物聯(lián)網(wǎng)藍(lán)牙智能卡設(shè)計(jì)

于強(qiáng) 康洪超 鄭達(dá) 常奇

（1.天津市大數(shù)據(jù)管理中心 天津市 300040 2.長春萬易科技有限公司 吉林省長春市 130103）

藍(lán)牙技術(shù)以低成本、低功耗、易聯(lián)網(wǎng)及良好的抗干擾性能，作為短距離組網(wǎng)傳輸?shù)闹匾ㄐ攀侄危軌驅(qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制，已成為物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)的一種重要實(shí)現(xiàn)方式。

1 藍(lán)牙通信

藍(lán)牙（BlueTooth）作為一種無線通信技術(shù)，曾經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化為IEEE 802.15.1，現(xiàn)在藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（SIG）來負(fù)責(zé)維護(hù)其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)最新版本藍(lán)牙5 已在2016年6月宣布。藍(lán)牙使用短波特高頻（UHF）無線電波，經(jīng)由2.4 至2.485GHz 的ISM 頻段來進(jìn)行通信，通信距離從幾米到幾百米不等[1-2]。

藍(lán)牙通訊技術(shù)廣泛應(yīng)用在民用、工業(yè)控制領(lǐng)域，如智能手機(jī)、藍(lán)牙音視頻設(shè)備、煤水電氣計(jì)量繳費(fèi)、家用電器集控、智慧醫(yī)療領(lǐng)域的數(shù)據(jù)傳輸，BLE 作為智能手機(jī)與控制器間的通訊手段具有普及率高、功能低和穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)[3-5]。

2 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1 需求分析

燃?xì)馄髽I(yè)物聯(lián)的主體是連接插卡式燃?xì)獗恚脩敉ㄟ^4G 和藍(lán)牙通信功能，使用手機(jī)端APP，將數(shù)據(jù)寫入智能卡中，完成繳費(fèi)過程。上一代藍(lán)牙智能卡存在功耗高、寫卡不穩(wěn)定、成本高等問題。

2.2 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

硬件設(shè)備：

（1）主控藍(lán)牙SOC 選用功耗低，體積小的主控芯片，選用功率低、體積小的SmartBond 藍(lán)牙智能系統(tǒng)級芯片（SoC）。

（2）設(shè)計(jì)智能IC 卡接口部分供電電源。選用體積小，外圍器件的無感電荷泵升壓芯片。

（3）針對寫卡不穩(wěn)定，數(shù)據(jù)出錯(cuò)情況，設(shè)計(jì)一個(gè)低-高電平轉(zhuǎn)換電路，選用低導(dǎo)通率NMOS 管搭建。

軟件功能：藍(lán)牙卡主要實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)開卡、讀卡、寫卡、關(guān)閉功能，并與手機(jī)APP 進(jìn)行藍(lán)牙通訊，完成讀寫卡，實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙卡充值繳費(fèi)的功能。

2.2.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

藍(lán)牙SOC 負(fù)責(zé)藍(lán)牙通信協(xié)議，無線數(shù)據(jù)收發(fā)處理。IC 卡電源管理，讀寫IC 卡功能，IC 卡讀寫權(quán)限控制。指示燈顯示閃爍，及電池電量管理，自動(dòng)關(guān)機(jī)管理等功能。藍(lán)牙智能卡采用紐扣電池供電，其提供有效電壓范圍為2.5V-3.0V[6]。

2.2.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

開機(jī)自動(dòng)關(guān)機(jī)功能模塊、藍(lán)牙連接及通信狀態(tài)檢測指示模塊、藍(lán)牙數(shù)據(jù)通信模塊、藍(lán)牙IC 卡公用及類型自動(dòng)檢測模塊、AT88SC102 卡功能模塊、4442 卡功能模塊、APP 通信數(shù)據(jù)下發(fā)解碼模塊、IC 卡數(shù)據(jù)上傳編碼模塊、MAC 碼讀寫功能模塊、電池電量監(jiān)測模塊、防止死機(jī)WDG 模塊、調(diào)試信息打印模塊[7]。

2.2.3 業(yè)務(wù)流程

根據(jù)具體業(yè)務(wù)需要，系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

圖1：軟件系統(tǒng)流程圖

2.2.4 代碼實(shí)現(xiàn)

3 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

3.1 原器件選型

（1）合理降低成本。MCU 與器件選型，優(yōu)先選用國產(chǎn)化產(chǎn)品。

（2）降低功耗。MCU 選擇業(yè)界最低功耗的，無通信功能，且具備自動(dòng)關(guān)機(jī)功能。

3.2 預(yù)留擴(kuò)展

隨著藍(lán)牙技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，藍(lán)牙通信速率將不斷提高，因此需充分考慮能夠擴(kuò)展其它卡型的藍(lán)牙智能卡。

4 結(jié)語

隨著物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，藍(lán)牙技術(shù)將在各個(gè)領(lǐng)域得到更廣泛、更深入的應(yīng)用。