全站儀與 PDA及其藍牙通信研究

易致禮,劉韶軍

(北京市測繪設計研究院,北京 100038)

全站儀與 PDA及其藍牙通信研究

易致禮,劉韶軍

(北京市測繪設計研究院,北京 100038)

首先研究如何在全站儀與 PDA之間通過數據線進行串行通信,并給出數據線的制作方法以及數據通信的程序代碼。在此基礎上,進一步研究如何實現全站儀與 PDA之間的藍牙無線通信。

全站儀;PDA;PPC;藍牙;通信

一、引 言

個人數碼助理 (personal digital assistant,PDA)一般是指掌上電腦。PDA通常采用手寫筆作為輸入設備,以存儲卡作為外部存儲介質。在無線傳輸方面,大多數 PDA具有紅外和藍牙接口,以保證無線傳輸的便利性。使用微軟W indowsMobile系列操作系統的 PDA又叫隨身電腦 (pocket PC,PPC),是得到大多數 IT廠商支持的一種高端 PDA產品,具有全彩的液晶屏幕、筆觸式輸入等特點?？紤]到一般文獻中對二者不嚴格區分,本文所言 PDA即PPC。

當前,很多單位的全站儀觀測數據一般都是由PDA處理的,這就涉及如何將全站儀的觀測數據讀入 PDA的問題。傳統的做法是觀測完畢后,觀測員讀數,記錄員記錄后回讀,觀測員確認。這種做法雖然是久經考驗,但是也有以下不足:①容易讀錯、聽錯、寫錯;②效率不高。針對此問題,筆者探討能否進行技術改進,變讀記為傳輸,即實現全站儀與PDA之間的數據通信,進而減少錯誤,提高工作效率。

二、通過數據線進行串行通信的研究

通過分析,筆者認為實現全站儀與 PDA之間數據通信是可行的。理由如下:①全站儀的顯示數據必然對應著底層的基礎觀測數據;②全站儀提供了數據輸入輸出端口;③PDA也有數據輸入輸出端口?？梢栽谂宄魍ㄐ哦丝诘亩x的基礎之上制作數據線,然后利用數據線進行編程調試工作。本文以尼康(Nikon)系列全站儀和 HP iPAQ PDA為例展開研究。

1.全站儀通信端口定義

Nikon全站儀的輸入輸出端口是一種圓形連接器,采用 RS-232C接口標準。RS-232C標準的全稱是 E IA-RS-232C標準,其中 E IA(Electronic Industry Association)代表美國電子工業協會,RS(recommended standard)代表推薦標準,232是標識號,C代表RS232的最新一次修改。它是目前使用最廣泛的一種串行物理接口。例如在 PC機上的COM1、COM2接口,就是 RS-232C接口。對于一般雙工通信,僅需幾條信號線就可實現,如一條發送線、一條接收線及一條地線。RS-232C標準規定的數據傳輸速率為每秒 150、300、600、1 200、2 400、4 800、9 600、19 200波特。

Nikon全站儀的輸入輸出端口的各針腳名稱如圖1所示。

圖1 Nikon全站儀各針腳名稱

Nikon全站儀輸入輸出端口各針腳的定義如表1。

表1 Nikon全站儀各針腳定義

2.PDA通信端口定義

HP iPAQ PDA所配 22針接口(PDA一側)各針腳定義如表2。顯然,HP PDA的22針端口包含RS-232系統部分針腳的定義。

表2 HP iPAQ PDA 22針接口各針腳定義

3.數據連接線的制作

Nikon全站儀的輸入輸出裝置一般只使用 1、2、5這 3針。對于串行通信,HP PDA的 22針接口只使用 7、8、22號針即可?？紤]到一端的輸出信號即是另一端的輸入信號,其具體接線方法如表 3。

表3 全站儀與PDA接線方法

按照上述接線方法,將全站儀的插頭和 PDA的插頭直接焊接,就做成了一根數據連接線。數據連接線攜帶方便,結實耐用。

4.串行通信代碼

有了數據連接線,就可以開始測試全站儀與PDA之間的通信。但這里有個前提,那就是全站儀和 PDA的波特率必須設置成同樣的,比如波特率都設置成 4 800。筆者采用Microsoft Visual Basic 2008為平臺來進行測試,通信部分代碼如下:

至此,就已經實現了全站儀與 PDA之間通過數據連接線進行的數據串口通信。

5.通過數據線進行數據串行通信的利弊

筆者通過長時間使用數據線進行數據傳輸,體會到通過數據線進行串行通信的優點有兩點:①極大地減輕了記錄員的工作量,提高了記錄速度;②提高了記錄的準確率,減少了不必要的返工。

在長時間的使用中,改造后的數據連接線雖然結實耐用,但是插拔次數多了仍然會出問題。首先是連接線的接頭處接線容易折斷,需要重新焊接。其次是多次插拔會導致 PDA插槽的串口通信部件的損壞,不能再進行數據線通信。這樣一來,PDA就基本廢棄,造成浪費。為解決這個問題,我們想到了無線通信。

三、通過藍牙進行無線通信的研究

藍牙 (Bluetooth)是一種支持設備短距離通信(一般 10 m內)的無線電技術。能在移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關外設等眾多設備之間進行無線信息交換。利用藍牙技術,能夠有效地簡化移動通信終端設備之間的通信,從而使數據傳輸變得更加迅速高效,為無線通信拓寬道路。

1.藍牙的技術優勢

藍牙的技術優勢很明顯:①免費使用。Bluetooth無線技術規格是供全球成員公司免費使用的。許多行業的制造商都積極地在其產品中實施此技術,以減少使用零亂的電線,實現無縫連接、流傳輸立體聲、傳輸數據或進行語音通信。Bluetooth技術在 2.4 GHz波段運行,該波段是一種無須申請許可證的工業、科技、醫學無線電波段。正因如此,除了設備費用外,使用Bluetooth技術不需要支付任何費用。②應用廣泛。Bluetooth技術得到了空前廣泛的應用,集成該技術的產品從手機、PDA、汽車到醫療設備,使用該技術的用戶從消費者、工業市場到企業等等,不一而足。低功耗、小體積以及低成本的芯片解決方案使得 Bluetooth技術甚至可以應用于極微小的設備中。③使用方便。Bluetooth技術是一項即時技術,它不要求固定的基礎設施,且易于安裝和設置。不需要電纜即可實現連接,只需擁有Bluetooth產品,檢查可用的配置文件,將其連接至使用同一配置文件的另一Bluetooth設備即可。

2.給全站儀加裝藍牙功能

PDA上有藍牙通信功能,能不能實現全站儀與PDA之間藍牙通信呢?問題的關鍵在于除了個別新型全站儀外,目前大量在用的全站儀不提供藍牙通信功能。為了實現全站儀與 PDA之間藍牙通信,必須給全站儀加裝藍牙通信功能,首選的是小型外置藍牙模塊。由于目前的全站儀的通信端口一般都是圓形連接器,而這種圓形連接器在市場上使用的不是很普遍,能找到的一般都是接口為 9針串口的藍牙適配器,所以,首要的任務就是:先把圓形連接器的信號轉換成 9針串口的信號,然后將 9針串口的信號轉換成藍牙信號。

(1)圓形連接器轉換成 9針串口

圓形連接器和9針串口都采用RS-232C接口標準。圓形連接器的各針腳定義前已述及,下面要搞清楚 9針串口的各針腳定義,詳見表 4。

表4 9針串口各針腳定義

根據圓形連接器和 9針串口各針腳的定義,并考慮到一端的輸出信號即是另一端的輸入信號,其具體接線方法如表 5。按照表 5的接法,我們就可焊接一條圓形連接器轉換成 9針串口的適配線,實際工作中,這條適配線(包括兩端的接口)總長應盡量地短,不宜超過 10 cm。

表 5 圓形連接器與 9針串口的接線方法

(2)9針串口轉換成藍牙信號

圓形連接器信號轉換成 9針串口信號可以直接通過電路轉換,是因為它們都采用 RS-232C接口標準。9針串口信號轉換藍牙信號就不能靠電路轉換,因為它們采用的不是統一標準。要想實現信號轉換,必須要有轉換芯片。不過,市場上有接口是 9針串口的藍牙適配器,當前需要做的只是選擇一款適合的。我們對藍牙適配器的要求主要有兩點:①體積小,充電一次使用時間長;②需要有內置驅動程序,因為藍牙適配器最終相當于接在全站儀上,而全站儀是無法驅動它的。根據這兩點要求,筆者選擇了一款型號為 BT5701、尺寸為 62×34× 14mm、重 26 g的串行藍牙適配器,如圖 2所示,它采用MiniUSB接口充電。

圖2 BT5701型串行藍牙適配器

至此,一條圓形連接器轉換成 9針串口的適配線做成了,再購買一個端口為 9針串口的串行藍牙適配器。用適配線將全站儀和藍牙適配器連接起來,實際上就是給全站儀加裝了藍牙模塊,從而讓全站儀具備了藍牙通信功能。

3.藍牙通信代碼

在進行藍牙通信測試前,要將藍牙適配器和PDA進行藍牙配對的工作。由于目前的很多移動設備都配有藍牙功能,大家對藍牙設備配對工作一定不陌生,此不贅述。

這里仍然采用Microsoft Visual Basic 2008為平臺來進行通信代碼測試。藍牙通信部分代碼與串行通信代碼基本一樣,僅在通信端口的選擇上略有區別。首先要查詢 PDA的藍牙通信的出站端口,然后對通信端口進行修改即可。假設在 PDA的藍牙端口設置中查得藍牙通信端口為“COM8”,則將串行通信代碼中的下列一行:

其余部分不變,即可實現全站儀與 PDA之間的藍牙通信。這里有個前提,那就是全站儀、串行藍牙適配器以及 PDA的波特率必須設置成同樣的,其中串行藍牙適配器的波特率是通過 PC機上的相應的軟件配置的。

4.通過藍牙通信的優點

顯然,使用數據線進行通信的優點被藍牙通信全部繼承下來。除此之外,藍牙通信還有數據線通信無法比擬的好處。①藍牙通信屬于無線通信,不需要在 PDA上來回插拔,不會造成 PDA的硬件損傷,延長了 PDA的使用壽命,節約了成本。②藍牙通信的距離較長,約 10m左右,這樣,由于記錄員與觀察員和全站儀之間距離再不受數據線的限制,記錄員可以選擇有利位置,能夠很好地照顧自己及測站的安全,這在道路作業中尤為顯得重要。

四、總 結

本文剖析了全站儀與 PDA之間的各種端口,了解了各個端口的標準及針腳定義,并以Nikon全站儀和 HP PDA為例給出了數據線的制作方法以及數據通信的程序代碼,實現了全站儀與 PDA之間串行通信。在此基礎上,進一步研究了如何實現全站儀與 PDA之間藍牙通信的問題。問題的關鍵在于給全站儀加裝藍牙模塊,方法是通過一條短的適配線將全站儀和串行藍牙適配器連接在一起。

本文是以Nikon全站儀為例來展開研究的,實際上,只要弄清楚了其他品牌的全站儀的圓形連接器各針腳的定義,根據本文的步驟就可以很容易地實現各種全站儀與 PDA之間的有線或無線數據通信。

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Research on the Bluetooth Commun ication between the Total Station and PDA

YI Zhili,L IU Shaojun

0494-0911(2010)07-0033-04

P241.3

B

2010-05-13

易致禮(1978—),男,湖北宜城人,工程師,主要從事工程測量、城市規劃測量工作。