蓝牙技术在数字式断路器中的应用研究

论文摘要

蓝牙是一种短距离无线通讯标准，具有使用方便、可靠性高、低功耗和低成本的特性。它的目的在于替代数字设备和计算机外设之间的线缆连接以及实现数字式设备之间的无线组网。随着科技的不断进步，蓝牙技术也越来越多的被运用到各行各业中。数字式断路器是用于接通、分断电力系统以及对各种故障进行保护控制的一种电气开关器件，它的保护能力通过断路器的核心单元智能控制器来实现。在科技日益发达的今天，人们对断路器模块化、智能化的要求不断提高，可通讯、可组网成为断路器先进与否的标志之一。针对这一实际的需求，引入蓝牙技术，将蓝牙RS-485串口适配器嵌入到数字式断路器中。本文采用上下位机通讯的方式，设计带有蓝牙功能的数字式断路器作为下位机，带有蓝牙RS-232串口适配器的计算机作为上位机，双方无需线缆就可以进行数据的传输。本文首先介绍蓝牙技术和断路器的历史、现状和发展趋势，指明了本课题的研究目的和意义。接着介绍了蓝牙技术的分层协议体系结构，对蓝牙射频、基带和链路控制器、链路管理器协议、逻辑链路控制和适配协议、服务发现协议、串口仿真协议等蓝牙协议以及和课题相关的几个蓝牙通用应用类框架进行了详细的分析和说明。重点阐述蓝牙HCI协议，并对HCI协议的初始化、流量控制、查询、建立连接、数据传输、断开连接这六个步骤的流程作了解析。在对课题相关的蓝牙协议和应用框架有了清晰的认识之后，接着选用了CSR的BlueCore2—External蓝牙芯片设计蓝牙适配器。在考虑抗干扰手段的前提下对电源电路、驱动电路、复位电路和显示电路等进行模块化设计，给出了具体的原理图和实物图。课题采用单芯片方案，使用BlueCore虚拟机协议栈，分析基于CSR单芯片的嵌入式软件结构，画出具体流程图并设计了相关程序。然后通过CSR的BlueLab开发工具进行了系统的测试，实现了计算机和数字式断路器通讯的研究初衷。最后，总结全文，并对该系统提出了一些改进的建议，方便今后继续展开相关的研究工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 蓝牙技术概述
• 1.2.1 蓝牙技术的发展和应用概况
• 1.2.2 蓝牙与其他短距离无线通信技术的比较
• 1.3 数字式断路器概述
• 1.4 课题研究的目的和意义
• 1.5 课题研究的主要内容
• 第二章 蓝牙协议规范
• 2.1 蓝牙协议体系结构
• 2.2 蓝牙射频（RF）
• 2.3 蓝牙基带和链路控制器协议（BB&LC）
• 2.4 蓝牙链路管理器协议（LMP）
• 2.5 主机控制器接口协议（HCI）
• 2.5.1 主机控制器数据格式和主机控制器指令
• 2.5.2 主机控制器命令
• 2.5.3 主机控制器传输层概述
• 2.5.4 主机控制器协议接口通信流程
• 2.6 蓝牙逻辑链路控制与适配协议（L2CAP）
• 2.7 蓝牙服务发现协议（SDP）
• 2.8 蓝牙串口仿真协议（RFCOMM）
• 2.9 本章小结
• 第三章 蓝牙应用框架
• 3.1 通用访问框架（GAP）
• 3.2 服务发现应用框架（SDAP）
• 3.3 蓝牙串口操作模式（SPP）
• 3.4 本章小结
• 第四章 应用于数字式断路器的蓝牙串口适配器硬件电路设计
• 4.1 引言
• 4.2 数字式断路器智能控制器工作原理
• 4.3 硬件电路总体设计
• 4.4 RS-232/RS-485协议标准
• 4.5 蓝牙芯片和开发工具的选用
• 4.5.1 BlueCore2-External蓝牙芯片
• 4.5.2 CSR蓝牙软件栈
• 4.5.3 CSR的嵌入式蓝牙开发工具包
• 4.6 硬件电路模块化设计
• 4.6.1 电源电路
• 4.6.2 RS-232串口驱动模块
• 4.6.3 复位电路和显示电路
• 4.6.4 适配器抗干扰设计
• 4.7 本章小结
• 第五章 应用于数字式断路器的蓝牙串口适配器软件设计
• 5.1 引言
• 5.2 虚拟机VM概述
• 5.3 上位机与下位机之间的通信过程
• 5.4 主设备（MASTER）与从设备（SLAVE）软件设计
• 5.4.1 BlueLab库
• 5.4.2 主设备方程序设计及相关说明
• 5.5 本章小结
• 第六章 系统调试
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 研究展望
• 主要参考文献
• 致谢