术中应用了跳频技术，所以蓝牙通信的安全性和抗干扰性能力强，而且蓝牙通信可连接多个设备， 克服了数据同步的难题，可以同时进行批量仪器仪表的组态。

b. 提高了系统的可靠性。通常在系统调试阶段会频繁地对仪器仪表进行组态，需要将已经安装好的仪器仪表拆卸下来进行组态后再重新安装，由于现场情况较为复杂，调试人员很容易因为一些误操作导致仪器仪表失效甚至整个系统故障。 而使用蓝牙模块进行组态，不需要将仪器仪表拆卸下来， 简化了整个系统调试的复杂程度，减小了仪器仪表的失效率。

c. 组态快速便捷。 现有的组态方式需要PC机、组态线及供电模块等设备，所需设备多且笨重，每个仪器仪表安装的位置不可能都满足这些条件， 因此只是简单的组态也会带来很大的不便。 本设计中组态所使用的方案只需要一个蓝牙模块，携带轻便，通过蓝牙无线通信，由仪表特定的接口供电即可工作，然后在手机安装好的客户端APP 上操作就可以进行组态。

4 结束语

笔者设计的基于蓝牙模块的仪表组态调试方案，通过专用蓝牙模块与加密适配的APP 端来提高仪器仪表组态配置的安全性；不用频繁拆卸仪表即可组态，提高了系统的可靠性；淘汰了以前需要PC 机、 组态线及供电电源等笨重烧写设备的组态方式， 使用了轻便可携带的蓝牙模块，可随时随地进行组态。 因此，本方案能够较好地应用于工厂中需要用通信线缆进行组态信息下发的仪器仪表，有效地解决了工业现场仪器仪表组态配置耗费人力、设备和时间的问题，大幅提高了组态的便捷程度、组态效率和安全性。