CSR1011在線升級(jí)和CSR Mesh組網(wǎng)的智能地鎖設(shè)計(jì)

，

(北京工業(yè)大學(xué)，北京 100124)

CSR1011在線升級(jí)和CSRMesh組網(wǎng)的智能地鎖設(shè)計(jì)

李權(quán)，彭月祥

(北京工業(yè)大學(xué)，北京 100124)

設(shè)計(jì)了一種共享停車位上的智能地鎖，該智能地鎖以藍(lán)牙芯片CSR1011為核心，通過AMI304E地磁檢測(cè)芯片檢測(cè)停車位磁場(chǎng)的變化，以L9110S電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)地鎖欄桿，通過控制地鎖揚(yáng)聲器以方便車主發(fā)現(xiàn)地鎖位置。該藍(lán)牙芯片特有的OTAU(在線升級(jí))功能和CSR Mesh組網(wǎng)技術(shù)能使所有智能地鎖互聯(lián)互通，真正實(shí)現(xiàn)空閑停車位的共享。

地磁檢測(cè)；CSR Mesh；CSR1011

引 言

隨著人們生活水平的提高，很多城市車輛的擁有量不斷增加，導(dǎo)致出現(xiàn)停車難、道路擁堵等問題。究其原因，一方面是車位數(shù)量不夠，另一方面存在車位空置、利用率低、統(tǒng)籌調(diào)配不當(dāng)、停車場(chǎng)管理落后等問題[1]。本團(tuán)隊(duì)研發(fā)的共享停車位系統(tǒng)以互聯(lián)網(wǎng)為媒介，以整合停車資源為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)城市停車資源信息化共享，使車主可以通過停車管理平臺(tái)提供的網(wǎng)頁(yè)、手機(jī)APP、語(yǔ)言提示、停車誘導(dǎo)屏等方式實(shí)現(xiàn)共享車位信息查詢、預(yù)訂車位、導(dǎo)航、電子支付等。

1 硬件部分設(shè)計(jì)

1.1 藍(lán)牙芯片CSR1011

藍(lán)牙芯片主要由藍(lán)牙調(diào)制模塊、時(shí)鐘模塊、存儲(chǔ)器、應(yīng)用接口、電源控制和管理模塊組成：①藍(lán)牙調(diào)制模塊包括RF(射頻)接口、RF收發(fā)器、藍(lán)牙射頻合成器和基帶，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸[2-3]。②時(shí)鐘模塊為芯片提供系統(tǒng)時(shí)鐘和休眠時(shí)鐘，系統(tǒng)時(shí)鐘為16 MHz，提供芯片運(yùn)行模式下的時(shí)鐘，休眠時(shí)鐘為32.768 kHz，提供芯片休眠模式和其他低功耗模式下的時(shí)鐘。③存儲(chǔ)器包括64 KB的RAM和64 KB的ROM。④應(yīng)用接口包含3路模擬I/O接口，32路可編程數(shù)字I/O接口和一路與外部Flash通信的I2C接口。⑤電源控制和管理模塊包含2個(gè)調(diào)壓器，1路開關(guān)模式調(diào)壓器將電池電壓調(diào)整為1.35 V用于射頻、I/O接口的電壓，另一路低壓線性調(diào)節(jié)器提供可編程的0.65～1.2 V的電壓，用于數(shù)字區(qū)域的供電。圖1是地鎖主控電路圖,包括CSR1011芯片及外設(shè)電路圖、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和揚(yáng)聲器電路。

圖1 地鎖主控電路圖

1.2 CSR Mesh技術(shù)

本系統(tǒng)使用CSR Mesh技術(shù)實(shí)現(xiàn)開放式停車場(chǎng)的智能管理，所有的停車位基于CSR Mesh協(xié)議互聯(lián)互通，并在管理服務(wù)器上顯示停車位信息狀態(tài)，這樣車輛管理員就可以很方便地對(duì)停車場(chǎng)的情況進(jìn)行監(jiān)控和管理。

基于藍(lán)牙4.0的CSR Mesh組網(wǎng)技術(shù)采用洪泛式路由算法，其基本思想是每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是用廣播轉(zhuǎn)發(fā)收到的數(shù)據(jù)分組，其節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)之間的距離為50 m,通過節(jié)點(diǎn)的不斷廣播，最終到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)[4]。CSR Mesh利用對(duì)等式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，每個(gè)節(jié)點(diǎn)與其相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，并有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的功能，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中支持高達(dá)64 000個(gè)設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)間也能實(shí)現(xiàn)互連，最終可對(duì)無(wú)數(shù)個(gè)搭配Bluetooth Smart的設(shè)備通過同一手機(jī)、平板電腦或PC進(jìn)行互聯(lián)或直接操控。Mesh組網(wǎng)中的信息通過加密和可選擇的認(rèn)證保證了信息傳輸?shù)陌踩?，而最新的Mesh2.0能通過網(wǎng)關(guān)連接互聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)[4]。圖2為CSR Mesh網(wǎng)絡(luò)示意圖。

圖2 CSR Mesh網(wǎng)絡(luò)示意圖

1.3 OTAU功能

芯片自帶的OTAU功能能夠在沒有電纜連接下更新設(shè)備的程序，能夠非常方便地對(duì)設(shè)備進(jìn)行功能升級(jí)。藍(lán)牙OTAU功能能夠使開發(fā)者修復(fù)產(chǎn)品缺陷，豐富產(chǎn)品功能，增加用戶粘性，使產(chǎn)品迭代升級(jí)，快速切入市場(chǎng)，降低整體開發(fā)成本。

1.4 地磁檢測(cè)模塊

地磁傳感器是一種動(dòng)態(tài)檢測(cè)地磁場(chǎng)變化的感應(yīng)設(shè)備，相比車牌識(shí)別等車輛檢測(cè)方法具有體積小、不易損壞、安裝簡(jiǎn)易、可靠性高等特點(diǎn)[5]。本文選擇AMI304E地磁檢測(cè)芯片，該芯片輸出X、Y、Z軸的檢測(cè)磁值，每個(gè)軸的值為2字節(jié)大小，并通過I2C總線與CSR1011芯片進(jìn)行通信，圖3為地磁檢測(cè)電路。

1.5 電機(jī)模塊

電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊通過L9110S芯片驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)控制地鎖支架的豎立和倒下。L9110S芯片是為控制和驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)計(jì)的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，輸入電壓為2.5～12 V ，最大驅(qū)動(dòng)電流為2 A，能很好地驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，具有使用方便、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。

圖3 地磁檢測(cè)電路

2 軟件程序設(shè)計(jì)

應(yīng)用程序是在集成開發(fā)環(huán)境CSR uEnergy SDK上進(jìn)行的，開發(fā)環(huán)境集成的固件庫(kù)以及提供的CSR Mesh模塊化API使開發(fā)更加高效、快速。開發(fā)者只需在工程模板中添加地磁檢測(cè)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)等應(yīng)用程序。應(yīng)用程序有4個(gè)入口點(diǎn)，任何一個(gè)事件的觸發(fā)或來(lái)自控制器的指令都會(huì)使程序進(jìn)入其中的一個(gè)入口，每個(gè)入口函數(shù)的作用如下：

① Appinit()函數(shù)入口處理上電或復(fù)位后的程序的初始化。

② AppProcessLmEvent()函數(shù)入口處理系統(tǒng)鏈接管理事件，比如數(shù)據(jù)庫(kù)事件、GATT事件、LS事件、LM事件等。

③ APPProcessSystemEvent()函數(shù)入口處理系統(tǒng)事件，比如芯片I/O口電平變化事件。

④ APPProcessCDRMeshEvent()函數(shù)入口處理CSR Mesh事件，比如處理控制器的指令事件、Mesh網(wǎng)絡(luò)中信息的傳播事件、設(shè)備的組網(wǎng)等事件，地磁檢測(cè)程序、電機(jī)控制事件、揚(yáng)聲器控制事件都在該入口下面。

程序具體流程如圖4所示。

圖4 程序流程圖

上電后程序會(huì)完成初始化工作，在未獲得網(wǎng)絡(luò)密鑰時(shí)程序進(jìn)入Mesh未連接狀態(tài)，并定時(shí)廣播設(shè)備ID信息，當(dāng)手機(jī)APP獲得設(shè)備ID信息廣播并發(fā)出連接請(qǐng)求后程序進(jìn)入Mesh連接開始狀態(tài)，然后APP會(huì)發(fā)送網(wǎng)絡(luò)密鑰給設(shè)備，當(dāng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)密鑰分配成功后，程序進(jìn)入連接狀態(tài)[7]。在Mesh連接狀態(tài)下設(shè)備會(huì)定時(shí)采集地磁信息，并進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和執(zhí)行各種活動(dòng)。

3 調(diào)試過程

為了驗(yàn)證本智能地鎖的準(zhǔn)確性，對(duì)其進(jìn)行模擬試驗(yàn)。利用CSR公司提供的基于CSR Mesh1.3的 APP分別調(diào)試電機(jī)和揚(yáng)聲器。具體調(diào)試過程為：用手機(jī)APP分別添加5個(gè)智能地鎖組成一個(gè)Mesh網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)發(fā)送控制指令后電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)給限位開關(guān)一個(gè)觸發(fā)信號(hào)后電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，同樣也可以控制揚(yáng)聲器的開關(guān)。表1是APP與地鎖程序指令協(xié)議。

表1 APP與地鎖程序指令協(xié)議

利用沿著向上方向的Z軸磁場(chǎng)來(lái)檢測(cè)車輛的存在，調(diào)整傳感器的位置使地磁模塊上面有車輛時(shí)Z軸方向的磁值最大，通過建立合適的閾值，可以濾掉旁邊車道的車輛或遠(yuǎn)距離車輛帶來(lái)的干擾[8]。軟件中的校準(zhǔn)程序使地鎖周圍無(wú)車輛時(shí)Z軸磁場(chǎng)值為0，通過串口助手測(cè)試結(jié)果如表2所列。

表2 Z軸地磁測(cè)試值

結(jié) 語(yǔ)

[1] 杜華英,文祝青,余可春.智慧停車場(chǎng)的研究與探討[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī), 2015(6):63-66.

[2] Robin Heydon.低功耗藍(lán)牙開發(fā)權(quán)威指南[M].陳燦峰,劉嘉,譯.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2014.

[3] MILIER B A.藍(lán)牙核心技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001:180-182.

[4] 徐春燕,肖揚(yáng)文,蔡敏.BLEMesh網(wǎng)絡(luò)協(xié)議綜述[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2017,43(4):29-31.

[5] 榮梅,黃輝先,徐建閩.基于地磁傳感器的車輛檢測(cè)算法[J].交通信息與安全,2011,29(3):43-46.

[6] 楊英明.Andriod手機(jī)APP藍(lán)牙控制智能車解決方案[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2017,17(3):71-74.

[7] 周進(jìn)波,張磊,張敏.基于Andriod系統(tǒng)藍(lán)牙開發(fā)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].光學(xué)儀器,2013,35(1):34-36.

[8] 馮則坤,何華輝.非晶磁性材料的磁阻抗(MI)效應(yīng)[J].傳感器世界,2001,7(5):19-21.

On-lineUpgradeandCSRMeshNetworkingIntelligentLockBasedonCSR1011

LiQuan,PengYuexiang

(Beijing University of Technology,Beijing 100124,China)

In the paper,the smart lock of the shared parking space is designed,which uses the Bluetooth chip CSR1011 as the core,and detects the changes through the AMI304E geomagnetic detection in the parking field magnetic field .The L9110S motor drive chip drives the lock railings.The owner can find the location of the lock under the hint of the ground lock speaker.The Bluetooth chip-specific OTAU(online upgrade) and CSRmesh networking technology enable all intelligent inter-locking interconnect to truly share the free parking space.

geomagnetic detection;CSR Mesh;CSR1011

TP312

A

2017-06-06)