当前位置:首页 > 嵌入式 > 嵌入式软件
[导读]基于蓝牙和ZigBee技术的可穿戴网络设计

 可穿戴网络是指基于短距离无线通信技术(蓝牙和ZigBec技术等)与可穿戴式计算机(wearcomp)技术、穿戴在人体上、具有智能收集人体和周围环境信息的一种新型个域网(PAN)。可穿戴计算机可以为可穿戴网络提供核心计算技术。有Ad Hoc性能的蓝牙和ZigBee等短距离无线通信技术作为其底层传输手段,结合各自优势组建一个无线、高度灵活、自组织,甚至是隐蔽的微型PAN。可穿戴网络具有移动性、持续性和交互性等特点。

1 基于蓝牙和ZigBee的可穿戴网络体系结构

可穿戴网络组网灵活、移动性强,对外网的接入方式多种多样,可通过蓝牙网关、蓝牙机顶盒等由LAN和ADsL等全速接入Internet。当其大范围移动时可以蓝牙手机作为接人手段,使得可穿戴网络具有很强的移动性。目前基于蓝牙和ZigBee的可穿戴网络的体系结构如目1所示。系统中的设备包括主机、蓝牙设备、ZigBee设备和蓝牙/ZigBec网关。

1.1 主机部分

可穿戴式计算机因其可穿戴性,要求主机的重量轻、体积小。主机芯片采用IAnux嵌入式操作系统,其上集成蓝牙协议栈。由于头戴显示系统中的多媒体流和 GP

RS骨干网的带宽限制,要求主机有较高的存储能力,内部集成10GB的硬盘。在主机中集成蓝牙适配器的主要目的是使主机能与其他蓝牙设备进行通信。如果条件允许,还可在主机中集成GPS模块等。

1.2 蓝牙设备

可穿戴网络中的蓝牙设备是内嵌了蓝牙模块的小型化设备。采集到的数据通过蓝牙链路在主机与蓝牙设备(如蓝牙手机)之间传输。

头戴显示系统内部集成了微型蓝牙模块、摄像头和DSP芯片。摄像头采集初始图像,送入DSP芯片进行预处理以去除视频和图像信号的冗余,其视频压缩标准可以采用MPEG一4。DSP处理后的信号可直接送入显示屏或主机以进一步处理。

蓝牙耳机可以实现与其他蓝牙设备的音频信号传输,通过语音命令实现对主机的控制,或者将话音信号通过GPRS、CDMA和TD—SCDMA网络传送到远端。

1.3 ZigBee设备

ZigBee设备可设计为手表式和鞋垫式等。它包括传感器、MD转换器和ZigBee模块。传感器采集外部信号(心跳、血压、脉搏、温度和干湿度等)并将它们转化为电信号,然后通过A/D转换器转换后送入MCU,最后通过ZigBee收发模块并经阿关送入主机。经主机处理之后,再传送到其他设备。

1.4 蓝牙/ZigBoe网关

蓝牙/ZigBee网关主要针对可穿戴网络无线通信中蓝牙和ZigBee产品之间的相互通信,其协议模型如图2所示。

2 基于蓝牙和ZigBee的可穿戴网络的硬件实现

在可穿戴网络的体系结构中,主要包括ZigBee节点和网关的硬件平台。下面介绍这两种平台的硬件实现。

2.1 ZigBoa节点的硬件实现

ZigBee节点作为一种传感器,其主要功能是采集用户感兴趣的数据,并将数据发送到蓝牙/ZigBee网关,通过GPRS、CDMA或WI—FI等发送到远程控制中心或数据库。ZigBee节点硬件框图如图3所示。它主要由电源模块、微控制器(MCU)、存储器、ZigBee收发器和传感器等组成。

系统中的MCU采用Freescale公司hc(s)08系列的8位MC9SOSGB60。MC9S08GB60具有丰富的片上存储功能,有64KB(其中Flash占60KB,RAM占4KB)的存储空间。在40MHz的工作频率下,其功率消耗不到lmW。而且该微控制器具有多种省电模式以供选择。除了具有丰富的片上存储功能和多种省电模式以外,MC9S08GB60微控制器还具有8个lObit的A/D转换器、多个I/O数据线、2个串行通信接口 (SCI)、四线串行外围接口(SPI)。这些特点使它易于进行软件编程,其接口还可用作与传感器的接口。

整个ZigBee节点的通信模块由ZigBee收发器来实现。ZigBee收发器选用Freescale公司的MCl3192。该收发器工作在2.4GHz ISM公用频道。MCl3192特点如下:

(1)具有16个信道;

(2)典型的发射功率为0dBm,最大发射功率达到3.6dBm:

(3)采用DSSS扩频通信技术,最大速率为250Kbps;

(4)在分组错误率为1%的情况下,其接收灵敏度达到-92dBm(典型值);

(5)7个通用输入,输出端口(GPl0)。

整个ZigBee节点采用AAA电池供电。

2.2 蓝牙/ZigBoe网关的硬件实现

网关在可穿戴网络中起着很重要的作用。蓝牙,ZigBee网关的硬件部分主要由ZigBee模块、蓝牙模块和中央处理单元组成。

网关的中央处理单元主要完成蓝牙与ZigBee协议的转换工作。当有主机数据从ZigBee设备发送到带蓝牙适配器时,蓝牙/ZigBee网关需依次进行以下处理:将从ZigBee设备接收到的数据去掉物理层的ZigBee分组;去掉MAC层的ZigBee分组;添加L2CAP头的蓝牙分组;添加物理层头的蓝牙分组。当有数据从蓝牙设备发送到ZigBee设备时,过程相似。

中央处理单元的主要器件是Freescale的MC68HC-908KL8微处理器。该微处理器具有16种灵活的寻址方式和高效指令集;支持在线可重复编程,可满足低成本的编程变更需求和现场软件升级;编程速度极快,64B的编码在2ms内完成.极快的编程速度降低了产品编程成本:多达26个双向I/O 口,大电流的I/O口可直接驱动LED和其他电路,从而省去外部驱动设备,降低系统成本。ZigBee模块同样采用Freescale的MCl3192。

蓝牙模块主要实现蓝牙HCI层以下的协议,并且提供符合蓝牙

规范的空中接口。本设计中,采用Blue—Core2一Flash RF。PnG(8M)蓝牙单芯片方案,它集成了射频及基带芯片。其UART(可以为二线:RXD、TXD;四线:RXD、TXD、RTS、CTS;八线:完全RS232方式)连接数据口用于数据传输。

3 基于蓝牙和ZigBee技术的可穿戴网络软件结构

所设计的可穿戴网络中,软件部分主要集中在网关和ZigBee节点上。网关的主要功能是管理和处理ZigBee节点传输过来的数据。主要处理两个问题:分组处理和地址处理。[!--empirenews.page--]

(1)分组处理是将来自一个网络设备的应用程序的报文发送到另一个网络设备,网关中的协议转换功能单元(即管理层)要将报文进行拆装和封装。网关把从发潮设备接收到的分组数据进行拆装,去掉数据首部和尾部,从分组中提取有用数据信息,再把该有用信息封装成接收设备协议所要求的分组格式,根据目的地址和接口把数据发送到接收设备。蓝牙与ZigBee分组格式的转换过程是:网关通过射频单元从ZigBee/蓝牙设备收到zigBee/蓝牙分组对其进行拆装,去掉分组头和分组尾,提取出数据净载荷,再按照蓝牙/ZigBee分组格式进行封装,添加分组头和分组尾,通过射频发送到蓝牙/ZigBee设备。

(2)地址处理。每个与网关建立连接的蓝牙设备或ZigBee设备都将与网关中的一个端口绑定(通过动态或静态的分配)。这样,就可以通过网关的地址和端口号来惟一地标识该蓝牙设备或ZigBee设备。当蓝牙设备与ZigBee设备交换信息时,同关就负责蓝牙通信协议与ZigBee协议之间的转换工作,从而使蓝牙设备与ZigBee设备透明地进行数据交换。地址映射可使用静态或动态映射两种方法。静态映射是创建一个表,将一个逻辑地址与物理地址关联起来,该表存储在每个设备上。每当物理地址发生变化时,该表就必须更新,较繁琐。动态映射是当设备知道逻辑地址或物理地址中的一个时,就可使用协议将另一个地址找出来。通常使用动态映射的两个协议来解析地址。

考虑到可穿戴网络的特点,采用嵌入式Linux操作系统。用户能很容易地在其基础上开发自己的应用程序。

ZigBee节点上的软件主要利用c语言开发,完成的功能是接收传感单元的数据,并将数据发送到蓝牙/Zig Bee网关上。

目前已经完成了可穿戴网络的结构设计、无线传输技术的选择,正在进行蓝牙/ZigBee网关的设汁及编程,接下来将要实现可穿戴网络中的无线终端的集成以及在各种运动条件下可穿戴网络的性能分析和改进。

本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
换一批
延伸阅读

9月2日消息,不造车的华为或将催生出更大的独角兽公司,随着阿维塔和赛力斯的入局,华为引望愈发显得引人瞩目。

关键字: 阿维塔 塞力斯 华为

加利福尼亚州圣克拉拉县2024年8月30日 /美通社/ -- 数字化转型技术解决方案公司Trianz今天宣布,该公司与Amazon Web Services (AWS)签订了...

关键字: AWS AN BSP 数字化

伦敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英国汽车技术公司SODA.Auto推出其旗舰产品SODA V,这是全球首款涵盖汽车工程师从创意到认证的所有需求的工具,可用于创建软件定义汽车。 SODA V工具的开发耗时1.5...

关键字: 汽车 人工智能 智能驱动 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越来越多用户希望企业业务能7×24不间断运行,同时企业却面临越来越多业务中断的风险,如企业系统复杂性的增加,频繁的功能更新和发布等。如何确保业务连续性,提升韧性,成...

关键字: 亚马逊 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,据媒体报道,腾讯和网易近期正在缩减他们对日本游戏市场的投资。

关键字: 腾讯 编码器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中国国际大数据产业博览会开幕式在贵阳举行,华为董事、质量流程IT总裁陶景文发表了演讲。

关键字: 华为 12nm EDA 半导体

8月28日消息,在2024中国国际大数据产业博览会上,华为常务董事、华为云CEO张平安发表演讲称,数字世界的话语权最终是由生态的繁荣决定的。

关键字: 华为 12nm 手机 卫星通信

要点: 有效应对环境变化,经营业绩稳中有升 落实提质增效举措,毛利润率延续升势 战略布局成效显著,战新业务引领增长 以科技创新为引领,提升企业核心竞争力 坚持高质量发展策略,塑强核心竞争优势...

关键字: 通信 BSP 电信运营商 数字经济

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央广播电视总台与中国电影电视技术学会联合牵头组建的NVI技术创新联盟在BIRTV2024超高清全产业链发展研讨会上宣布正式成立。 活动现场 NVI技术创新联...

关键字: VI 传输协议 音频 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日举办的2024年长三角生态绿色一体化发展示范区联合招商会上,软通动力信息技术(集团)股份有限公司(以下简称"软通动力")与长三角投资(上海)有限...

关键字: BSP 信息技术
关闭
关闭