采煤機是工作于煤礦綜采工作面的重要設備，它的正常運轉直接決定著煤礦生產的效率。而電牽引采煤機有著液壓采煤機不可比擬的性能，已成為我國現代化礦業開發的主要設備。因此，對采煤機的運行狀態進行監測與診斷，及時發現故障及隱患并采取相應措施，是提高采煤機可靠性和安全性的重要手段。
　　電牽引采煤機多以PLC為核心組建電氣控制系統，因此對采煤機的監控主要是針對PLC數據的采集以及對PLC本身的監控。需要采集的數據有：供電電壓、變頻器直流母線電壓、變頻器輸出電壓、變頻器輸出電流、變頻器輸出轉矩、變頻器輸出頻率、變頻器溫度、截割電機溫度、泵電機溫度、破碎電機溫度以及PLC的狀態。
　　目前，很多采煤機生產廠家在采煤機上配備了工控機來完成這一功能。它采集相關信息并通過液晶顯示面板在本地顯示。但由于相關的工程師都工作在地面，無法實時獲取數據，只能采取定期巡檢的方式進入綜采工作面查看相關信息，所以監控的有效性和及時性都很差。因此，迫切需要一套具有高可靠性的數據傳輸系統，將數據及時準確地傳送到地面監控站，提高對采煤機的監測效率。傳統的采用纜線作為傳輸媒介的數據傳輸方式雖然具有很好的可靠性，但是由于采煤機工作時要在工作面上來回移動，如果采用這種方式，連接采煤機的纜線及接頭都極易損壞，維護的工作量很大。因此采用無線傳輸方式。
　　常用的無線傳輸方式有微波、紅外、GSM、CDMA、藍牙等。微波、GSM、CDMA等方式傳輸可靠、性能穩定，但成本很高，同時由于發射功率比較大，當射頻電路老化時(考慮綜采工作面惡劣的環境，這種情況很容易發生)，容易產生電火花。而綜采工作面是瓦斯濃度較高的區域，存在瓦斯爆炸的隱患，故不宜采用。紅外線傳輸雖然功耗低，但是傳輸距離短，同時對方向性要求很高，也不適于在采煤機上使用。藍牙技術傳輸可靠、功耗低，同時成本低廉、組網方便靈活。綜合以上考慮，本文研制了基于藍牙技術的無線數據傳輸系統應用于采煤機的數據采集系統，取得了滿意的效果。
1 藍牙技術
1.1 藍牙技術簡介
　　藍牙（Bluetooth）是由Bluetooth SIG于1998年5月提出的近距離無線數據通信技術標準，用來替代電纜連接便攜與固定設備，同時保證高等級的安全性。配備藍牙的電子設備之間通過微微網進行無線連接與通信。微微網（Piconet）是由采用藍牙技術的設備以特定方式組成的網絡。微微網的建立是由兩臺設備（如便攜式電腦和蜂窩電話）的連接開始，最多由8臺設備構成，每個設備都可與處于同一微微網內的另外7臺設備同時通信。當一個微微網建立時，主設備只有一臺，其他均為從設備，而且在一個微微網存在期間將一直維持這一狀況。每臺設備還可以同時屬于多個微微網。微微網在藍牙設備進入和離開覆蓋范圍時自動地動態組建。藍牙技術工作于無需許可證的工業、科學與醫學頻段（ISM），頻率范圍為2.4G～2.485GHz。覆蓋范圍根據射頻等級分為三級：等級3為1m、等級2為10m、等級1為100m。傳輸速率在1.2版本中為1Mbps，在2.0+EDR版本中為3Mbps。
　　下面介紹藍牙技術主要特點。
　　(1)可靠
　　為減少來自共享2.4GHz頻段的其他無線技術的干擾，藍牙采用了自適應跳頻(Adaptive Frequency Hopping)方式擴展頻譜(Spread Spectrum)，將2.4G～2.485GHz頻段分成79個頻點，相鄰頻點間隔1MHz。藍牙設備在某個頻點發送數據后，再跳到另一個頻點發送，而頻點的排列順序則是偽隨機的，每秒鐘內頻率改變1600次。同時采用前向糾錯(FEC)編碼技術，減少遠距離傳輸時的隨機噪聲影響，并應用二進制調頻（FM）技術抑制干擾和防止衰落。
　　(2)低功耗
　　藍牙設備由于定位于短距離通信，射頻功率很低。在射頻等級為2時，工作狀態功耗一般為2.5mW（4dBm）。另外，在通信連接狀態下，除正常的Active 模式外，還有三種低功耗模式——呼吸（Sniff）模式、保持（Hold）模式和休眠（Park）模式，可進一步降低功耗。
1.2 藍牙規范
　　藍牙規范目前已發展到2.0+EDR版本，但實際應用中以1.2版本為多。各版本的規范都分為核心系統(core)和應用模型(profile)兩部分。核心系統部分包括射頻(RF)、鏈路" title="鏈路">鏈路控制(LC)、鏈路管理(LMP)、邏輯鏈路控制與適應(L2CAP)四個最底層協議以及通用的業務搜尋協議(SDP)和通用接入模型（GAP）。而應用模型則是根據具體產品的不同需要而提出的各種協議組合，如串口" title="串口">串口（Serial Port Profile）、傳真（FAX）、撥號網絡（Dial-up Networking）、耳機（Headset）、文件傳輸（File Transfer）等。
2 系統總體設計
　　系統由采集單元和集中單元兩部分組成，如圖1所示。采集單元位于采煤機上，直接與安裝于采煤機上的工控機RS232口連接，將采集到的數據通過藍牙通道發送到集中單元；集中單元再由RS485接口通過電纜將信號轉發到地面監控站。集中單元也可將數據保存在本地，并通過人機接口" title="人機接口">人機接口在本地查詢、顯示。為防止出現采集單元到集中單元間距離過遠或障礙物阻擋藍牙鏈路的情況，故將多個集中單元放置在不同地點，以保證采集單元始終有可連接的集中單元。

3 系統硬件設計
　　本系統的實現有兩個關鍵部分：一是核心處理器的選擇；二是藍牙模塊的選擇。
　　核心處理器需要提供足夠的處理能力、兩個串口控制器和LCD控制器。筆者選擇了三星公司的SC344B0X處理器。S3C44B0X采用ARM7TDMI核心，是一款低功耗、高性能的16/32位RISC微處理器，主頻達66MHz,板載接口豐富，可以滿足要求。
　　藍牙模塊需要支持串口應用模型，同時提供支持二次開發的接口。經過大量選型和比較，最終采用了BlueRS+I藍牙模塊。
　　BlueRS+I是由斯圖曼公司出品的BlueRS系列藍牙適配器之一。BlueRS系列兼容藍牙規范1.1～1.2，可選擇具體的型號支持串口、撥號網絡、耳機、免提、局域網接入等應用模型并滿足不同的射頻等級要求。另外，BlueRS還支持通過GSM07.10(終端設備到移動基站復用協議)組建多點連接的微微網。
　　BlueRS最突出的特點是提供了豐富的AT指令集支持二次開發，通過AT指令可以使模塊完成搜索、鑒權、連接、釋放等操作。
　　BlueRS+I具備以下功能：
　　(1)可連接設備串口到任何藍牙鏈路；
　　(2)數據傳輸速度從300bps～230 400bps；
　　(3)控制方式有：異步AT命令控制方式、自動連接方式、應答方式；
　　(4)可通過串口及遠端進行配置。
　　系統硬件組成如圖2所示，集中單元比采集單元多了LCD和鍵盤作為人機接口。其中FLASH選用SST39VF160，2MB；SDRAM選用HY57V65160B，8MB。集中單元的LCD采用2.7英寸的FSTN 16級灰度屏，160×240像素，直接連接S3C44B0的LCD控制器。

4 系統軟件設計
　　在軟件設計上，系統以采集單元作為主機，集中單元作為客戶機，采用GSM 07.10復用協議構建點對多點微微網，由采集單元完成微微網的建立、維護與釋放等工作。采用通道備份、應答確認和可用目標信息實時更新的機制保證數據傳輸的可靠性。同時，將數據存儲在本地的集中單元內，用戶可通過人機接口（鍵盤、LCD）進行查詢。
　　本系統采用μC/OS-II 2.76V作為底層平臺進行應用軟件開發。μC/OS-II是一個著名的、源碼公開的實時內核，專為嵌入式應用設計，可用于各類8位、16位和32位單片機或DSP，已經在世界范圍內得到廣泛使用。μC/OS-II支持多任務的調度與管理，在μC/OS-II平臺上開發軟件，可以簡化程序的設計。μC/OS-II主要采用標準的ANSI C語言編寫，與硬件有關的部分使用匯編語言編寫，以使操作系統可以方便地移植到其他處理器。使用嵌入式操作系統時，應用軟件只與上層代碼有關，與處理器無關，在進行軟件移植時僅需對與硬件相關的底層函數進行修改。因此這樣的應用軟件具有良好的可移植性和穩定的可靠性。
4.1 采集單元
4.1.1 可用集中單元列表與備份機制的建立及維護
　　由于采集單元需要完成構建微微網的工作，而采集單元所處的采煤機又是處于運動狀態，其周邊可達的集中單元經常會發生變化。因此需要維護一個周邊可達的集中單元列表，以作為組建網絡的信息基礎。專門創建一個查詢任務，并分配一個專用的通道，不斷搜索周邊可用的藍牙設備信息，將查詢到的可用集中單元更新到可用目標列表（AOL）中。
　　備份機制也是建立在可用目標列表的基礎上的。主控任務通過獲取可用集中單元的信息，設定備用通道。在有兩個以上可達目標時，同時建立兩個藍牙通道。如果與當前建立連接的集中單元連接中斷或無法收到應答確認，則將數據切換至另一個通道傳送，以保證數據傳輸不中斷。

4.1.2 采集單元軟件流程
　　軟件流程如圖3所示。采集單元上電并完成初始化后采集單元創建查詢任務和主控任務，并分配一個通道作為查詢通道，由查詢任務不斷地對周邊藍牙設備進行掃描。掃描到一個可用集中單元后，主控任務新建一個通道與其連接，啟動發送任務，并查詢是否有新的可用集中單元。如有，則建立一個通道作為備用通道，并持續檢查備用通道是否可用；如備用通道不可用，則重新查詢并分配新的備用通道。發送任務啟動后，將通過RS232口采集到的數據打包發送，每發送一個數據包后，等待集中單元的確認信息，得到確認后，再發送下一數據包。如無法收到確認信息,則根據主控任務提供的信息切換到備用通道上，繼續發送數據，同時通知主控任務當前使用的通道信息。
4.2 集中單元
4.2.1 人機接口與歷史數據查詢
　　人機接口方面，集中單元的軟件在底層上增加了LCD和鍵盤的驅動程序，并引入了GUI軟件模塊。采煤機數據通過LCD實時顯示，由于數據較多，而LCD的尺寸有限，所以將數據分為變頻器與電機溫度、PLC狀態兩部分，默認顯示變頻器的工作信息與各個電機的溫度，可通過鍵盤操作切換顯示PLC狀態。另外通過鍵盤操作可進行歷史信息查詢以及功能設定。
　　由于采煤機數據信息量不大，因此可將數據直接存儲到FLASH上。數據存儲期限可通過人機接口設定，最長期限取決于FLASH的容量。