[導讀]本文介紹一種用藍牙技術(shù)來實現(xiàn)主機與打印機的無線連接，實現(xiàn)遙控打印的方法。
引言
作為一種短距離無線通信協(xié)議，藍牙技術(shù)以其低成本、低功耗、高速率、方便靈活等特點在眾多無線解決方案中脫穎而出。藍牙10m的工作距離可以很好的滿足大多數(shù)數(shù)字設備的應用場合，如辦公室或家庭。打印機是常用的一個設備，擺脫打印機連線所帶來的不便，實現(xiàn)無線打印，可以減少桌面上令人不快的電纜，并且可以將打印機遠離主機任意搬動，擺放在房間中適合的位置。本文介紹一種用藍牙技術(shù)來實現(xiàn)主機與打印機的無線連接，實現(xiàn)遙控打印的方法。
藍牙打印機的設計方案
設計的總體思路如圖1所示：
圖1 藍牙打印機設計的總體思路
在主機端用一單片機來仿真打印機進行工作，截取從主機并口傳出的數(shù)據(jù)及控制信號，并通過藍牙無線連接傳送到打印機端。在打印機側(cè)的單片機則根據(jù)所收到的藍牙數(shù)據(jù)來仿真主機對打印機進行控制操作，從而實現(xiàn)打印機與主機的藍牙無線連接。主機端的藍牙作為主設備進行查詢和發(fā)起連接，打印機端的藍牙則作為從設備等待連接的建立。單片機采用89C2051，藍牙芯片采用愛立信公司生產(chǎn)的支持點對點連接的ROK101-008。該模塊內(nèi)包括了無線部分、基帶控制器、閃存、電源控制模塊和內(nèi)部時鐘這五個主要部分，提供UART、PCM、I2C標準接口并內(nèi)置晶振，其硬件框圖如圖2所示：
圖2 Ericsson ROK 101 008 硬件框圖
該方案適用于具有Centronic并行接口的通用打印機。用戶無須更改打印機的驅(qū)動程序，只需將含有單片機和藍牙的兩塊板子分別連接到主機端和打印機上，就可以進行無線打印了。整個過程對于原打印機驅(qū)動程序是透明的，這樣就為打印機用戶提供了很大的方便。
單片機對藍牙模塊的控制
圖3 藍牙HCI傳輸層示意圖
藍牙規(guī)范定義了主機控制接口(HCI)，它為基帶控制器、硬件控制器、硬件狀態(tài)和控制寄存器等提供了標準的命令接口。主機通過HCI傳輸層將控制命令和數(shù)據(jù)發(fā)送給藍牙模塊，而藍牙模塊又通過HCI傳輸層將其狀態(tài)信息及數(shù)據(jù)發(fā)還給主機。HCI傳輸層的主要目的是實現(xiàn)透明性。傳輸層不需要對主控制器驅(qū)動程序傳送給主控制器的數(shù)據(jù)可見，這就使接口(HCI)或主控制器能在不影響傳輸層的基礎上升級。
如圖3所示，在HCI傳輸層中至少傳送4種不同類型的包——HCI命令、HCI事件、ACL數(shù)據(jù)和SCL數(shù)據(jù)。每個HCI包都以HCI指示頭開始，不同的指示頭代表著不同類型的HCI包：
0x01 HCI指令分組
0x02 HCI ACL數(shù)據(jù)分組
0x03 HCI SCO數(shù)據(jù)分組
0x04 HCI事件分組
傳輸層主要有下列3種：HCI USB ; HCI PCM; HCI UART。我們用單片機通過HCI-UART傳輸子層對藍牙模塊進行控制。連接的原理圖如圖4所示：
圖4 單片機與藍牙連接原理圖
一般來說，將單片機與藍牙芯片在短距離內(nèi)直接相連，便已可保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，也無須接CTS和RTS信號進行流量控制。單片機與藍牙間的UART通信采用8位數(shù)據(jù)位，1位終止位，無奇偶校驗，使用無類型小Endian格式，即最低位最先發(fā)送。UART通信格式及波特率均可通過單片機向藍牙發(fā)送HCI指令來進行調(diào)整。ROK-101-008芯片最高可支持460.8Kbps的UART速率。發(fā)送給藍牙模塊的第一條HCI指令應該是軟件復位(Soft Reset)命令，當藍牙執(zhí)行完一條指令后，將返回一個帶有狀態(tài)參數(shù)信息的命令完成事件(Command_Complete_Event)，以告知主機(單片機)命令執(zhí)行的情況。
當完成軟件復位后，要使得藍牙模塊做為從設備等待來自其他藍牙設備的查詢和連接發(fā)起，我們還需設置一些計時器的值，進行一系列的參數(shù)設定。即使是作為主設備的主機端藍牙，在進行查詢和建立連接之前也需要做上述的參數(shù)設定工作。這些需要設置的參數(shù)主要有下列幾個：
* Set Event Filter(設置事件過濾器)
* Write Scan Enable(設置掃描參數(shù)，如是否可以進行查詢和尋呼)
* Write Authentication Enable(設置是否需要進行驗證)
* Write Page Timeout(設置尋呼超時，一般該值可以設為7s)
打印機端的藍牙模塊在設置完上述各參數(shù)后便已經(jīng)做好了從設備的準備，等待連接的建立。而在主機端的藍牙模塊還需進行查詢(Inquiry)過程以取得遠端設備的藍牙地址，并根據(jù)查詢得到的藍牙地址來發(fā)起連接。一旦藍牙連接被建立之后，便可以進行數(shù)據(jù)的收發(fā)，以實現(xiàn)藍牙無線打印。
單片機與主機以及打印機的連接
單片機和主機以及打印機的接口電路十分簡單，以與打印機連接為例，電路如圖5所示：
圖5 單片機與打印機連接原理圖
將89C2051的P1口直接與打印機的數(shù)據(jù)口相連，用P3.7來采樣打印機的BUSY信號。由于主機與打印機的連線一般較長，打印機一側(cè)一般均有匹配電阻，因此作為STROBE信號輸出的P3.3不能與打印機直接相連，這里我們用一與非門來增加驅(qū)動能力以實現(xiàn)控制。當單片機接收到主機通過藍牙發(fā)送過來的數(shù)據(jù)后，在打印機側(cè)模擬主機對打印機進行控制操作。首先將要發(fā)送給打印機的數(shù)據(jù)從P1口輸出，隨后從P3.3經(jīng)過門電路反向產(chǎn)生一個負脈沖，作為選通信號發(fā)送給打印機，偵聽P3.7上的BUSY信號，當該信號電平為低時，則表示本次數(shù)據(jù)已被打印機接收，可以發(fā)送下一個數(shù)據(jù)。
結(jié)語
以上方案并不涉及打印機的具體型號，也無須改變用戶打印機的驅(qū)動程序，因而適用于大多數(shù)的通用打印機。這種用單片機通過UART傳輸層對藍牙模塊進行控制的方法，不僅僅適用于藍牙打印機的研制，還適應于各類嵌入式的藍牙系統(tǒng)。
參考文獻：
1. Specifications of the Bluetooth System Version 1.1，
http://www.bluetooth.com. 2. Ericsson ROK 101 008 Data Sheet,http://www.ericsson.com.
3. 金純等著，《藍牙技術(shù)》，電子工業(yè)出版社，2001.
4. 李華等著，《MCS-51系列單片機實用接口技術(shù)》，北京航空航天大學出版社，1993.
作為一種短距離無線通信協(xié)議，藍牙技術(shù)以其低成本、低功耗、高速率、方便靈活等特點在眾多無線解決方案中脫穎而出。藍牙10m的工作距離可以很好的滿足大多數(shù)數(shù)字設備的應用場合，如辦公室或家庭。打印機是常用的一個設備，擺脫打印機連線所帶來的不便，實現(xiàn)無線打印，可以減少桌面上令人不快的電纜，并且可以將打印機遠離主機任意搬動，擺放在房間中適合的位置。本文介紹一種用藍牙技術(shù)來實現(xiàn)主機與打印機的無線連接，實現(xiàn)遙控打印的方法。
藍牙打印機的設計方案
設計的總體思路如圖1所示：
圖1 藍牙打印機設計的總體思路
在主機端用一單片機來仿真打印機進行工作，截取從主機并口傳出的數(shù)據(jù)及控制信號，并通過藍牙無線連接傳送到打印機端。在打印機側(cè)的單片機則根據(jù)所收到的藍牙數(shù)據(jù)來仿真主機對打印機進行控制操作，從而實現(xiàn)打印機與主機的藍牙無線連接。主機端的藍牙作為主設備進行查詢和發(fā)起連接，打印機端的藍牙則作為從設備等待連接的建立。單片機采用89C2051，藍牙芯片采用愛立信公司生產(chǎn)的支持點對點連接的ROK101-008。該模塊內(nèi)包括了無線部分、基帶控制器、閃存、電源控制模塊和內(nèi)部時鐘這五個主要部分，提供UART、PCM、I2C標準接口并內(nèi)置晶振，其硬件框圖如圖2所示：
圖2 Ericsson ROK 101 008 硬件框圖
該方案適用于具有Centronic并行接口的通用打印機。用戶無須更改打印機的驅(qū)動程序，只需將含有單片機和藍牙的兩塊板子分別連接到主機端和打印機上，就可以進行無線打印了。整個過程對于原打印機驅(qū)動程序是透明的，這樣就為打印機用戶提供了很大的方便。
單片機對藍牙模塊的控制
圖3 藍牙HCI傳輸層示意圖
藍牙規(guī)范定義了主機控制接口(HCI)，它為基帶控制器、硬件控制器、硬件狀態(tài)和控制寄存器等提供了標準的命令接口。主機通過HCI傳輸層將控制命令和數(shù)據(jù)發(fā)送給藍牙模塊，而藍牙模塊又通過HCI傳輸層將其狀態(tài)信息及數(shù)據(jù)發(fā)還給主機。HCI傳輸層的主要目的是實現(xiàn)透明性。傳輸層不需要對主控制器驅(qū)動程序傳送給主控制器的數(shù)據(jù)可見，這就使接口(HCI)或主控制器能在不影響傳輸層的基礎上升級。
如圖3所示，在HCI傳輸層中至少傳送4種不同類型的包——HCI命令、HCI事件、ACL數(shù)據(jù)和SCL數(shù)據(jù)。每個HCI包都以HCI指示頭開始，不同的指示頭代表著不同類型的HCI包：
0x01 HCI指令分組
0x02 HCI ACL數(shù)據(jù)分組
0x03 HCI SCO數(shù)據(jù)分組
0x04 HCI事件分組
傳輸層主要有下列3種：HCI USB ; HCI PCM; HCI UART。我們用單片機通過HCI-UART傳輸子層對藍牙模塊進行控制。連接的原理圖如圖4所示：
圖4 單片機與藍牙連接原理圖
一般來說，將單片機與藍牙芯片在短距離內(nèi)直接相連，便已可保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，也無須接CTS和RTS信號進行流量控制。單片機與藍牙間的UART通信采用8位數(shù)據(jù)位，1位終止位，無奇偶校驗，使用無類型小Endian格式，即最低位最先發(fā)送。UART通信格式及波特率均可通過單片機向藍牙發(fā)送HCI指令來進行調(diào)整。ROK-101-008芯片最高可支持460.8Kbps的UART速率。發(fā)送給藍牙模塊的第一條HCI指令應該是軟件復位(Soft Reset)命令，當藍牙執(zhí)行完一條指令后，將返回一個帶有狀態(tài)參數(shù)信息的命令完成事件(Command_Complete_Event)，以告知主機(單片機)命令執(zhí)行的情況。
當完成軟件復位后，要使得藍牙模塊做為從設備等待來自其他藍牙設備的查詢和連接發(fā)起，我們還需設置一些計時器的值，進行一系列的參數(shù)設定。即使是作為主設備的主機端藍牙，在進行查詢和建立連接之前也需要做上述的參數(shù)設定工作。這些需要設置的參數(shù)主要有下列幾個：
* Set Event Filter(設置事件過濾器)
* Write Scan Enable(設置掃描參數(shù)，如是否可以進行查詢和尋呼)
* Write Authentication Enable(設置是否需要進行驗證)
* Write Page Timeout(設置尋呼超時，一般該值可以設為7s)
打印機端的藍牙模塊在設置完上述各參數(shù)后便已經(jīng)做好了從設備的準備，等待連接的建立。而在主機端的藍牙模塊還需進行查詢(Inquiry)過程以取得遠端設備的藍牙地址，并根據(jù)查詢得到的藍牙地址來發(fā)起連接。一旦藍牙連接被建立之后，便可以進行數(shù)據(jù)的收發(fā)，以實現(xiàn)藍牙無線打印。
單片機與主機以及打印機的連接
單片機和主機以及打印機的接口電路十分簡單，以與打印機連接為例，電路如圖5所示：
圖5 單片機與打印機連接原理圖
將89C2051的P1口直接與打印機的數(shù)據(jù)口相連，用P3.7來采樣打印機的BUSY信號。由于主機與打印機的連線一般較長，打印機一側(cè)一般均有匹配電阻，因此作為STROBE信號輸出的P3.3不能與打印機直接相連，這里我們用一與非門來增加驅(qū)動能力以實現(xiàn)控制。當單片機接收到主機通過藍牙發(fā)送過來的數(shù)據(jù)后，在打印機側(cè)模擬主機對打印機進行控制操作。首先將要發(fā)送給打印機的數(shù)據(jù)從P1口輸出，隨后從P3.3經(jīng)過門電路反向產(chǎn)生一個負脈沖，作為選通信號發(fā)送給打印機，偵聽P3.7上的BUSY信號，當該信號電平為低時，則表示本次數(shù)據(jù)已被打印機接收，可以發(fā)送下一個數(shù)據(jù)。
結(jié)語
以上方案并不涉及打印機的具體型號，也無須改變用戶打印機的驅(qū)動程序，因而適用于大多數(shù)的通用打印機。這種用單片機通過UART傳輸層對藍牙模塊進行控制的方法，不僅僅適用于藍牙打印機的研制，還適應于各類嵌入式的藍牙系統(tǒng)。
參考文獻：
1. Specifications of the Bluetooth System Version 1.1，
http://www.bluetooth.com. 2. Ericsson ROK 101 008 Data Sheet,http://www.ericsson.com.
3. 金純等著，《藍牙技術(shù)》，電子工業(yè)出版社，2001.
4. 李華等著，《MCS-51系列單片機實用接口技術(shù)》，北京航空航天大學出版社，1993.
下載文檔
