基于藍(lán)牙的智能終端數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用研究

楊柳

（深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院電信學(xué)院，廣東 深圳 518055）

基于藍(lán)牙的智能終端數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用研究

楊柳

（深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院電信學(xué)院，廣東 深圳 518055）

針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中智能終端之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊笠约爸悄茉O(shè)備存在的交流、計(jì)算等問(wèn)題，將藍(lán)牙技術(shù)引入數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，提出了基于藍(lán)牙技術(shù)的智能終端數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。采用C C 2540芯片實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備之間的藍(lán)牙低功耗傳輸，并分析了基于A(yíng)ndroid系統(tǒng)的終端藍(lán)牙傳輸過(guò)程，研究了基于藍(lán)牙的智能終端設(shè)備與智能手機(jī)之間無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸原理，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)在智能終端設(shè)備之間的交互，為提高物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸能力及速度提供了新思路。

智能終端；藍(lán)牙技術(shù)；CC2540芯片；數(shù)據(jù)傳輸

1 引言

物聯(lián)網(wǎng)以實(shí)現(xiàn)人與人、人與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備之間的信息交互為要求，是當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)的研究熱點(diǎn)，智能終端設(shè)備是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的基本單元，是現(xiàn)代生活中必不可少的重要設(shè)備[1]。智能終端系統(tǒng)可分為信息采集、數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)處理模塊，每個(gè)模塊之間的信息交互均需要通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)。目前在小型智能終端設(shè)備中，其內(nèi)部處理器計(jì)算速度較低、存儲(chǔ)空間較小，進(jìn)而影響了整個(gè)智能終端系統(tǒng)的信息傳遞。近年來(lái)智能終端設(shè)備大范圍普及，有關(guān)調(diào)查指出，未來(lái)五年內(nèi)全球智能終端設(shè)備數(shù)量將達(dá)到80億，人們將直接面臨智能終端產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)及分析等問(wèn)題，因此智能終端設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的研究是當(dāng)下的研究熱點(diǎn)之一[2]。

本文將藍(lán)牙傳輸技術(shù)作為智能終端數(shù)據(jù)傳輸媒介，通過(guò)將低功耗藍(lán)牙傳輸技術(shù)與基于A(yíng)ndroid操作系統(tǒng)的智能終端設(shè)備相結(jié)合，分析了藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的關(guān)鍵性技術(shù)，并針對(duì)系統(tǒng)服務(wù)器模塊設(shè)計(jì)了相應(yīng)的軟件架構(gòu)，通過(guò)仿真驗(yàn)證了藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的可行性，為智能終端的應(yīng)用提供了新途徑。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的藍(lán)牙智能終端數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)基本構(gòu)成有：采集終端模塊、智能處理模塊、服務(wù)器終端模塊。其中，采集終端模塊由各類(lèi)傳感測(cè)量設(shè)備組成，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)輸入量的信息采集并將信息通過(guò)藍(lán)牙傳遞至智能處理模塊；智能處理模塊負(fù)責(zé)收集處理采集終端傳入的各種信息并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器終端，其典型代表為智能手機(jī)，該模塊具有較完善的用戶(hù)界面與高速的計(jì)算性能可完善整個(gè)系統(tǒng)功能，并簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程；服務(wù)器終端可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并實(shí)現(xiàn)與外界信息交互功能[3]，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2.1 低功耗藍(lán)牙傳輸硬件電路設(shè)計(jì)

功耗是智能設(shè)備使用的重要限制因素之一，低功耗藍(lán)牙芯片是藍(lán)牙傳輸系統(tǒng)的核心部分，本文選擇CC2540芯片作為藍(lán)牙傳輸電路的主芯片，它是目前應(yīng)用較為廣泛的一種單模式低功耗藍(lán)牙傳輸芯片，其主要功能為：當(dāng)藍(lán)牙功能關(guān)閉時(shí)，電路接收電路與發(fā)射電路處于休眠狀態(tài)，耗電量較?。豢稍谳^短時(shí)間內(nèi)通過(guò)內(nèi)部時(shí)鐘或外部中斷觸發(fā)電路開(kāi)啟模式。該模塊的電路主要包括：CC2540芯片的最小系統(tǒng)、電源模塊、通信接口模塊與阻抗匹配電路等，芯片的主電路如圖2所示[4]。

圖2CC2540芯片主電路

2.2 電路抗干擾設(shè)計(jì)方法

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件電路設(shè)計(jì)中包含了藍(lán)牙射頻電路模塊，該模塊由不同頻率的數(shù)字電路與模擬電路組成，抗干擾能力較差，容易受到不同頻率信號(hào)影響，針對(duì)該缺點(diǎn)，主要通過(guò)以下幾種方式降低系統(tǒng)的敏感性：1）設(shè)計(jì)隔離電路；2）改變布線(xiàn)方式；3）添加旁路退耦電路。

隔離電路主要根據(jù)電路功能分別設(shè)計(jì)，將對(duì)干擾能力要求高的電路分開(kāi)設(shè)計(jì)，降低其受影響風(fēng)險(xiǎn)；減少器件的布線(xiàn)距離，增加電源線(xiàn)路寬度，降低干擾信號(hào)；通過(guò)加入旁路電容減小因電流變化對(duì)器件產(chǎn)生的異常影響[5]。

2.3 藍(lán)牙系統(tǒng)通信過(guò)程

藍(lán)牙通信過(guò)程中典型的通信步驟為搜索設(shè)備、搭建設(shè)備連接、數(shù)據(jù)交互，具體過(guò)程為：數(shù)據(jù)采集終端將待發(fā)送的信息包通過(guò)選定的廣播頻率不停發(fā)送，智能接收端掃描信息包信號(hào)后，向數(shù)據(jù)采集終端發(fā)起建立連接請(qǐng)求，數(shù)據(jù)終端收到請(qǐng)求信號(hào)后兩設(shè)備開(kāi)始信息交互。此時(shí)數(shù)據(jù)采集終端即承擔(dān)信息發(fā)射層中的服務(wù)器功能，負(fù)責(zé)將待傳遞信息封裝在信息發(fā)送特性值中，上述過(guò)程示意圖如圖3所示。

圖3 藍(lán)牙通信過(guò)程示意圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 智能終端通信設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的智能終端藍(lán)牙通信系統(tǒng)采用TI公司提供的藍(lán)牙通信協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)智能終端的軟件設(shè)計(jì)，并采用OSAL操作系統(tǒng)簡(jiǎn)化藍(lán)牙通信協(xié)議棧的管理，OSAL操作系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)終端的內(nèi)存管理、分配、進(jìn)程切換等功能，其事件處理機(jī)制取決于事件是否發(fā)生。本系統(tǒng)中OSAL系統(tǒng)通過(guò)詢(xún)問(wèn)智能終端各個(gè)傳感器狀態(tài)，確定對(duì)應(yīng)的傳感器事件處理機(jī)制，具體過(guò)程可分為三部分：傳感器任務(wù)的注冊(cè)與初始化、設(shè)置系統(tǒng)HAL層狀態(tài)、配置系統(tǒng)服務(wù)器，通過(guò)建立事件表與對(duì)應(yīng)的處理函數(shù)表，實(shí)現(xiàn)通信過(guò)程中的事件處理。

圖4 終端藍(lán)牙通信流程

3.2 智能手機(jī)通信設(shè)計(jì)

手機(jī)作為藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的中間模塊，是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，其作用為：通過(guò)藍(lán)牙接收智能終端傳來(lái)的數(shù)據(jù)，篩選有用信息，進(jìn)一步分析處理后，將數(shù)據(jù)傳遞至服務(wù)器終端。本系統(tǒng)選擇支持Android4.2版本以上智能手機(jī)作為通信模塊，采用手機(jī)中的音頻播放機(jī)制實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，利用手機(jī)作為系統(tǒng)的UI交互平臺(tái)，通過(guò)手機(jī)屏幕顯示不同終端測(cè)量的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)終端與用戶(hù)的間接交互。本文設(shè)計(jì)的手機(jī)端藍(lán)牙通信流程如圖5所示。

圖5 手機(jī)藍(lán)牙通信流程

4 結(jié)論

通過(guò)將物聯(lián)網(wǎng)的概念具體化，以藍(lán)牙方式實(shí)現(xiàn)不同終端傳感器的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，采用CC2540芯片實(shí)現(xiàn)低功耗藍(lán)牙傳輸，應(yīng)用于智能終端實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，分析了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)過(guò)程，并重點(diǎn)分析了CC2540芯片的電路設(shè)計(jì)及電路抗干擾方法，為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用提供了新思路。

[1]朱洪波，楊龍祥，朱琦．物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)展與應(yīng)用[J]．南京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011，31(1)：1-9．

[2]張鵬富．淺談藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景[J]．計(jì)算機(jī)光盤(pán)軟件與應(yīng)用，2014(16)：36．

[3]吳明，范東濤．高速公路入口匝道動(dòng)態(tài)響應(yīng)調(diào)節(jié)算法設(shè)計(jì)[J]．交通信息與安全，2011(03)：60-64．

[4]常敏，梅曉敏，崔永進(jìn)，等．基于BLE與Android的牧場(chǎng)溫濕度智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．通信電源技術(shù)，2015，32(05)：124-126．

[5]李曼．藍(lán)牙協(xié)議棧軟件設(shè)計(jì)[J]．電子世界，2014(15)：126-126．

[6]楊迪娜．藍(lán)牙4.0技術(shù)搭載便攜式設(shè)備新產(chǎn)品強(qiáng)勢(shì)逆襲[J]．單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2014，02(02)：84-85．

TheApplication of Intelligent Terminal Data Transmission System Based on Bluetooth

Yang Liu
（Shenzhen Polytechnic,Shenzhen 518055,Guangdong）

In view of the requirements of data transmission among intelligent terminals in Internet of things and the problems of intelligent equipment such as communication and computing,this paper introduces Bluetooth into the data transmission process,and puts forward the intelligent terminal data transmission system based on Bluetooth.CC2540 chip is used to realize the Bluetooth transmission.This paper analyzes the Bluetooth transmission process based on the Android system,studies the principle of wireless data transmission,and realizes the data exchange among the intelligent terminal equipment,providing a new idea to improve the data transmission ability of Internet of things.

intelligent terminal;Bluetooth technology;CC2540 chips;data transmission

TN925;TP274.2

A

1008-6609(2016)12-0041-03

楊柳（1974--），女，四川成都人，碩士，副教授，研究方向?yàn)橥ㄐ排c網(wǎng)絡(luò)。