摘要

工廠里有很多以不同方式互連的設備，有些是非智能化簡單數據連接單元（I/O），更多的是智能化設備（比如智能傳感器、單回路控制器和PLC）和監控系統（作為HMI使用，用于數據記錄和監控）。這些設備是以各種不同的通信協議和媒介來互連的，其中有些就可以用藍牙無線技術來代替。本文將討論如何利用藍牙連接這些設備，以及該領域對于藍牙技術的一些特殊要求。

本文將藍牙的工業應用分為四個方面：

1. 代替串行線纜。無線藍牙連接可以代替當前的串行線纜。
2. 結合藍牙和互聯網技術。利用藍牙帶來的CPU處理能力，給設備添加更多功能，如內置的WEB用戶接口。
3. 工業接入點。通過接入點將數個藍牙設備連接到傳統的有線網絡中，比如IP網絡（如以太網）或者工業現場總線網絡（如Controlnet和Profibus等）。
4. 無線傳感器和起動器。利用藍牙來將與物理制程關系最密切的設備（傳感器、起動器和簡單的模擬/數字IO設備）連接到監控系統。

代替串行線纜

目前很多工業設備都使用傳統的串行接口（如RS232, RS422或RS485）來連接配置工具或編程工具 .這些工具專門在設備需要重新配置或編程時與之連接，通常都在標準電腦上操作，并一般使用某種獨立的方法或設備專用通信協議來和設備進行連接。這些因素都使該領域成為藍牙一個很好的用武之地。圖1就展示了一個利用串行線纜來連接PLC的PC式編程工具。

用藍牙代替串行線纜有兩種方法：一種是使用與工業設備外置串行端口相連的外置藍牙適配器，另一種是使用與設備電子部分內部相連的內置藍牙適配器。藍牙適配器可以模擬串行端口，并使用RFCOMM協議在空中傳輸數據（支持Serial Port Profile）。電腦可使用PC卡或者其它附加設備來支持藍牙。藍牙在電腦中的應用使藍牙Serial Port Profile可以行使一個類似于COMMport的角色，使原有的電腦配置和編程工具可以繼續使用。

藍牙還可以在支持內置TCP/IP的設備和WEB服務器的更先進工業設備領域代替串行線纜。此時，藍牙適配器對LAP（Lan Access Profile）的支持可以達到RFCOMM的水平，而其它的軟件堆棧則被包括在工業設備中（PPP, IP和WEB服務器）。這使得支持LAP（Lan Access Profile）的外部HMI設備（如筆記本電腦或PDA）可以接入設備內置的WEB式用戶接口，而不需要安裝專門的應用軟件。

圖2展示了藍牙適配器代替串行線纜的基本結構。

藍牙和互聯網技術的結合

假設有一個帶內置控制系統的閥門，不斷將動態狀態和控制變量信息通過標準的Modbus協議傳輸到電腦（如圖3）。

將一個藍牙適配器添加到該設備上（外置或內置）。藍牙適配器通過Modbus協議和閥門通信。WEB/WAP頁面由內置WEB/WAP服務器提供，并借助Modbus協議來編寫，用于顯示和修改動態數據。藍牙可以利用LAP（Lan Access Profile）來獲取WEB/WAP頁面，從而對設備進行配置、維修和監控。

這一概念的結構圖如圖4所示：

從圖中可以看出，除了Modbus，藍牙適配器還可以使用其它工業協議和設備控制系統通信。可以使用Wap over Bluetooth手機來訪問內置的WAP用戶接口。WAP over Bluetooth規范固定“路由”功能作為手機功能的一部分。這使得本地WAP頁面可以帶有一個能連到廣域網（WAN）中另一個頁面的超鏈接。WAN可以通過GMS、GPRS或者將來的UMTS技術來訪問。該應用的一個典型例子就是借助本地WAP頁面來報警。該頁面可以連接到WAN頁面，而WAN頁面包含了如何處理報警所反映的問題的信息，并能不斷對與該警報有關的信息進行更新。

工業接入點

在工業環境中使用無線通信將是一個循序漸進的過程。這要求工業設備必須能使用藍牙功能并和現有的有線網絡相連，比如IP網絡（如以太網）或者工業現場總線網絡（如Controlnet和Profibus等）。

我們以基于以太網的有線網絡和藍牙工業設備之間的連接為例（如圖5）。如前文所述一樣，此處的工業設備（仍以閥門為例）也采用了嵌入式WEB服務器。

設備的內置WEB接口是通過接入點（AP，如圖5中1）來訪問的。AP就像一個“電話交換器”，連接到各個閥門。WEB用戶對AP進行訪問。通過AP中的內置WEB接口，可以顯示出所有連接的藍牙設備。用戶選擇其中一個設備，并與該設備建立LAP（Lan Access Profile）連接，接著AP就開始行使一個路由器的職能。同時，用戶可以通過藍牙直接訪問所有設備基于WEB的HMI（如圖5中2）。

第二個例子是上一例子的變體。接入點（AP）此時使用modem、GSM、GPRS或者未來的UMTS技術來行使一個撥號AP的功能（如圖6）。

目前的工業現場總線多種多樣，有標準的，也有某些廠商專有的。下面的例子展示的是帶藍牙功能的設備（仍以閥門為例）如果利用現場總線接入點（Fieldbus Access Point）來連接到原有的有線網絡上（如圖7）。

在這里，藍牙設備通過一個藍牙專用傳輸協議將數據傳輸到接入點（如圖7中1）。數據被轉化成現場總線所支持的格式，并傳輸到現場總線網絡中一個發出請求指令的設備中。

從圖中可以看出（如圖7中2），藍牙設備還可以同時用作一個帶內置WEB式HMI（參考前文內容）的互聯網設備和一個與接入點（并進一步和現場總線網絡）進行數據收發的數據采集設備。

另一種應用是使接入點內部支持藍牙Lan Access Profile和內置WEB服務器。這是用來訪問來自藍牙設備的數據和通過WEB式HMI連
接現場總線的設備的數據。

圖8展示了現場總線接入點（Fieldbus Access Point）的基本結構。

這里的數據傳輸協議是在藍牙協議堆棧頂端運行的一個行業專用協議。它可以在L2CAP層或者RFCOMM上呼叫藍牙堆棧。使用藍牙的工業設備必須支持這一協議。在這個領域，實現不同制造商設備之間的互用性是眾人之期望，也是未來的SIG工業應用工作組和專家組的一個主要任務（請參考本文件中后面關于“SIG工業應用工作組和專家組”的內容）。