采煤机是工作于煤矿综采工作面的重要设备，它的正常运转直接决定着煤矿生产的效率。而电牵引采煤机有着液压采煤机不可比拟的性能，已成为我国现代化矿业开发的主要设备。因此，对采煤机的运行状态进行监测与诊断，及时发现故障及隐患并采取相应措施，是提高采煤机可靠性和安全性的重要手段。
　　电牵引采煤机多以PLC为核心组建电气控制系统，因此对采煤机的监控主要是针对PLC数据的采集以及对PLC本身的监控。需要采集的数据有：供电电压、变频器直流母线电压、变频器输出电压、变频器输出电流、变频器输出转矩、变频器输出频率、变频器温度、截割电机温度、泵电机温度、破碎电机温度以及PLC的状态。
　　目前，很多采煤机生产厂家在采煤机上配备了工控机来完成这一功能。它采集相关信息并通过液晶显示面板在本地显示。但由于相关的工程师都工作在地面，无法实时获取数据，只能采取定期巡检的方式进入综采工作面查看相关信息，所以监控的有效性和及时性都很差。因此，迫切需要一套具有高可靠性的数据传输系统，将数据及时准确地传送到地面监控站，提高对采煤机的监测效率。传统的采用缆线作为传输媒介的数据传输方式虽然具有很好的可靠性，但是由于采煤机工作时要在工作面上来回移动，如果采用这种方式，连接采煤机的缆线及接头都极易损坏，维护的工作量很大。因此采用无线传输方式。
　　常用的无线传输方式有微波、红外、GSM、CDMA、蓝牙等。微波、GSM、CDMA等方式传输可靠、性能稳定，但成本很高，同时由于发射功率比较大，当射频电路老化时(考虑综采工作面恶劣的环境，这种情况很容易发生)，容易产生电火花。而综采工作面是瓦斯浓度较高的区域，存在瓦斯爆炸的隐患，故不宜采用。红外线传输虽然功耗低，但是传输距离短，同时对方向性要求很高，也不适于在采煤机上使用。蓝牙技术传输可靠、功耗低，同时成本低廉、组网方便灵活。综合以上考虑，本文研制了基于蓝牙技术的无线数据传输系统应用于采煤机的数据采集系统，取得了满意的效果。
1 蓝牙技术
1.1 蓝牙技术简介
　　蓝牙（Bluetooth）是由Bluetooth SIG于1998年5月提出的近距离无线数据通信技术标准，用来替代电缆连接便携与固定设备，同时保证高等级的安全性。配备蓝牙的电子设备之间通过微微网进行无线连接与通信。微微网（Piconet）是由采用蓝牙技术的设备以特定方式组成的网络。微微网的建立是由两台设备（如便携式电脑和蜂窝电话）的连接开始，最多由8台设备构成，每个设备都可与处于同一微微网内的另外7台设备同时通信。当一个微微网建立时，主设备只有一台，其他均为从设备，而且在一个微微网存在期间将一直维持这一状况。每台设备还可以同时属于多个微微网。微微网在蓝牙设备进入和离开覆盖范围时自动地动态组建。蓝牙技术工作于无需许可证的工业、科学与医学频段（ISM），频率范围为2.4G～2.485GHz。覆盖范围根据射频等级分为三级：等级3为1m、等级2为10m、等级1为100m。传输速率在1.2版本中为1Mbps，在2.0+EDR版本中为3Mbps。
　　下面介绍蓝牙技术主要特点。
　　(1)可靠
　　为减少来自共享2.4GHz频段的其他无线技术的干扰，蓝牙采用了自适应跳频(Adaptive Frequency Hopping)方式扩展频谱(Spread Spectrum)，将2.4G～2.485GHz频段分成79个频点，相邻频点间隔1MHz。蓝牙设备在某个频点发送数据后，再跳到另一个频点发送，而频点的排列顺序则是伪随机的，每秒钟内频率改变1600次。同时采用前向纠错(FEC)编码技术，减少远距离传输时的随机噪声影响，并应用二进制调频（FM）技术抑制干扰和防止衰落。
　　(2)低功耗
　　蓝牙设备由于定位于短距离通信，射频功率很低。在射频等级为2时，工作状态功耗一般为2.5mW（4dBm）。另外，在通信连接状态下，除正常的Active 模式外，还有三种低功耗模式——呼吸（Sniff）模式、保持（Hold）模式和休眠（Park）模式，可进一步降低功耗。
1.2 蓝牙规范
　　蓝牙规范目前已发展到2.0+EDR版本，但实际应用中以1.2版本为多。各版本的规范都分为核心系统(core)和应用模型(profile)两部分。核心系统部分包括射频(RF)、链路" title="链路">链路控制(LC)、链路管理(LMP)、逻辑链路控制与适应(L2CAP)四个最底层协议以及通用的业务搜寻协议(SDP)和通用接入模型（GAP）。而应用模型则是根据具体产品的不同需要而提出的各种协议组合，如串口" title="串口">串口（Serial Port Profile）、传真（FAX）、拨号网络（Dial-up Networking）、耳机（Headset）、文件传输（File Transfer）等。
2 系统总体设计
　　系统由采集单元和集中单元两部分组成，如图1所示。采集单元位于采煤机上，直接与安装于采煤机上的工控机RS232口连接，将采集到的数据通过蓝牙通道发送到集中单元；集中单元再由RS485接口通过电缆将信号转发到地面监控站。集中单元也可将数据保存在本地，并通过人机接口" title="人机接口">人机接口在本地查询、显示。为防止出现采集单元到集中单元间距离过远或障碍物阻挡蓝牙链路的情况，故将多个集中单元放置在不同地点，以保证采集单元始终有可连接的集中单元。

3 系统硬件设计
　　本系统的实现有两个关键部分：一是核心处理器的选择；二是蓝牙模块的选择。
　　核心处理器需要提供足够的处理能力、两个串口控制器和LCD控制器。笔者选择了三星公司的SC344B0X处理器。S3C44B0X采用ARM7TDMI核心，是一款低功耗、高性能的16/32位RISC微处理器，主频达66MHz,板载接口丰富，可以满足要求。
　　蓝牙模块需要支持串口应用模型，同时提供支持二次开发的接口。经过大量选型和比较，最终采用了BlueRS+I蓝牙模块。
　　BlueRS+I是由斯图曼公司出品的BlueRS系列蓝牙适配器之一。BlueRS系列兼容蓝牙规范1.1～1.2，可选择具体的型号支持串口、拨号网络、耳机、免提、局域网接入等应用模型并满足不同的射频等级要求。另外，BlueRS还支持通过GSM07.10(终端设备到移动基站复用协议)组建多点连接的微微网。
　　BlueRS最突出的特点是提供了丰富的AT指令集支持二次开发，通过AT指令可以使模块完成搜索、鉴权、连接、释放等操作。
　　BlueRS+I具备以下功能：
　　(1)可连接设备串口到任何蓝牙链路；
　　(2)数据传输速度从300bps～230 400bps；
　　(3)控制方式有：异步AT命令控制方式、自动连接方式、应答方式；
　　(4)可通过串口及远端进行配置。
　　系统硬件组成如图2所示，集中单元比采集单元多了LCD和键盘作为人机接口。其中FLASH选用SST39VF160，2MB；SDRAM选用HY57V65160B，8MB。集中单元的LCD采用2.7英寸的FSTN 16级灰度屏，160×240像素，直接连接S3C44B0的LCD控制器。

4 系统软件设计
　　在软件设计上，系统以采集单元作为主机，集中单元作为客户机，采用GSM 07.10复用协议构建点对多点微微网，由采集单元完成微微网的建立、维护与释放等工作。采用通道备份、应答确认和可用目标信息实时更新的机制保证数据传输的可靠性。同时，将数据存储在本地的集中单元内，用户可通过人机接口（键盘、LCD）进行查询。
　　本系统采用μC/OS-II 2.76V作为底层平台进行应用软件开发。μC/OS-II是一个著名的、源码公开的实时内核，专为嵌入式应用设计，可用于各类8位、16位和32位单片机或DSP，已经在世界范围内得到广泛使用。μC/OS-II支持多任务的调度与管理，在μC/OS-II平台上开发软件，可以简化程序的设计。μC/OS-II主要采用标准的ANSI C语言编写，与硬件有关的部分使用汇编语言编写，以使操作系统可以方便地移植到其他处理器。使用嵌入式操作系统时，应用软件只与上层代码有关，与处理器无关，在进行软件移植时仅需对与硬件相关的底层函数进行修改。因此这样的应用软件具有良好的可移植性和稳定的可靠性。
4.1 采集单元
4.1.1 可用集中单元列表与备份机制的建立及维护
　　由于采集单元需要完成构建微微网的工作，而采集单元所处的采煤机又是处于运动状态，其周边可达的集中单元经常会发生变化。因此需要维护一个周边可达的集中单元列表，以作为组建网络的信息基础。专门创建一个查询任务，并分配一个专用的通道，不断搜索周边可用的蓝牙设备信息，将查询到的可用集中单元更新到可用目标列表（AOL）中。
　　备份机制也是建立在可用目标列表的基础上的。主控任务通过获取可用集中单元的信息，设定备用通道。在有两个以上可达目标时，同时建立两个蓝牙通道。如果与当前建立连接的集中单元连接中断或无法收到应答确认，则将数据切换至另一个通道传送，以保证数据传输不中断。

4.1.2 采集单元软件流程
　　软件流程如图3所示。采集单元上电并完成初始化后采集单元创建查询任务和主控任务，并分配一个通道作为查询通道，由查询任务不断地对周边蓝牙设备进行扫描。扫描到一个可用集中单元后，主控任务新建一个通道与其连接，启动发送任务，并查询是否有新的可用集中单元。如有，则建立一个通道作为备用通道，并持续检查备用通道是否可用；如备用通道不可用，则重新查询并分配新的备用通道。发送任务启动后，将通过RS232口采集到的数据打包发送，每发送一个数据包后，等待集中单元的确认信息，得到确认后，再发送下一数据包。如无法收到确认信息,则根据主控任务提供的信息切换到备用通道上，继续发送数据，同时通知主控任务当前使用的通道信息。
4.2 集中单元
4.2.1 人机接口与历史数据查询
　　人机接口方面，集中单元的软件在底层上增加了LCD和键盘的驱动程序，并引入了GUI软件模块。采煤机数据通过LCD实时显示，由于数据较多，而LCD的尺寸有限，所以将数据分为变频器与电机温度、PLC状态两部分，默认显示变频器的工作信息与各个电机的温度，可通过键盘操作切换显示PLC状态。另外通过键盘操作可进行历史信息查询以及功能设定。
　　由于采煤机数据信息量不大，因此可将数据直接存储到FLASH上。数据存储期限可通过人机接口设定，最长期限取决于FLASH的容量。