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蓝牙技术

低功耗蓝牙网络设计


基于低功耗蓝牙的物联通信网络设计与实现

随着当前经济的快速发展,社会运行节奏加快,人们更倾向于选择高效的出行方式,而飞机就是其中之一。近年来,全国各地机场的吞吐量不断增长,导致航站楼面积过大,而GPS全球定位系统在室内感测不到卫星信号无法进行室内定位等问题出现。本项目旨在解决大型室内公共场所的导航问题,通过部署低功耗蓝牙网络实现向用户推送信息并提供室内导航服务。

一、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。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。

二、蓝牙物联通信网络系统硬件设计

2.1硬件功能

该系统在室内布设多个蓝牙节点,每个蓝牙节点硬件会广播含有自己特定的128位通用唯一设备识别码(UUID)以及16位由Major和Minor标志符所组成的数据包。智能终端通过接收数据包,读取设备识别码和标志符来识别广播信息的蓝牙节点ID,并通过检测RSSI信号值计算出与节点的距离,以确定智能终端的位置。

2.2硬件设计

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2.4GHz频段,支持蓝牙4.0,最高传输速率可达2Mb/s,传输距离可达10米。芯片基于32位ARMCortexM0CPU内核,有256KBFlash和16KBRAM,正常工作电压在1.8~3.6V之间。因此电源使用了电压为3V的CR2032纽扣电池为设备供电。

三、蓝牙物联通信网络系统软件设计

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。

蓝牙物联网系统程序设计流程图如下图所示。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0.2m,当用户与节点之间的距离小于或等于0.2m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。

低功耗蓝牙通信网络软件流程图

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。

总结

该蓝牙物联网系统能够帮助机场工作人员进行大范围的信息推送,同时能够实现室内定位及导航,当用户走近蓝牙节点时,会接收到自己的当前位置,并可选择目的地进行导航。该系统不仅可以应用在航站楼中,还可以用在各商业大楼、学校教学楼、旅游景点等地,跟据应用地不同,功能偏重亦有所不同。

本文先介绍了低功耗蓝牙功耗低、成本低等特点,而利用低功耗蓝牙芯片搭建的系统可通过检测RSSI值来判断用户和节点的距离,当用户走进设定触发距离范围内时,Android端的App进行信息推送并实现室内定位,解决了GPS室内无法定位的问题,使用户能更好地享受物联网带来的便利服务。

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