Android Tabanlı Akıllı Bluetooth Termometrenin Araştırılması ve Tasarımı
Fang Tianen1, Qi Jing1, Ma Jinhui2, Liu Deqing1, Zhang Chaoyang1
(1. Chongqing Mobil İletişim Teknolojisi Temel Laboratuvarı, Chongqing Posta ve Telekomünikasyon Üniversitesi, Chongqing 400065; 2. Kablosuz İletim Teknolojisi Enstitüsü, Chongqing Posta ve Telekomünikasyon Üniversitesi, Chongqing 400065)
En popüler Android akıllı terminal ve Bluetooth düşük enerjili iletişim teknolojisi ile birlikte akıllı termometrelere yönelik artan talebe yanıt olarak, sıcaklık verilerinin gerçek zamanlı iletimini ve görüntülenmesini gerçekleştirmek için akıllı mobil platformları ve Bluetooth iletişimini kullanan bir sistem tasarlandı. Sistem, BLE teknolojisine dayalı CC2541 yongasını kullanır, MF52A2 termistörü, CC2541 düğüm cihazının dahili A / D dönüştürücüsü aracılığıyla sıcaklık verilerini toplar ve toplanan verileri, CC2541 yongası ile birlikte gelen Bluetooth modülü aracılığıyla kablosuz olarak Android Uygulamasına gönderir. son. Sistem, insanların ekipman sıcaklığını gerçek zamanlı olarak izlemesini sağlayan istikrarlı çalışma, iyi gerçek zamanlı performans ve yüksek maliyet performansına sahip olduğunu göstermek için test edilmiştir.
CC2541; Bluetooth; Android; sıcaklık algılama
Çin Kütüphanesi Sınıflandırma Numarası: TN949.6
Belge tanımlama kodu: Bir
DOI: 10.16157 / j.issn.0258-7998.2017.03.018
Çince alıntı biçimi: Fang Tianen, Qi Jing, Ma Jinhui, vb. Android'e Dayalı Akıllı Bluetooth Termometrenin Araştırma ve Tasarımı Elektronik Teknolojisi Uygulaması, 2017, 43 (3): 73-76.
İngilizce alıntı biçimi: Fang Tianen, Qi Jing, Ma Jinhui ve diğerleri.Android tabanlı akıllı Bluetooth termometrenin araştırılması ve uygulanması.Elektronik Tekniğin Uygulanması, 2017, 43 (3): 73-76.
0 Önsöz
Kablosuz sensör ağ teknolojisinin hızla gelişmesi ve akıllı ev konseptlerinin sürekli yaygınlaşmasıyla, insanların yaşam kalitesi arayışı da sürekli gelişiyor.Çeşitli kablosuz akıllı cihazlar herkesin hayatına entegre olmaya başladı ve insanları akıllı çağa yönlendirdi. Geleneksel PC izleme ekipmanının sıcaklığı artık modern yaşamın ihtiyaçlarını karşılayamaz.Bu nedenle, bu makale ihtiyaçlara göre akıllı mobil platform ve Bluetooth iletişimini kullanarak bir dizi gerçek zamanlı iletim ve sıcaklık verileri görüntüleme sistemi tasarlamaktadır. Android Uygulaması, enerji önceliğine dayalı bir iletişim planlama algoritması kullanır. Bu tasarım esas olarak şarabın saklama sıcaklığını ölçmek için kullanılır, ancak aynı zamanda mühendislik ekipmanı ve çeşitli üretim alanlarını ölçmek için de uygundur.
1 Genel mimari
Bu yazıda tasarlanan kablosuz sıcaklık toplama sistemi yapısı Şekil 1'de gösterilmektedir. Termistör, CC2541 düğüm cihazına bağlanır ve sıcaklık verileri, CC2541 düğüm cihazının dahili A / D dönüştürücüsü tarafından toplanır ve daha sonra veriler, grafiksel sıcaklık gösterimi için Bluetooth BLE protokolü ve Android cihazının 3G / 4G aracılığıyla Android cihazına iletilir. Ağ, depolama için sıcaklık verilerini sunucuya iletir ve geçmiş veriler de 3G / 4G ağı üzerinden indirilebilir ve görüntülenebilir.
2 Sistem tasarımı
2.1 Donanım sistemi tasarımı
Bu sistemin donanımı esas olarak şu modüllere sahiptir: güç modülü, MCU kontrol modülü, Bluetooth veri aktarım modülü, LED sürücü modülü. Donanım sistemi blok şeması Şekil 2'deki gibi gösterilmiştir.
2.1.1 İşlemci Birimi
CC2541, TI tarafından tasarlanan ve üretilen 2.4G Bluetooth kablosuz düşük enerjili tek yongalı bir SOC'dir.Çip, Bluetooth 4.0BLE (Bluetooth Düşük Enerji) protokolünü destekler ve yapılandırma yoluyla 2 Mb / sn'ye kadar veri aktarım hızına ulaşabilir. Çip düşük güç tüketimine, daha az harici bileşene, basit devre tasarımına ve 12 bitlik ADC'nin 8 kanala kadar dahili entegrasyonuna ve QFN paketinin özelliklerine sahip olduğundan, taşınabilir kablosuz mobil düğüm uygulamaları için çok uygundur.Bu nedenle, bu tasarım CC2541 yongasını kullanır. Kablosuz düğümün aygıt yöneticisi olarak.
Kablosuz düğüm cihazı taşınabilir bir sahnede uygulandığından, pille çalıştığından ve güç tüketiminin mümkün olduğunca düşük olması gerektiğinden, tasarımda uyku uyandırma işlevi gereklidir ve RTC (gerçek zamanlı saat denetleyicisi) saat uyandırma modülü kullanılmalıdır. 32.768 kHz gerçek zamanlı saat osilasyon devresi, RTC saatinin salınım kaynağı olarak kullanılır.
2.1.2 Anten ve balun filtre devresi
Tasarım maliyetini olabildiğince düşürmek ve sistemin kararlılığını sağlamak için, özellikle veri aktarım güvenilirliğinin kablosuz iletim kısmında, bu tasarım, daha yüksek maliyetli monolitik entegre balun yerine ayrı bir cihaz tasarımı balun filtresi kullanır. Filtre, aynı zamanda, büyük cihaz tutarsızlıkları durumunda filtre üzerinde küçük ayarlamalar yapmak için, devre tasarımında cihaz arayüzü ayrılmıştır Spesifik radyo frekansı devresi Şekil 3'te gösterilmiştir. Şekil 3'de C15 bir ayar elemanıdır Düğümün tasarımında ve üretiminde, kondansatör elemanı, hata ayıklamanın ideal olmadığı durumlarda ince ayar için kaynaklanabilir. Benzer şekilde, sistem tasarım maliyetinin olabildiğince düşük olmasını sağlamak için, bu tasarım, veri iletiminin kararlılığını ve güvenilirliğini sağlamak ve uygulamadaki iletim mesafesini sağlamak için radyo frekansı iletim arayüzü olarak yerleşik ters çevrilmiş F kıvrımlı anten kullanır. Anten boyutu parametreleri Tablo 1'de gösterilmektedir.
2.2 Yazılım sistemi tasarımı
Verileri okumak ve görüntülemek için Android mobil terminalleri kullanarak, geleneksel PC izleme ile karşılaştırıldığında, Android mobil terminalleri daha rahat ve daha hızlıdır. Yazılım tasarım bölümünün ana içeriği, iyi görselleştirilmiş bir insan-bilgisayar etkileşimi arayüzü sağlarken, Bluetooth aracılığıyla Android mobil cihazlar ile BLE cihazları arasında istikrarlı ve güvenilir bir iletişim kurmaktır.
(1) Uygulamanın BLE'yi destekleyen bir Android cihazda çalışması için aşağıdaki Bluetooth yanıt izinlerinin eklenmesi gerekir:
< kullanım izni android: name = "android.permission.BLUETOOTH" / >
< kullanım izni android: name = "android.permission.BLUETOOTH_ADMIN" / >
< kullanır-özellik android: name = "android.hardware.bluetooth_le" android: gerekli = "true" / >
(2) Yoğunlaştırıcı ile BLE cihazı arasındaki iletişim süreci Şekil 4'te gösterilmektedir. Detaylar aşağıdaki gibidir:
Yoğunlaştırıcı Bluetooth'u açar ve yayın yapan çevresel aygıtları taramaya başlar.Yayın cihazını taradıktan sonra, yoğunlaştırıcı bir tarama isteği gönderir ve çevresel aygıt isteğe yanıt verir. Yoğunlaştırıcı ve çevresel ekipman arasındaki iletişimde UUID (Evrensel Benzersiz Tanımlayıcı) gereklidir. Veri aktarımı işlemi sırasında, mobil terminal tarafından tanımlanan UUID, BLE yayınındaki GAP (Genel Erişim Profili) tarafından tanımlanan UUID ile aynıysa, mobil terminalin bağlantı talebi geçtikten sonra, yoğunlaştırıcı ve BLE cihazı bağlantı durumuna girebilir. Servis keşfedildikten sonra, yoğunlaştırıcı, belirtilen UUID aracılığıyla BLE cihazına bir ayar talimatı gönderir ve daha sonra BLE cihazı, UUID'ye karşılık gelen adresi yoğunlaştırıcıya geri gönderir ve dönüş adresi, yoğunlaştırıcı tarafından gerekli olan nihai verileri içerir.
(3) Uygulama yazılımının spesifik iş akışı Şekil 5'te gösterilmektedir. Bluetooth 4.0 öncesinde bağlantı ve iletişim Soket soketleri üzerinden gerçekleştirilmekteydi, aynı zamanda bir noktadan çok noktaya gerçekleştirildiğinde, çoğunlukla bir round-robin mekanizması kullanılmaktadır. 6 çevresel aygıt varsa, 12 saniyelik bir süre ayarlayın ve her bir aygıtın iletişim süresi 2 sn ise, bu her iki iletişim aygıtının güç tüketimini büyük ölçüde artırır ve birçok dış etken tarafından kolayca engellenerek güvenilmez iletişimle sonuçlanır. Bu makale, ana bilgisayarı bilgilendirmek için bir yayın paketi kullanır, sıcaklığı, gücü ve diğer bilgileri yayın paketi baytına yazar ve yayın paketini elde ederek sıcaklık, güç, cihaz adı ve diğer bilgileri elde eder.Birden çoğa iletişimi sağlamak kolaydır. . Veri iletişimi devam etmediğinde ise uyku durumuna geçecektir.Sadece cihaza bir ayar komutu gönderilmesi gerektiğinde bağlantı kurulur, bu da güç tüketimini büyük ölçüde azaltır ve cihazın çalışma süresini artırır.Bu aynı zamanda Bluetooth Low Energy'nin en büyük özelliğidir.
(4) Noktadan çok noktaya iletişim durumu, yani bir mobil cihazın aynı anda birden fazla BLE cihazı ile iletişim kurması göz önüne alındığında, bu makale, yazılım tarafında enerji (güç) önceliğine dayalı ve belirli bir ölçüde kullanılabilecek bir iletişim programlama algoritması önermektedir. Güç tüketimini azaltın. Gerilimin batarya yüzdesine dönüşümünün temel prensibi, ADC (Analogdan Dijitale Dönüştürücü) aracılığıyla batarya gerilimini hesaplamaktır. Örnek olarak CC2540 yongası için bir düğme pili alın Pil voltajı gücün% 0 ila% 100'ü olan 2,0 V ila 3,0 V arasında değişir. Güç dönüşüm diyagramı Şekil 6'da gösterilmektedir.
Spesifik algoritma aşağıdaki gibidir:
(1) Başlangıç durumunda, her BLE cihazı bekleme durumundadır ve aynı önceliğe sahiptir İnsanların cep telefonları doğal olarak ana cihaz olarak hareket eder, etraftaki cihazların taramasını aktif olarak başlatır ve taranan cihazları tarama listesine ekler;
(2) Her bir bağımlı aygıtın mevcut güç yüzdesini alın ve güç düzeyine göre M düzeylerine bölün;
(3) Cihaz kimliğini, (2) adımına göre yüksekten düşüğe doğru bir öncelik sırasına ekleyin;
(4) Ana cihaz, öncelik sırasına göre listedeki cihazlara bağlantıları başlatır ve verileri iletir;
(5) Kuyruktaki cihaz boş olduğunda, ana cihaz bir sonraki tarama turunu gerçekleştirir ve taranan yeni cihazı cihaz listesine ekler ve ardından yürütmeye devam etmek için (2) adımına atlar.
3 Sistem testi
3.1 İletişim mesafesi testi
Test gereksinimleri: Açık bir ortamda, etkili iletişim mesafesi 20 m'den fazladır; termometre buzdolabına yerleştirildiğinde, etkili iletişim mesafesi 4 m'dir.
Test sonuçları: Testten sonra, açık bir alandaki iletişim mesafesi 40 m'ye ulaşabilir; bir ev buzdolabına yerleştirildiğinde, iletişim mesafesi endüstriyel tasarım gereksinimlerini tam olarak karşılayan 6 m'ye ulaşabilir.
3.2 Sıcaklık ölçüm testi
Test içeriği: zamanla normal sıcaklıktan buzdolabına sıcaklık değişimi ve zamanla buzdolabından normal sıcaklığa sıcaklık değişimi. Bu test karşılaştırması, piyasadaki daha olgun bir Digitron termometre kullanır ve test sonuçları Şekil 7 ve Şekil 8'de gösterilmektedir.
4. Sonuç
Mevcut yüksek hassasiyetli sıcaklık izleme ekipmanını (özellikle PC tabanlı) hedefleyen Android sistemine dayalı Bluetooth termometresi, düşük hareketliliğin geleneksel PC izlemesinin eksikliklerini çözen mevcut ekipmanın sıcaklığını doğru, etkili ve uygun bir şekilde analiz etmek ve değerlendirmek için incelenmiştir. Aynı zamanda geleneksel sıcaklık ölçüm ekipmanlarının sınırlarını da çözer ve insanların hayatını kolaylaştırır. Sistem tasarımı için gerekli donanım basit ve kullanımı kolay, kararlı ve güvenilir, düşük maliyetli ve iyi ölçeklenebilirdir; Yazılımın eklendiği Android platform yazılımı çok yönlüdür ve aktarımı kolaydır. Ürünler halihazırda toplu olarak üretilmiştir ve geniş bir pazar uygulama değerine sahiptir.
Referanslar
Bluetooth Technology Alliance.Core_V4.0..http: //www.bluetootn.org/Technical/Specifications/adopted/htm.
Li Gang. Çılgın Android El Notu. Pekin: Elektronik Endüstrisi Yayınevi, 2015.
Wang Hongzhi, Qu Chao, Lu Hongwu. Bluetooth 4.0'a dayalı sıcaklık ve nem izleme Jilin Üniversitesi Dergisi (Information Science Edition), 2016, 34 (2): 296-302.
Chen Zilong, Zhang Hongyu, Li Junbin.CC2540 ve SHT11 kablosuz sıcaklık ve nem toplama sistemi tasarımı Tek çipli mikrobilgisayar ve gömülü sistem uygulaması, 2013, 13 (4): 41-44.
Liao Hui, Chen Qingkui, Gao Liping ve diğerleri Oyun teorisine dayalı Bluetooth 4.0 işbirliğine dayalı iletişim stratejisi. Journal of Guangxi University (Natural Science Edition), 2014, 39 (5): 1090-1095.
