全站仪与PDA及其蓝牙通信研究

中心议题
    * 介绍了全站仪与PDA
    * 研究了其蓝牙通信
解决方案
    * 给全站仪加装小型外置蓝牙模块
    * 采用MicrosoftVisualBasic 2008为平台来进行通信代码测试

一、引言

个人数码助理(personal digital assistan,t PDA)一般是指掌上电脑。PDA通常采用手写笔作为输入设备,以存储卡作为外部存储介质。在无线传输方面,大多数PDA具有红外和蓝牙接口,以保证无线传输的便利性。使用微软W indowsMobile系列操作系统的PDA又叫随身电脑(pocketPC, PPC),是得到大多数IT厂商支持的一种高端PDA产品,具有全彩的液晶屏幕、笔触式输入等特点。考虑到一般文献中对二者不严格区分,本文所言PDA即PPC。

当前,很多单位的全站仪观测数据一般都是由PDA处理的,这就涉及如何将全站仪的观测数据读入PDA的问题。传统的做法是观测完毕后,观测员读数,记录员记录后回读,观测员确认。这种做法虽然是久经考验,但是也有以下不足:①容易读错、听错、写错;②效率不高。针对此问题,笔者探讨能否进行技术改进,变读记为传输,即实现全站仪与PDA之间的数据通信,进而减少错误,提高工作效率。

二、通过数据线进行串行通信的研究

通过分析,笔者认为实现全站仪与PDA之间数据通信是可行的。理由如下:①全站仪的显示数据必然对应着底层的基础观测数据;②全站仪提供了数据输入输出端口;③PDA也有数据输入输出端口。可以在弄清楚各通信端口的定义的基础之上制作数据线,然后利用数据线进行编程调试工作。本文以尼康(Nikon)系列全站仪和HP iPAQ PDA为例展开研究。

1.全站仪通信端口定义

Nikon全站仪的输入输出端口是一种圆形连接器,采用RS-232C接口标准。RS-232C标准的全称是EIA-RS-232C标准,其中EIA(Electronic Industry Association)代表美国电子工业协会,RS(recommended standard)代表推荐标准, 232是标识号, C代表RS232的最新一次修改。它是目前使用最广泛的一种串行物理接口。例如在PC机上的COM1、COM2接口,就是RS-232C接口。对于一般双工通信,仅需几条信号线就可实现,如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS-232C标准规定的数据传输速率为每秒150、300、600、1 200、2 400、4 800、9 600、19 200波特。

Nikon全站仪的输入输出端口的各针脚名称如图1所示。

2. PDA通信端口定义

HP iPAQ PDA所配22针接口(PDA一侧)各针脚定义如表2。显然,HP PDA的22针端口包含RS-232系统部分针脚的定义。

Nikon全站仪的输入输出装置一般只使用1、2、5这3针。对于串行通信,HP PDA的22针接口只使用7、8、22号针即可。考虑到一端的输出信号即是另一端的输入信号,其具体接线方法如表3。

按照上述接线方法,将全站仪的插头和PDA的插头直接焊接,就做成了一根数据连接线。数据连接线携带方便,结实耐用。

4.串行通信代码

有了数据连接线,就可以开始测试全站仪与PDA之间的通信。但这里有个前提,那就是全站仪和PDA的波特率必须设置成同样的,比如波特率都设置成4800。笔者采用MicrosoftVisualBasic 2008为平台来进行测试,通信部分代码如下:

至此,就已经实现了全站仪与PDA之间通过数据连接线进行的数据串口通信。

5.通过数据线进行数据串行通信的利弊

笔者通过长时间使用数据线进行数据传输,体会到通过数据线进行串行通信的优点有两点:①极大地减轻了记录员的工作量,提高了记录速度;②提高了记录的准确率,减少了不必要的返工。

在长时间的使用中,改造后的数据连接线虽然结实耐用,但是插拔次数多了仍然会出问题。首先是连接线的接头处接线容易折断,需要重新焊接。其次是多次插拔会导致PDA插槽的串口通信部件的损坏,不能再进行数据线通信。这样一来, PDA就基本废弃,造成浪费。为解决这个问题,我们想到了无线通信。

三、通过蓝牙进行无线通信的研究

蓝牙(Bluetooth)是一种支持设备短距离通信(一般10 m内)的无线电技术。能在移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用蓝牙技术,能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信,从而使数据传输变得更加迅速高效,为无线通信拓宽道路。

1.蓝牙的技术优势

蓝牙的技术优势很明显:①免费使用。Bluetooth无线技术规格是供全球成员公司免费使用的。许多行业的制造商都积极地在其产品中实施此技术,以减少使用零乱的电线,实现无缝连接、流传输立体声、传输数据或进行语音通信。Bluetooth技术在2. 4GHz波段运行,该波段是一种无须申请许可证的工业、科技、医学无线电波段。正因如此,除了设备费用外,使用Bluetooth技术不需要支付任何费用。②应用广泛。Bluetooth技术得到了空前广泛的应用,集成该技术的产品从手机、PDA、汽车到医疗设备,使用该技术的用户从消费者、工业市场到企业等等,不一而足。低功耗、小体积以及低成本的芯片解决方案使得Bluetooth技术甚至可以应用于极微小的设备中。③使用方便。Bluetooth技术是一项即时技术,它不要求固定的基础设施,且易于安装和设置。不需要电缆即可实现连接,只需拥有Bluetooth产品,检查可用的配置文件,将其连接至使用同一配置文件的另一Bluetooth设备即可。

2.给全站仪加装蓝牙功能

PDA上有蓝牙通信功能,能不能实现全站仪与PDA之间蓝牙通信呢?问题的关键在于除了个别新型全站仪外,目前大量在用的全站仪不提供蓝牙通信功能。为了实现全站仪与PDA之间蓝牙通信,必须给全站仪加装蓝牙通信功能,首选的是小型外置蓝牙模块。由于目前的全站仪的通信端口一般都是圆形连接器,而这种圆形连接器在市场上使用的不是很普遍,能找到的一般都是接口为9针串口的蓝牙适配器,所以,首要的任务就是:先把圆形连接器的信号转换成9针串口的信号,然后将9针串口的信号转换成蓝牙信号。

(1)圆形连接器转换成9针串口

根据圆形连接器和9针串口各针脚的定义,并考虑到一端的输出信号即是另一端的输入信号,其具体接线方法如表5。按照表5的接法,我们就可焊接一条圆形连接器转换成9针串口的适配线,实际工作中,这条适配线(包括两端的接口)总长应尽量地短,不宜超过10 cm。

(2) 9针串口转换成蓝牙信号

圆形连接器信号转换成9针串口信号可以直接通过电路转换,是因为它们都采用RS-232C接口标准。9针串口信号转换蓝牙信号就不能靠电路转换,因为它们采用的不是统一标准。要想实现信号转换,必须要有转换芯片。不过,市场上有接口是9针串口的蓝牙适配器,当前需要做的只是选择一款适合的。我们对蓝牙适配器的要求主要有两点: ①体积小,充电一次使用时间长;②需要有内置驱动程序,因为蓝牙适配器最终相当于接在全站仪上,而全站仪是无法驱动它的。根据这两点要求,笔者选择了一款型号为BT5701、尺寸为62×34×14mm、重26 g的串行蓝牙适配器,如图2所示,它采用MinUi SB接口充电。

3.蓝牙通信代码

在进行蓝牙通信测试前,要将蓝牙适配器和PDA进行蓝牙配对的工作。由于目前的很多移动设备都配有蓝牙功能,大家对蓝牙设备配对工作一定不陌生,此不赘述。

这里仍然采用MicrosoftVisualBasic 2008为平台来进行通信代码测试。蓝牙通信部分代码与串行通信代码基本一样,仅在通信端口的选择上略有区别。首先要查询PDA的蓝牙通信的出站端口,然后对通信端口进行修改即可。假设在PDA的蓝牙端口设置中查得蓝牙通信端口为“COM8”,则将串行通信代码中的下列一行:

其余部分不变,即可实现全站仪与PDA之间的蓝牙通信。这里有个前提,那就是全站仪、串行蓝牙适配器以及PDA的波特率必须设置成同样的,其中串行蓝牙适配器的波特率是通过PC机上的相应的软件配置的。

4.通过蓝牙通信的优点

显然,使用数据线进行通信的优点被蓝牙通信全部继承下来。除此之外,蓝牙通信还有数据线通信无法比拟的好处。①蓝牙通信属于无线通信,不需要在PDA上来回插拔,不会造成PDA的硬件损伤,延长了PDA的使用寿命,节约了成本。②蓝牙通信的距离较长,约10m左右,这样,由于记录员与观察员和全站仪之间距离再不受数据线的限制,记录员可以选择有利位置,能够很好地照顾自己及测站的安全,这在道路作业中尤为显得重要。

四、总结

本文剖析了全站仪与PDA之间的各种端口,了解了各个端口的标准及针脚定义,并以Nikon全站仪和HP PDA为例给出了数据线的制作方法以及数据通信的程序代码,实现了全站仪与PDA之间串行通信。在此基础上,进一步研究了如何实现全站仪与PDA之间蓝牙通信的问题。问题的关键在于给全站仪加装蓝牙模块,方法是通过一条短的适配线将全站仪和串行蓝牙适配器连接在一起。

本文是以Nikon全站仪为例来展开研究的,实际上,只要弄清楚了其他品牌的全站仪的圆形连接器各针脚的定义,根据本文的步骤就可以很容易地实现各种全站仪与PDA之间的有线或无线数据通信。