蓝牙智能模块 【技术领域】
本发明涉及一种短距离无线通信技术(蓝牙技术)，具体地说是一种蓝牙智能模块。
背景技术
我们知道，蓝牙技术是1998年，由五大国际通信公司(爱立信、英特尔、诺基亚、IBM、东芝)发起，而日渐兴起的一种短距离无线通信技术，蓝牙技术旨在以一种统一的标准和协议，通过广泛接受的无线连接，替代有线通信。由于其开放性、灵活性，将被广泛应用于工业、家庭、办公以及公用事业等领域。目前，国际和国内对蓝牙技术的应用研究主要集中在将蓝牙最小系统作为一个单纯的外接式通信模块，或将蓝牙芯片作为内嵌入产品的器件，用蓝牙作为短距离无线通信协议，而对于用蓝牙完全取代现有通信线缆的研究开发尚未有见。现有的蓝牙外接式通信模块主要结构如附图1所示，主要由标准接口、蓝牙模块和蓝牙调制解调组成。使用这种蓝牙外接式模块，必须要求设备具备较强的处理能力，设备的CPU要具有安装蓝牙模块驱动程序的存储空间。所以，它一般只适用于PC机之类的设备，而对于其他无法安装驱动程序的设备，如计算机外设、仪器仪表之类装置便无法应用。研究一种“广泛接受”的无线连接摸块，从真正意义上替代现有各种标准的有线通信，变得十分必要，它将被广泛应用于各种电子设备、装置和仪表中，更有助于蓝牙无线通信更普遍地、更快速地推广和发展。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种能自动实现初始化、设备认证和识别、任务识别、连接建立、协议转换、数据传输等一系列过程，无需专门驱动的无线传输蓝牙智能模块，其适用于各类标准的有线通信接口。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种蓝牙智能模块，其采用硬件或软件或硬件加软件地形式建立，其特征是：硬件主要包括标准接口、设备识别模块、任务识别模块、蓝牙模块，标准接口指的是蓝牙模块与设备的连接口，主要有RS-232-C、USB、RS485、IEEE1349等标准接口，蓝牙模块包括无线发射部分、蓝牙基带控制部分、FLASH存储器等，与标准接口相连，执行蓝牙射频的发射、接收、蓝牙基带控制、蓝牙链路控制和链路管理，以及应用程序控制等；蓝牙应用程序主要包括设备识别、任务识别、认证、加密解密和数据协议转换等主要模块程序。
本发明利用硬件电路或软件程序实现的外接式或内嵌式免驱动智能连接模块。该模块支持即插即用(免驱动)工作，能够直接与邻居设备数据库中选定的一个或多个其他同类设备(装置)，建立蓝牙无线连接，实现数据传输。
本发明主要执行设备和任务的识别、协议转换、数据的加密解密等主要任务，来进行有线数据的无线传输。免驱动智能蓝牙模块按如下流程建立(硬件或软件)：
(1)蓝牙智能模块被接入设备时，立刻启动模块的初始化过程，包括对设备的认证。
(2)蓝牙智能模块自动启动与自身所连设备的通信，读取其设备类型和代码，并判断其是否有效(即蓝牙模块已经认知的设备)，若是有效代码，便将其保存下来；若不是，模块启动设备识别过程(软件或硬件)，判别设备的类型及其代码，并将其保存下来。
(3)搜索周围的邻居设备，并向周围设备中其他同类的蓝牙模块(装置)发出询问，其他模块(装置)以自己所连设备的类型和代码回应，蓝牙模块将收到的这些设备信息存放在自己的邻居设备数据库中，以便随时查找和调用。
(4)同时，本蓝牙智能模块可能会接到周围其他蓝牙模块(装置)同样的询问，本模块以在过程(2)中所保存的设备信息回应，以便在需要时，接受其他蓝牙模块(装置)发出的连接建立请求。
(5)蓝牙智能模块处于任务等待状态，等待来自自身设备或其他蓝牙模块(装置)的任务请求。当判断到有来自自身设备的任务指令到达时(数据传输的请求)，模块启动任务识别过程(软件或硬件)，读取由设备接口传送过来的数据的初始信息，并由此判断数据格式和所需要的执行(接收)设备类型。
(6)检索自己的邻居设备数据库信息，查看是否保存有与该数据的传输相匹配的接收设备，若有，模块便自动启动无线连接的建立过程，向对方设备发出无线连接的请求信号，包括任务类别、数据格式等信息，对方设备经过对信息的判断、认证，明白任务要求，便发出同意连接的回答，双方建立无线连接，为数据传输做好准备；对方设备若不明白任务要求，便可以返回拒绝连接的信息回应，蓝牙智能模块需重新检索邻居设备数据库。如果数据库中没有与数据相匹配的设备，蓝牙模块会启动周围设备搜索过程，重复过程(3)的过程，寻找匹配设备，否则继续等待。
(7)若蓝牙智能模块接收到的是来自其他对方设备的任务请求(连接建立的请求)，模块首先对任务类别和数据格式进行判断，若明白任务要求并支持数据格式，便向对方设备回复，表示同意连接的建立；若不明白任务，便向对方回复拒绝信息。
(8)连接建立好，开始执行数据的协议转换和加密过程。蓝牙智能模块接收来自设备接口的数据(有线接口协议数据)，按照蓝牙无线传输协议的要求，对数据进行重新打包(协议转换)，将有线通信接口协议的数据包转换成蓝牙无线数据包，同时按照约定的加密算法，对数据包进行加密，然后以无线方式发送到对方设备。
(9)对方设备的蓝牙模块在接收到无线数据包后，按照约定的反加密算法，对数据包进行解密，然后执行协议的二次转换(有线还原)，即先按照蓝牙无线协议标准对数据包解包，再按照本设备的有线通信接口的协议标准，将数据包转换为有线数据包，通过接口送入设备，设备按照任务指令要求执行相应的操作，如打印、扫描等，蓝牙智能模块重新回到任务等待状态。至此，完成有线通信协议数据的无线传输。
本发明是一种通用的免驱动蓝牙智能连接模块，对照现有技术，本专利所开发的蓝牙模块，其利用蓝牙无线仿真现有的有线通信接口，将实现自动初始化、设备认证和识别、任务识别、连接建立、协议转换、数据传输等一系列过程，无需专门驱动，适用于以上所述各类标准的有线通信接口，可被广泛应用于各种电子设备和仪器仪表中，从真正意义上替代有线通信的线缆。可以直接替代如RS-232-C、USB、RS485、IEEE1349等有线标准，实现数据的无线传输。其关键是对线缆进行仿真，不对原有设备做任何改动，也无需在设备上安装任何驱动，对所连的设备而言，免驱动蓝牙智能模块就是一条连接线。
【附图说明】
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的的原理框图(含软件或硬件)。
图2是本发明一种实施例的流程图(含软件或硬件)。
【具体实施方式】
从图1中可以看出，本发明免驱动蓝牙智能模块即可以通过软件实现，也可以通过硬件实现。软件方案原理主要包括标准接口、蓝牙应用程序和蓝牙模块三大部分。标准接口指的是蓝牙模块与设备的连接口，主要有RS-232-C、USB、RS485、IEEE1349等标准接口。蓝牙应用程序是该软件方案的关键部分，主要包括设备识别、任务识别、认证、加密解密和数据协议转换等主要模块程序。蓝牙模块是实现方案实施过程的关键集成部件，包括无线发射部分、蓝牙基带控制部分、FLASH存储器等，与标准接口相连，执行蓝牙射频的发射、接收、蓝牙基带控制、蓝牙链路控制和链路管理，以及应用程序控制等。
从图1中还可以看出，本发明硬件方案原理框图，主要包括标准接口、设备识别模块、任务识别模块、蓝牙模块。标准接口指的是蓝牙模块与设备的连接口，主要有RS-232-C、USB、RS485、IEEE1349等标准接口。蓝牙应用程序中的设备和任务识别部分，分别由专用的硬件电路实现。蓝牙模块是实现方案实施过程的关键集成部件，包括无线发射部分、蓝牙基带控制部分、FLASH存储器等，与标准接口相连，执行蓝牙射频的发射、接收、蓝牙基带控制、蓝牙链路控制和链路管理，以及应用程序控制等。
本发明蓝牙智能模块按如下流程建立：1)自动实现初始化操作，当其被接入设备的连接口时，该模块自动启动初始化和认证过程，为无线连接的建立做好状态设置和准备；2)自动建立无线连接，当判断到有来自自身设备的任务指令时，与邻居设备数据库中选定一个或多个匹配设备(装置)，建立蓝牙无线连接，包括发出请求、接受响应和连接建立等过程；3)自动转换数据协议，连接建立后，将接收到的、来自设备标准接口的数据(预发送的数据)重新打包，按照蓝牙协议的标准，将其转换蓝牙无线通信数据包，用蓝牙无线的方式，传送至与之建有连接的一个或多个蓝牙模块；4)当接收到来自其他蓝牙模块(装置)的数据包后，按照蓝牙协议要求将其解包，转换成与之相连的接口协议数据，并通过标准接口送至数据接收端。
本发明蓝牙智能模块设备识别过程按如下步骤建立：1)当被接入设备的标准连接口时，该模块自动与所连接的设备进行通信，启动设备识别过程，读取该设备的类型和代码并保存下来；如果收到来自其他蓝牙模块(装置)的询问，它便用保存的设备信息回复；2)搜索周围其他同类蓝牙模块(装置)，并发出询问，其他蓝牙模块(装置)接到询问后，用自己所连设备的信息回复；将收到的所有设备信息保存在邻居设备数据库中；3)接到来自自身设备的任务指令时，自动检索邻居设备数据库，并判断其设备类型是否与任务匹配，从而选择一个或多个设备，与之建立蓝牙无线连接。
本发明蓝牙智能模块，任务识别过程按如下步骤建立：1)在一般情况下，处于任务等待状态，当接收到来自自身设备的任务指令时，模块启动任务识别过程，读取自设备接口传过来的数据的初始信息，判断任务类别和数据格式，确定该任务所需要的接收设备；2)检索设备数据库信息，查看是否有与该任务类别和数据格式相匹配的接收设备，若有，便自动启动无线连接建立的过程；若没有，便按设备识别过程，搜索周围其他蓝牙模块(装置)，寻找匹配设备，并启动连接，否则继续等待；3)当接收到来自其他蓝牙模块(装置)的任务请求时，启动外来任务识别过程，判断是否明白任务并与自身的设备类型匹配，若匹配，发出连接建立的响应；若不匹配，回复拒绝信息，继续等待。
本发明蓝牙智能模块增加认证和加密、解密过程：1)在蓝牙模块的初始化过程中，对自身设备和周围设备进行认证，确保数据传输的安全性；2)当蓝牙无线连接建立后，在数据发送前，按协议约定的加密算法对数据包进行加密运算；在蓝牙智能模块通过无线接收到来自外部设备的数据包时，按照相同的协议约定，对数据包进行解密，以确保传送的数据具有较高的保密性和可靠性。
图2是本发明的一种实施例的流程图，含概了软件方案和硬件方案的实施流程。进一步说明如下：
任务类型：数据无线打印
关键部件：免驱动蓝牙智能模块(USB接口)
主设备：PC机
从设备：打印机、扫描仪、投影仪等
任务执行过程：
将蓝牙智能模块接入主设备和从设备的USB接口，模块自动启动与所连设备的通信。以主设备PC机为例，模块自动识别本设备的类型和代码，并将其保存下来；其他从设备模块各自会执行相同的操作。然后蓝牙模块开始自动搜索周围设备，发现三个同类蓝牙模块，PC机模块依次向搜索到的三个蓝牙模块发出询问(设备识别)，对方蓝牙模块将自身所连设备的类型和代码等信息发给PC机蓝牙模块，PC机蓝牙模块将收集到的所有从设备信息存放在自己的邻居设备数据库中，以便有任务到来时及时调用。同时，PC机蓝牙模块也会收到来自从设备蓝牙模块的同样的询问，它也将自己的设备类型和代码信息回复于从设备。
所有蓝牙智能模块处于任务等待状态，随时接收来自自身和外界任务请求。此时，PC机有数据要求打印输出，它将数据通过USB接口发送给自身的蓝牙智能模块，请求执行。蓝牙模块收到后，解读数据的初始信息，对任务进行要求进行判断(任务识别)，并查看其数据格式。弄清任务请求后，蓝牙模块开始检索自己的邻居设备数据库信息，寻找与此任务要求匹配的设备；经查找，判定打印机为所需设备，马上向打印机的蓝牙模块发出任务请求。打印机蓝牙模块接到请求信息后，首先要进行认证，弄清楚是什么任务？自己的设备是否支持？经判断，符合任务类型与设备匹配，向PC机蓝牙模块发出回应，表示同意任务执行，双方建立无线连接。
PC机蓝牙模块按蓝牙无线协议要求将数据包重新打包(协议转换)，转换为无线数据包，以便对方蓝牙模块顺利解读；同时，为保证数据的可靠传输，将数据包按双方约定算法加密，按无线方式发送至打印机蓝牙模块。打印机蓝牙模块接到数据包后，首先进行解密，然后按无线协议标准解包，将数据包还原为有线通信协议形式，通过USB接口送入打印机，打印机按任务要求执行打印操作。
至此，有线数据的无线打印任务完成。