２ 蓝牙接入装置硬件结构
　　以蓝牙从设备为例，蓝牙从设备的硬件结构如图２所示。系统由ＭＳＰ４３０Ｆ４４７、ＬＢＭｘ－２００２蓝牙模块、ＲＳ－２３２接口、串行存储器、ＬＣＤ显示屏以及微带天线组成。单片机通过ＵＡＲＴ１控制蓝牙模块的工作。作为从设备需要主设备发起连接，未建立连接时，一直处在等待连接状态。数据链路建立后，单片机接收蓝牙模块返回的数据，并将数据通过ＬＣＤ屏显示。ＲＳ－２３２接口用于配置从设备信息，如从设备的ＩＤ、安全连接ＰＩＮ码等。从设备信息由计算机通过ＲＳ－２３２接口发送给单片机，单片机将其保存在内部的Ｆｌａｓｈ或者扩展的串行存储器中。

2.1 MSP430F447单片机
    MSP430F447工作电压范围1.8V～3.6V?在1MHz时,不同运行模式下的额定工作电流为0.1μA～400μA,具有五种节能工作方式,可以使系统在保证正常运行条件下最大限度地降低功耗。内部具有硬件乘法器。FLL+时钟系统、12位A/D、模拟比较器和定时器模块,还包括六个I/O端口以及两个硬件UART。另外,它还支持高达160段位的LCD驱动器,可以不另外增加液晶驱动模块而直接连接LCD显示屏。单片机内部具有电源电压管理单元,可以很方便地实现电池电压监测^[3]。

    MSP430F447有六种运行模式,一种是AM正常运行模式,其余为低功耗运行模式^[4]:
   (1)LPM0(Low-power mode 0):CPU和MCLK主时钟关闭,ACLK辅助时钟、SMCLK子系统主时钟和FLL+锁频环保持活跃;
   (2)LPM1:CPU、MCLK和FLL+关闭,ACLK和SMCLK保持活跃;
   (3)LPM2:CPU、MCLK、FLL+和DCOCLK关闭,ACLK和数字时钟发生器保持活跃;
   (4)LPM3:CPU、MCLK、FLL+、DCOCLK和数字时钟发生器关闭,ACLK保持活跃;
   (5)LPM4:CPU、MCLK、ACLK、FLL+、DCOCLK和时钟发生器关闭,晶振停止振荡。
   以f_(ACLK)=32.768Hz,f_(System)=1MHz,V_CC=3V为例,单片机运行时,AM时消耗电流为420μA,LPM0时为55μA,LPM2时为17μA,LPM3时为1.6μA(25℃),LPM4时为0.1μA(25℃)。
2.2 蓝牙模块
   本文使用LG Innotek公司Class 2 蓝牙模块LBMx-2002,内部结构如图3所示。其内核蓝牙模块采用CSR公司的BlueCore2-Ext^[5]单片蓝牙,通过对BlueCore2-Ext的进一步封装,极大地降低了电路设计的难度。

    LBMx-2002提供完全兼容蓝牙系统的数据和语音通信,向主机提供UART和USB接口,支持723.2kbps/57.6kbps数据速率及A律、μ律压缩,提供每秒8kHz采样率,双向同步串行音频接口、内部具有4MB/8MB的FLASH ROM。其协议栈采用BlueCore2-Ext HCIStack1.1v14.3,兼容蓝牙规范1.1版本。整个模块的尺寸相当小,只有12.5mm×17.5mm。
    它的供电电压为3.0V～3.6V,工作电流在ACL数据传输时(UART/115.2kbps)是20mA,在只有Voice时(HV3 Packet)是33mA,具体如表1所示^[2]。

    蓝牙支持三种节能工作模式:HOLD(保持)模式?SNIFF(呼吸)模式和PARK(暂停)模式。在HOLD模式下,只有一个内部计数器工作。当处于HOLD模式的单元被激活,数据传递立即重新开始?HOLD模式一般用于连接多个PICONET(微微网)的情况。在SNIFF模式下,从设备降低了从微微网“收听”消息的速率,“呼吸”间隔也可以适当调整。在PARK模式下,设备依然与微微网同步但没有数据传送。工作在PARK模式下的设备放弃了MAC地址,偶尔收听主设备的消息并恢复同步,检查广播消息?这三种工作模式以PARK模式节能效率最高,依次是HOLD模式和SNIFF模式^[1]。
     通过表1可以看出,蓝牙建立连接后在PARK模式条件下的消耗电流最低,通过控制蓝牙的工作状态与MSP430的低功耗模式相结合,可以极大地降低系统工作电流,延长电池的使用时间?在本文的蓝牙接入装置中,通过单片机外接高频晶振、关闭频率锁定环FLL+等内部模块,将单片机的节能模式设定到了LPM3,只要保持辅助时钟ACLK活跃,就可以响应蓝牙模块通过UART返回的数据和消息。蓝牙模块建立连接后,只要没有数据传输,就将其工作模式置为PARK模式。当主设备需要再次传输数据时,需要向从设备发送退出PARK命令。从设备退出PARK模式后,即可与主设备进行数据信息交换。

３ 蓝牙接入装置的软件实现
　  下面以从设备为例说明从设备的工作过程(不涉及存储器和LCD操作,主从设备之间只建立ACL数据链路)。首先单片机初始化,设置ACLK辅助时钟,设置UART0和UART1等内部模块时钟为ACLK,蓝牙模块复位;设置连接模式后,单片机进入LPM3休眠状态;当主设备通过Inquiry查询到从设备并建立连接后,单片机退出休眠模式,并修改蓝牙模块的被查询方式以及设置PARK模式的使能,随后主从设备进行数据信息交换;当没有数据交换时,蓝牙模块进入PARK模式,单片机随即进入LPM3休眠状态,以降低功耗;当数据的传输恢复时系统再退出休眠状态?图4为系统软件流程图。