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蓝牙物联网移动硬件数据传输系统解决方案

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发表时间:2023-12-28 15:31作者:何学良

随着传感器技术、网络技术和数据传输技术的不断发展,人们对智能设备的需求日渐增强,利用传感器技术可以对周围环境进行准确和全面的感知,获取到实时信息,从而在网络中进行传输和共享,再通过服务器对各种数据进行保存、分析和挖掘等处理,因而稳定可靠的传输是数据正确的重要保证。


一、系统总体设计


蓝牙物联网


作为物联网的载体,移动硬件不再是单一的硬件系统它融入了网络的特性,具备了智能化的特点,在架构体系上,可划分为感知层、网络层和应用层,其中感知层主要是利用各类传感器来感知环境数据变化,将其他形式的信号转化为电信号;网络层将得到的数据接入到网络,组成庞大的数据传输系统而无线接人是移动设备主要的联网方式;应用层主要使用终端设备接收和处理各类数据,进而实现人机交互。


移动硬件系统结构主要括动硬件模块、智能手机模块和服务器三大模块,分别完成数据的采集与传输数据的实时处理和数据的存储和现等功能。在数据传输上,主要由两部分完成,一部分是移动设备采集到的数据通过低功耗蓝牙技术传输到智能手机,另一部分则由智能手机通过互联网的方式传输到服务器。能手机模块可以用来处理数据以及与用户进行交互。


二、硬件设计


移动硬件数据传输系统解决方案


(一)蓝牙电路模块。利用蓝牙技术实现移动硬件模块与智能手机模块之间的通信。本系统选用某公司生产的低功耗蓝牙芯片 CC2540 作为主控,此芯片包含有一个 8051控制器具有256KB 存储空间,8KB 的RAM21个通用IO口等特点。运行在单模模式下,为低功耗数据传输应用提供了很好的解决方案。以 CC2540 为主控芯片的蓝牙通信电路所需外部元件不多主要是时钟源电路、天线电路和必要的滤波电路,将 POP1 等输入输出接口采用排针的方式拓展动硬件等传感器模块可以通过这些接口与CC2540 通信。


(二)电供电模。动硬件平台可使用电供电供电电压可为3.6V或7.4V等而CC2540的工作电压范围为2V ~ 3.6V,为使供电电压稳定,本系统使用稳压芯片MIC5205/LB33 对电源进行稳压使输出稳定在33V如图3所示,MIC5205是一款高效率的线性稳压器提供了高于1%的初始精度,有效保证了电源电压的稳定。


(三)按键及指示灯模块。本系统还设计有复位电路和指示灯电路,复位电路是为了给 CC2540 的复位引脚提供低电平,当按键按下时可对 CC2540 进行复位放开按键后,复位引脚为高电平,芯片正常工作。指示灯电路提供了电源指示灯和配对指示灯,配对指示灯在配对时会闪烁配对成功后常亮P22引脚控制。


三、软件设计


(一)蓝牙软件设计。在移动硬件模块中,蓝牙模块的主要功能是收集和传输传感器的数据软件部分使用了某公司提供的具有操作系统抽象层OSAL(Operating System Abstrac-tion Layer)的 BLE 协议来开发它简化了对协议函数的管理应用程序的设计和 Prole 的开发建立在操作系统象层OSAL 上。


在蓝牙4.0协议中0SAL操作系统利用事件机制实现了内存管理任务切换和同五斥等功能接口。在OSAL操作系统抽象层上进行数据传输应用开发时,需要针对传感器模块触发的事件添加相应的事件处理函数系统运行时会循环查询相应的事件是否发生,从而调用相应事件的处理函数。


实现移动硬件数据在OSAL系统中的传输要先在系统中进行任务注册与初始化GATT 服务配和 HAL层设置个步骤。在初始化时,系统会分别为每个任务分配个唯一的从0开始递增的任务ID通过此任务D系统可以区分出不同的任务,且ID号数值越小,任务级别越高,此任务将会被系统优先处理。任务在进行初始化时,首先初始化物理层和链路层接着初始化 L2CP 层ATT 层GAP和GATT 等层最后完成任务的始化。


在任务完成初始化后,系统便进人循环查询模式,在此模式中,程序会循环查询事件是否已触发在事件任务被触发后会调用相应的处理函数来进行处理。在本系统中,利用建立数组的方法来建立两张表格,将事件和处理函数对应起来事件表 tasksEvent 保存了对应任务的事件事件处理函数表 tasksArr 用于保存处理数的地址其中tasksCnt 是已注册的任务数量,**_ProcessEvent 是事件处理函数。


在移动硬件模块端蓝牙通信的软件流程,为了实现 OSAL系统对硬件模块传感器的支持需要先在硬件抽象层(HAL层)中添加关硬件动并对CATT 服务进行配置在GATT 协议中定义服务UUID和特征值UUID。蓝牙配对成功后,系统对事件进行轮询,当查询到事件发生后则调用对应事件的处理函数。


(二)智能手机软件模块设计。数据传输系统的中间节点依靠智能手机实现,主要负责通过蓝牙从移动设备获取数据,然后对数据进行处理和通过互联网传输到远程服务器端,以及实现数据的显示和与用户进行交互。


移动件模块是使用具有蓝牙40协议规范的CC2540蓝牙芯片因此智能手机的操作系统版本采用Android4.2及以上版本才能更好地支持低功耗蓝牙传输。在移动硬件节点中,本系统将其配置成外图角色并注册GATT 服务使用UUID进行标识智能手机的低功耗蓝牙通信模块通过 UUID即可读取到此服务上的特征值。BLE的通信主要是通过设备状态的变化而触发回调机制实现数据交换,当移动硬件模块的 GATT服务的特征值发生变化,会回调 BluetoothGattCallBack 接口中相应的onCharacteristicChanged 方法,从而获取更新后的特征值,通过判别 UUID获取不同传感器的数据再对数据进行处理和显示及传送到服务器。


(三)服务器端设计。服务器端的主要功能是完成数据的存储、查询和处理,接收手机端发送的 HTTP 请求并根据请求参数作出不同的处理。本系统采用 Srvlet(服务器端程序)+ Hibemmate(对象关系映射框架)相结合的方法完成这部分功能,Servlet 的主要作用是与手机端进行交互式的浏览和修改数据实时更新 Web内容Hibernate可以完成对数据库中数据的映射,手机模块只能与交互层进行交互,而与数据库相互分离,保证了数据的安全。


出处 产业与科技论坛

原标题 基于蓝牙的移动硬件数据传输系统设计

作者 何学良


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