基于低功耗蓝牙的物联通信网络设计与实现
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1 低功耗蓝牙技术
低耗能技术是蓝牙 4.0 版本新提出的一种技术,瞄准了物 联网方向的应用,与之前的蓝牙技术相比,耗能减少了 90%。 在市场中占有率极高的 Android 从 4.3 系统发布开始正式支持 蓝牙4.0。相对于蓝牙2.1或者蓝牙3.0 等传统蓝牙的高耗电性, 蓝牙 4.0 功耗极低,一粒纽扣电池可以供设备连续工作一年 [1]。 且凭借其较远的传输距离,相对于其它蓝牙技术,低耗能蓝 牙在物联网中有着不可比拟的优势,具有低成本,低能耗,连 接方便、安全等特点 [2]。
系统的硬件组成如图 1 所示。本系统选用北欧半导体 Nordic Semiconductor 公司生产的 nRF51822-QFAA 蓝牙芯片, 该芯片具有高效、低功耗的特点,工作在 2.4 GHz 频段,支 持蓝牙 4.0,最高传输速率可达 2 Mb/s,传输距离可达 10 米。 芯片基于 32 位 ARM Cortex M0 CPU 内核,有 256 KB Flash 和 16 KB RAM,正常工作电压在 1.8 ~3.6 V 之间。因此电源 使用了电压为 3 V 的 CR2032 纽扣电池为设备供电。硬件实物 如图 2 所示。
3 软件设计
3.1 概述
软件设计分为两部分,一部分是 Android 手机端的 App 设计,将蓝牙节点分布在各处,通过蓝牙硬件布点完成组网, 当用户走近不同的蓝牙节点时,Android 手机端 App 将推送不 同的网页地址及位置信息。另一部分为网页端设计,用户可单 击推送信息中的网页链接,通过移动数据或无线网络 WiFi 获 取推送信息。推动的信息可以在网页后台轻松更改。\
3.2 软件功能
蓝牙物联网系统程序设计流程图如图 3 所示。软件界面 如图 4 所示。在 Android 智能终端中打开 App,软件会提示应 用尝试打开蓝牙,用户允许开启蓝牙后,通过右下角的添加按 钮能够搜索节点信息。当用户走近某一个节点时,App 周期性 检测蓝牙节点的信号强度(RSSI),可大致计算出蓝牙节点与 用户之间的距离,系统可以设定一个触发距离,例如设定触 发距离为 0.2 m,当用户与节点之间的距离小于或等于 0.2 m 时, App 即对当前节点的信息及定位信息进行推送,方便用户寻找 当前所在位置及选择目的地进行导航。同时用户还可以在单击 链接打开的网页中单击“回到主页”按钮,进入航班信息搜索 页面,寻找自己的航班信息。
低功耗蓝牙虽然功率小但传输速率较低,因此借助如今 已十分发达,且传输速率快的移动网络。采用将蓝牙和移动网 络相结合的方式推送信息,能提高信息的传输量和传输速率, 更好地实现蓝牙物联网系统。且由于向用户推送的信息存在网 页上,可方便的在网页后台更改,因此不需要频繁更新手机软 件来更新信息。
4 系统测试
蓝牙物联网系统的可行性测试结果如表 1 所列。
5 应用前景