時繼潮，李新紅，吳陽明，呂閃，王雅涵

(大連交通大學(xué) 電氣信息學(xué)院，大連 116028)

藍牙4.2協(xié)議的一主多從防丟器APP設(shè)計

時繼潮，李新紅，吳陽明，呂閃，王雅涵

(大連交通大學(xué) 電氣信息學(xué)院，大連 116028)

設(shè)計一款以藍牙4.2協(xié)議為核心，可與多個從機進行通信的防丟器。將低功耗藍牙芯片CC2541作為主控制器，結(jié)合在手機(主機)上開發(fā)的APP，通過藍牙4.2相關(guān)協(xié)議，對配對成功的防丟器(從機)進行監(jiān)控，當(dāng)從機超出主機的監(jiān)測范圍后，主機和從機會同時啟動報警裝置，以便人們予以警覺。

藍牙4.2協(xié)議；低功耗；防丟器

引 言

現(xiàn)如今，列車上丟東西的現(xiàn)象時有發(fā)生，以至于長途旅行的人們在休息的時候都提心吊膽，時刻不敢放松警惕。隨著社會的發(fā)展、科技的進步，防丟器這一電子產(chǎn)品應(yīng)運而生?，F(xiàn)在市面上多數(shù)的防丟器用于老人、兒童及身體有缺陷的人群，也有一些防丟器通過網(wǎng)絡(luò)媒介應(yīng)用于貴重物品的監(jiān)測。可是，如在疾馳的列車上一旦遇到網(wǎng)絡(luò)信號不好的情況，它的防丟價值就將消失。此外，受市場競爭力的影響，現(xiàn)在市面上的防丟器設(shè)備功能往往比較單一，大部分防丟器應(yīng)用藍牙4.0 BLE相關(guān)協(xié)議，只能進行簡單的一對一通信，一旦碰到需要監(jiān)控多個目標(biāo)對象時就顯現(xiàn)出了很大的局限性。

本文針對市場上現(xiàn)有防丟器存在的缺陷，應(yīng)用新一代藍牙4.2技術(shù)設(shè)計出了可同時連接多個從機的防丟器。其不僅功耗低，信號傳輸效率高，更重要的是允許多個藍牙設(shè)備通過一個終端介入。如在運行的列車上，人們可以根據(jù)自己的需求通過手機終端APP同時連接多個從機，將這些從機分別安置在需要監(jiān)測的行李上，由于藍牙監(jiān)測范圍有限，從機之間一旦有一個超出了主機的監(jiān)測范圍，主從機就會同時發(fā)出報警聲，給以人們以警示。主從機報警時的頻率及方式可以根據(jù)自己的需求改進。

1 防丟系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)與工作原理

系統(tǒng)主要分為主機和從機兩大部分，主機即為手機開發(fā)的APP軟件，從機則由藍牙芯片CC2541進行控制，主機和從機之間通過新一代藍牙4.2協(xié)議進行通信。手機APP由eclipse軟件編寫，根據(jù)自己的需求，可以同時連接一個或多個子機，主機通過藍牙與子機連接，當(dāng)至少有一個子機與主機的連接信號強度低于提前設(shè)定好的值或斷開連接時，主機和子機則會同時啟動報警，主機除了響鈴?fù)膺€會發(fā)出震動，以最快最有效的方式給人們以警示。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 防丟器系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

2 藍牙4.2協(xié)議

2.1 藍牙4.2技術(shù)背景

隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的不斷發(fā)展，WiFi的無線連接地位越來越重要，但是其也存在著耗電量大的問題，如果路由終端或網(wǎng)絡(luò)連接出現(xiàn)故障，一切通信連接都將中斷，很多智能設(shè)備也就面臨著無法進行操控的處境。在這種條件下，不依賴網(wǎng)絡(luò)的連接技術(shù)就變的尤為重要，而藍牙4.2協(xié)議就是為了彌補這一技術(shù)問題而誕生的[1]。

2.2 藍牙4.2的優(yōu)勢

在近距離的實際場合應(yīng)用中，以小型接收器為點布局成網(wǎng)絡(luò)的藍牙技術(shù)可以很好地完成信號的接收和發(fā)射，即便出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接故障，也不會影響正常的傳輸功能。藍牙4.2協(xié)議在原來4.0BLE協(xié)議的基礎(chǔ)上作了相應(yīng)改進，其突出的優(yōu)勢有以下幾點(如圖2所示)。

圖3 防丟系統(tǒng)整體硬件電路

圖2 藍牙4.2的幾大優(yōu)勢

① 支持6LowPAN，即基于IPv6協(xié)議的低功耗無線個人局域網(wǎng)技術(shù)[2]。這也是藍牙4.2協(xié)議最大的改進之處，此技術(shù)允許多個藍牙設(shè)備通過一個終端同時接入互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)。一主多從防丟器中最關(guān)鍵的技術(shù)正是出自于此。

② 在隱私方面，藍牙4.2導(dǎo)入了先進的權(quán)限設(shè)置，其只會與受信任的終端進行連接，在與陌生終端連接之前會請求用戶許可，經(jīng)用戶允許后才能進行連接，這一改進可以避免用戶無意間暴露自己的位置或留下隱秘信息，竊聽者難以通過藍牙聯(lián)機對設(shè)備進行追蹤。

③ 在傳輸速度方面。藍牙4.2協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)將數(shù)據(jù)傳輸速度提高了2.5倍，主要由于藍牙智能數(shù)據(jù)包的容量比原來提高了10倍，與此同時也降低了傳輸過程中發(fā)生的錯誤[3]。

3 防丟系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)的硬件部分主要包括控制器模塊、電源模塊、天線信號模塊、報警模塊及按鍵指示模塊5部分。

防丟系統(tǒng)的整體硬件電路圖如圖3所示?？刂破髂K采用TI公司的CC2541藍牙芯片為核心，其具有低功耗、高性能、易開發(fā)等優(yōu)勢；由于系統(tǒng)的低功耗特點，電源模塊采用紐扣電池進行供電，經(jīng)電路中多重濾波整合后，其為整個系統(tǒng)提供了持續(xù)穩(wěn)定的電源輸出；天線信號模塊主要由主控芯片CC2541控制，是主、從機間進行通信的重要通道；報警模塊相對比較簡單，由一個無源蜂鳴器組成，在主、從機失聯(lián)時鳴響給人以警示；系統(tǒng)中有兩個按鍵和兩個指示燈，按鍵1為系統(tǒng)的復(fù)位按鍵，在系統(tǒng)性能不穩(wěn)定時可以隨時對系統(tǒng)進行復(fù)位，按鍵2為系統(tǒng)的功能按鍵，有單擊、雙擊、連擊、長擊4種工作模式，分別實現(xiàn)不同的功能，指示燈隨著按鍵的按下出現(xiàn)不同頻率的閃爍，給操作者視覺上的功能提示。

4 防丟系統(tǒng)軟件設(shè)計

圖4 防丟系統(tǒng)軟件流程圖

系統(tǒng)上電后，首先進行初始化，然后根據(jù)實際需要通過藍牙4.2協(xié)議對主機和從機進行配對。當(dāng)隨著主、從機間距離的不斷拉大，藍牙信號越來越弱，當(dāng)其中一個從機與主機的藍牙信號低于整體信號強度的20%或主、從機斷開連接時，主機震動并發(fā)出報警聲，與此同時，相應(yīng)從機也發(fā)出報警聲[4]。防丟系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程圖如圖4所示。

系統(tǒng)的報警時長和頻率以及連接設(shè)備的名稱等可變參數(shù)都可在手機APP端進行修改，同時使用者也可根據(jù)需求在APP終端對報警閥值和連接從機個數(shù)進行設(shè)定[5]。主、從機報警聲音只能在手機APP端輸入之前設(shè)定好的密鑰進行取消，以在最大程度上保護使用者權(quán)益。

結(jié) 語

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時繼潮(碩士研究生)，主要研究方向為嵌入式系統(tǒng)、無線通信等。

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王浩宇(碩士)，主要研究方向為數(shù)字圖像處理；漆晶(講師)，主要研究方向為傳感器網(wǎng)絡(luò)、能量采集電路、短距離無線通信等；方天恩(碩士)，主要研究方向為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和藍牙通信。

(責(zé)任編輯：楊迪娜 收稿日期：2017-03-14)

Design of a Main and Multiple Anti Losing Device Based on Bluetooth 4.2 Protocol

Shi Jichao,Li Xinhong,Wu Yangming,Lv Shan,Wang Yahan

(College of Electrical and Information,Dalian University of Traffic,Dalian 116028,China)

In the paper,an anti-losing device is designed,which uses Bluetooth 4.2 protocol as the core and can communicate with a plurality of slave communication device.It takes a low-power Bluetooth chip CC2541 as the main controller,we can uses Bluetooth 4.2 protocol to monitor the paired successful anti-losing device (slave) with the APP that is developed on the mobile phone (host).When the host machine is beyond the scope of monitoring,the host and the slave devices will start the alarm device at the same time,so that people can be vigilant.

Bluetooth 4.2 protocol;low power consumption;anti-losing device

TP368.1

A

?迪娜

2017-03-13)