基于藍牙的智能終端數據傳輸系統的應用研究

楊柳

（深圳職業技術學院電信學院，廣東 深圳 518055）

基于藍牙的智能終端數據傳輸系統的應用研究

楊柳

（深圳職業技術學院電信學院，廣東 深圳 518055）

針對物聯網系統中智能終端之間數據傳輸的要求以及智能設備存在的交流、計算等問題，將藍牙技術引入數據傳輸過程，提出了基于藍牙技術的智能終端數據傳輸系統。采用C C 2540芯片實現終端設備之間的藍牙低功耗傳輸，并分析了基于Android系統的終端藍牙傳輸過程，研究了基于藍牙的智能終端設備與智能手機之間無線數據傳輸原理，實現了數據在智能終端設備之間的交互，為提高物聯網數據傳輸能力及速度提供了新思路。

智能終端；藍牙技術；CC2540芯片；數據傳輸

1 引言

物聯網以實現人與人、人與設備、設備與設備之間的信息交互為要求，是當今計算機技術的研究熱點，智能終端設備是物聯網系統中的基本單元，是現代生活中必不可少的重要設備[1]。智能終端系統可分為信息采集、數據傳輸與數據處理模塊，每個模塊之間的信息交互均需要通過數據傳輸實現。目前在小型智能終端設備中，其內部處理器計算速度較低、存儲空間較小，進而影響了整個智能終端系統的信息傳遞。近年來智能終端設備大范圍普及，有關調查指出，未來五年內全球智能終端設備數量將達到80億，人們將直接面臨智能終端產生的大量數據及分析等問題，因此智能終端設備數據傳輸系統的研究是當下的研究熱點之一[2]。

本文將藍牙傳輸技術作為智能終端數據傳輸媒介，通過將低功耗藍牙傳輸技術與基于Android操作系統的智能終端設備相結合，分析了藍牙數據傳輸過程中的關鍵性技術，并針對系統服務器模塊設計了相應的軟件架構，通過仿真驗證了藍牙數據傳輸技術的可行性，為智能終端的應用提供了新途徑。

2 系統總體設計

本文設計的藍牙智能終端數據傳輸系統基本構成有：采集終端模塊、智能處理模塊、服務器終端模塊。其中，采集終端模塊由各類傳感測量設備組成，實現系統輸入量的信息采集并將信息通過藍牙傳遞至智能處理模塊；智能處理模塊負責收集處理采集終端傳入的各種信息并通過網絡將數據上傳至服務器終端，其典型代表為智能手機，該模塊具有較完善的用戶界面與高速的計算性能可完善整個系統功能，并簡化設計過程；服務器終端可實現數據存儲并實現與外界信息交互功能[3]，系統的結構圖如圖1所示。

圖1 系統總體結構圖

2.1 低功耗藍牙傳輸硬件電路設計

功耗是智能設備使用的重要限制因素之一，低功耗藍牙芯片是藍牙傳輸系統的核心部分，本文選擇CC2540芯片作為藍牙傳輸電路的主芯片，它是目前應用較為廣泛的一種單模式低功耗藍牙傳輸芯片，其主要功能為：當藍牙功能關閉時，電路接收電路與發射電路處于休眠狀態，耗電量較小；可在較短時間內通過內部時鐘或外部中斷觸發電路開啟模式。該模塊的電路主要包括：CC2540芯片的最小系統、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 電路抗干擾設計方法

本系統設計的硬件電路設計中包含了藍牙射頻電路模塊，該模塊由不同頻率的數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影響，針對該缺點，主要通過以下幾種方式降低系統的敏感性：1）設計隔離電路；2）改變布線方式；3）添加旁路退耦電路。

隔離電路主要根據電路功能分別設計，將對干擾能力要求高的電路分開設計，降低其受影響風險；減少器件的布線距離，增加電源線路寬度，降低干擾信號；通過加入旁路電容減小因電流變化對器件產生的異常影響[5]。

2.3 藍牙系統通信過程

藍牙通信過程中典型的通信步驟為搜索設備、搭建設備連接、數據交互，具體過程為：數據采集終端將待發送的信息包通過選定的廣播頻率不停發送，智能接收端掃描信息包信號后，向數據采集終端發起建立連接請求，數據終端收到請求信號后兩設備開始信息交互。此時數據采集終端即承擔信息發射層中的服務器功能，負責將待傳遞信息封裝在信息發送特性值中，上述過程示意圖如圖3所示。

圖3 藍牙通信過程示意圖

3 系統軟件設計

3.1 智能終端通信設計

本文設計的智能終端藍牙通信系統采用TI公司提供的藍牙通信協議棧實現智能終端的軟件設計，并采用OSAL操作系統簡化藍牙通信協議棧的管理，OSAL操作系統可實現終端的內存管理、分配、進程切換等功能，其事件處理機制取決于事件是否發生。本系統中OSAL系統通過詢問智能終端各個傳感器狀態，確定對應的傳感器事件處理機制，具體過程可分為三部分：傳感器任務的注冊與初始化、設置系統HAL層狀態、配置系統服務器，通過建立事件表與對應的處理函數表，實現通信過程中的事件處理。

圖4 終端藍牙通信流程

3.2 智能手機通信設計

手機作為藍牙數據傳輸系統中的中間模塊，是整個系統的核心部件，其作用為：通過藍牙接收智能終端傳來的數據，篩選有用信息，進一步分析處理后，將數據傳遞至服務器終端。本系統選擇支持Android4.2版本以上智能手機作為通信模塊，采用手機中的音頻播放機制實現傳感器數據的轉換，利用手機作為系統的UI交互平臺，通過手機屏幕顯示不同終端測量的數據，實現終端與用戶的間接交互。本文設計的手機端藍牙通信流程如圖5所示。

圖5 手機藍牙通信流程

4 結論

通過將物聯網的概念具體化，以藍牙方式實現不同終端傳感器的數據傳輸系統，采用CC2540芯片實現低功耗藍牙傳輸，應用于智能終端實現了系統的數據傳輸，分析了系統的硬件設計與軟件設計過程，并重點分析了CC2540芯片的電路設計及電路抗干擾方法，為物聯網系統數據傳輸應用提供了新思路。

[1]朱洪波，楊龍祥，朱琦．物聯網技術進展與應用[J]．南京郵電大學學報(自然科學版)，2011，31(1)：1-9．

[2]張鵬富．淺談藍牙技術的發展現狀和前景[J]．計算機光盤軟件與應用，2014(16)：36．

[3]吳明，范東濤．高速公路入口匝道動態響應調節算法設計[J]．交通信息與安全，2011(03)：60-64．

[4]常敏，梅曉敏，崔永進，等．基于BLE與Android的牧場溫濕度智能監控系統設計[J]．通信電源技術，2015，32(05)：124-126．

[5]李曼．藍牙協議棧軟件設計[J]．電子世界，2014(15)：126-126．

[6]楊迪娜．藍牙4.0技術搭載便攜式設備新產品強勢逆襲[J]．單片機與嵌入式系統應用，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，研究方向為通信與網絡。