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蓝牙技术

蓝牙红外报警装置


基于蓝牙和红外传感器的报警装置设计

蓝牙技术是一种支持设备短距离无线技术标准的代称,在物联网技术快速发展的时代,成熟的BLE(Bluetooth low energy)无线网络已成为物联网技术里的主角,主要用于在短距离环境下不同设备之间进行数据交换。本文应用蓝牙4.0BLE结合PIR人体红外传感器,设计了一个危险位置报警装置。该装置由一个主机拖两个从机构成,从机安装在危险位置,通过人体红外感应模块检测是否有人到达了危险位置,检测到后产生危险信息,发送给主机,主机接收到危险信息后通过播报语音信息进行报警,然后通过按键电路清除报警。可通过该装置的设计、开发与实验,学习与实践基于蓝牙的无线通信技术。

一、蓝牙协议浅析

蓝牙协议是一系列的通信标准,蓝牙设备之间需要共同按照这一标准进行数据通信。蓝牙协议的具体体系结构主要包括蓝牙主机、主机控制器、链路管理器、音频模块、基带与链路控制器、射频几个部分。其中,蓝牙主机还分为应用程序、主机控制接口以及高层协议三个部分。协议的具体实现形式是协议栈,BLE协议栈将各个层定义的协议都集合在一起,以函数库的形式实现,实现了函数化处理,方便用户调用。不同厂商根据自己产品的性能开发了自己的协议栈,并给用户开放部分应用层API(Application Programming Interface),供用户直接调用。BLE涉及电子、通信、电路等多学科的知识,对于初学者来说使用BLE协议栈进行开发难度较大,可以尝试下面的思路:其一对BLE无线网络的开发进行简化,不需要深入研究复杂的BLE协议栈,直接从应用层入手,使用C语言程序进行开发;其二对在Bluetooth-L E低功耗蓝牙中进行数据采集,只需要开发传感器函数,在应用层读取传感器函数即可;其三对数据采集周期进行定时,定时时间到唤醒BLE工作,这样可以做到节能处理。

二、基于蓝牙和红外传感器的报警装置系统设计

2.1系统硬件设计

本装置可以安装在家庭里,如阳台、飘窗、门口等家长认为比较危险的地方,当儿童到达这些危险位置时,就会发出警示信息,提示儿童所处位置危险,同时也提示家长儿童到达了危险地方,这样可以避免儿童发生危险,本装置也可以辐射用于行动不便的人群。系统硬件电路的设计主要是应用三个基于CC2540芯片研发的低功耗蓝牙射频模块,其中之一作为主机,另外两个作为从机,构成一个微型的BLE无线网络。其主要功能为系统上电,液晶显示屏显示配对成功之后,从机接收到人体红外感应的有效信号后发送给主机,主机接收到从机发送来的信息之后,驱动语音模块播放语音信息进行报警,通过按键控制电路停止语音播放,解除报警。其中自检按键电路是用来检测主机是否工作正常,检测告警是否正常。此电路还可以扩展,增加低电量指示电路,用来监控三个蓝牙模块的电源电量,当检测到电量过低时通过指示灯闪烁或蜂鸣器鸣叫报警,保障该装置正常使用。

本装置中应用的人体红外感应模块型号为HC-SR501,该模块是基于红外线技术的自动控制产品,该模块功耗低、体积小、灵敏度高、可靠性强,具有超低电压工作模式,广泛应用于自动控制产品和自动感应电器设备中。同时为了增加感应角度范围,本模块外罩了圆形透镜,这样可以使探头四面都能感应,而左右两侧的感应强度和感应范围均比上下两个方向大。该模块的感应时间和感应范围可以手动调节。具体调节方法为:①增大感应距离:顺时针旋转调节距离电位器,增大感应距离,距离可增大到约7米左右;②减小感应距离:逆时针旋转调节距离电位器,减小感应距离,距离可减小到约3米左右;③加长感应延时时间:顺时针旋转调节延时电位器,加长感应延时时间,可加长到约300S左右;④减短感应延时时间:逆时针旋转调节延时电位器,减短感应延时时间,可减短到约0.5S左右。使用时,通电后该感应模块约用一分钟左右的时间进行初始化,在初始化过程中该模块会间隔地输出0—3次,初始化结束后进入待机状态,待机之后若红外传感器模块感应到人就会输出高电平信号,否则,输出低电平信号。

2.2系统软件设计

基于TI公司的BLE协议栈进行本装置系统软件的开发,BLE协议栈包含了BLE协议所规定的基本功能,这些功能是以函数的形式实现的,为了便于管理这些函数集,BLE协议栈内称为OSAL(Operating System Abstraction Layer)。整个系统软件的设计分为主机和从机两部分。

(1)主机:在系统初始化完成后启动从机发现,并设定周期性的连接状态检测,如果发现从机设备连接状态处于中断情况则重新连接。主机接收到从机的告警消息则告警,直到从机发来告警清除消息或者主机的按键清除消息。

(2)从机:系统初始化完成并和主机建立连接,如果收到红外传感器触发的告警信号,则向主机发送告警消息,并配合主机完成链路中断之后的恢复。从机向主机发送数据,需要调用GATT_Notification函数实现,该函数会调用协议栈里面与硬件相吴的函数最终将数据通过天线发送出去。

总结

BLE低功耗蓝牙技术在众多行业领域中得到了广泛的应用,本文设计的基于蓝牙和红外传感器的报警装置,可以作为儿童和老年人的安全卫士,可应用在家庭中,也可应用于企业中。随着技术的发展和不断完善,BLE低功耗蓝牙技术将使我们的生活方式和工作方式更加智能化。

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