基于蓝牙的智能终端数据传输系统的应用研究

杨柳

（深圳职业技术学院电信学院，广东 深圳 518055）

基于蓝牙的智能终端数据传输系统的应用研究

杨柳

（深圳职业技术学院电信学院，广东 深圳 518055）

针对物联网系统中智能终端之间数据传输的要求以及智能设备存在的交流、计算等问题，将蓝牙技术引入数据传输过程，提出了基于蓝牙技术的智能终端数据传输系统。采用C C 2540芯片实现终端设备之间的蓝牙低功耗传输，并分析了基于Android系统的终端蓝牙传输过程，研究了基于蓝牙的智能终端设备与智能手机之间无线数据传输原理，实现了数据在智能终端设备之间的交互，为提高物联网数据传输能力及速度提供了新思路。

智能终端；蓝牙技术；CC2540芯片；数据传输

1 引言

物联网以实现人与人、人与设备、设备与设备之间的信息交互为要求，是当今计算机技术的研究热点，智能终端设备是物联网系统中的基本单元，是现代生活中必不可少的重要设备[1]。智能终端系统可分为信息采集、数据传输与数据处理模块，每个模块之间的信息交互均需要通过数据传输实现。目前在小型智能终端设备中，其内部处理器计算速度较低、存储空间较小，进而影响了整个智能终端系统的信息传递。近年来智能终端设备大范围普及，有关调查指出，未来五年内全球智能终端设备数量将达到80亿，人们将直接面临智能终端产生的大量数据及分析等问题，因此智能终端设备数据传输系统的研究是当下的研究热点之一[2]。

本文将蓝牙传输技术作为智能终端数据传输媒介，通过将低功耗蓝牙传输技术与基于Android操作系统的智能终端设备相结合，分析了蓝牙数据传输过程中的关键性技术，并针对系统服务器模块设计了相应的软件架构，通过仿真验证了蓝牙数据传输技术的可行性，为智能终端的应用提供了新途径。

2 系统总体设计

本文设计的蓝牙智能终端数据传输系统基本构成有：采集终端模块、智能处理模块、服务器终端模块。其中，采集终端模块由各类传感测量设备组成，实现系统输入量的信息采集并将信息通过蓝牙传递至智能处理模块；智能处理模块负责收集处理采集终端传入的各种信息并通过网络将数据上传至服务器终端，其典型代表为智能手机，该模块具有较完善的用户界面与高速的计算性能可完善整个系统功能，并简化设计过程；服务器终端可实现数据存储并实现与外界信息交互功能[3]，系统的结构图如图1所示。

图1 系统总体结构图

2.1 低功耗蓝牙传输硬件电路设计

功耗是智能设备使用的重要限制因素之一，低功耗蓝牙芯片是蓝牙传输系统的核心部分，本文选择CC2540芯片作为蓝牙传输电路的主芯片，它是目前应用较为广泛的一种单模式低功耗蓝牙传输芯片，其主要功能为：当蓝牙功能关闭时，电路接收电路与发射电路处于休眠状态，耗电量较小；可在较短时间内通过内部时钟或外部中断触发电路开启模式。该模块的电路主要包括：CC2540芯片的最小系统、电源模块、通信接口模块与阻抗匹配电路等，芯片的主电路如图2所示[4]。

图2CC2540芯片主电路

2.2 电路抗干扰设计方法

本系统设计的硬件电路设计中包含了蓝牙射频电路模块，该模块由不同频率的数字电路与模拟电路组成，抗干扰能力较差，容易受到不同频率信号影响，针对该缺点，主要通过以下几种方式降低系统的敏感性：1）设计隔离电路；2）改变布线方式；3）添加旁路退耦电路。

隔离电路主要根据电路功能分别设计，将对干扰能力要求高的电路分开设计，降低其受影响风险；减少器件的布线距离，增加电源线路宽度，降低干扰信号；通过加入旁路电容减小因电流变化对器件产生的异常影响[5]。

2.3 蓝牙系统通信过程

蓝牙通信过程中典型的通信步骤为搜索设备、搭建设备连接、数据交互，具体过程为：数据采集终端将待发送的信息包通过选定的广播频率不停发送，智能接收端扫描信息包信号后，向数据采集终端发起建立连接请求，数据终端收到请求信号后两设备开始信息交互。此时数据采集终端即承担信息发射层中的服务器功能，负责将待传递信息封装在信息发送特性值中，上述过程示意图如图3所示。

图3 蓝牙通信过程示意图

3 系统软件设计

3.1 智能终端通信设计

本文设计的智能终端蓝牙通信系统采用TI公司提供的蓝牙通信协议栈实现智能终端的软件设计，并采用OSAL操作系统简化蓝牙通信协议栈的管理，OSAL操作系统可实现终端的内存管理、分配、进程切换等功能，其事件处理机制取决于事件是否发生。本系统中OSAL系统通过询问智能终端各个传感器状态，确定对应的传感器事件处理机制，具体过程可分为三部分：传感器任务的注册与初始化、设置系统HAL层状态、配置系统服务器，通过建立事件表与对应的处理函数表，实现通信过程中的事件处理。

图4 终端蓝牙通信流程

3.2 智能手机通信设计

手机作为蓝牙数据传输系统中的中间模块，是整个系统的核心部件，其作用为：通过蓝牙接收智能终端传来的数据，筛选有用信息，进一步分析处理后，将数据传递至服务器终端。本系统选择支持Android4.2版本以上智能手机作为通信模块，采用手机中的音频播放机制实现传感器数据的转换，利用手机作为系统的UI交互平台，通过手机屏幕显示不同终端测量的数据，实现终端与用户的间接交互。本文设计的手机端蓝牙通信流程如图5所示。

图5 手机蓝牙通信流程

4 结论

通过将物联网的概念具体化，以蓝牙方式实现不同终端传感器的数据传输系统，采用CC2540芯片实现低功耗蓝牙传输，应用于智能终端实现了系统的数据传输，分析了系统的硬件设计与软件设计过程，并重点分析了CC2540芯片的电路设计及电路抗干扰方法，为物联网系统数据传输应用提供了新思路。

[1]朱洪波，杨龙祥，朱琦．物联网技术进展与应用[J]．南京邮电大学学报(自然科学版)，2011，31(1)：1-9．

[2]张鹏富．浅谈蓝牙技术的发展现状和前景[J]．计算机光盘软件与应用，2014(16)：36．

[3]吴明，范东涛．高速公路入口匝道动态响应调节算法设计[J]．交通信息与安全，2011(03)：60-64．

[4]常敏，梅晓敏，崔永进，等．基于BLE与Android的牧场温湿度智能监控系统设计[J]．通信电源技术，2015，32(05)：124-126．

[5]李曼．蓝牙协议栈软件设计[J]．电子世界，2014(15)：126-126．

[6]杨迪娜．蓝牙4.0技术搭载便携式设备新产品强势逆袭[J]．单片机与嵌入式系统应用，2014，02(02)：84-85．

TheApplication of Intelligent Terminal Data Transmission System Based on Bluetooth

Yang Liu
（Shenzhen Polytechnic,Shenzhen 518055,Guangdong）

In view of the requirements of data transmission among intelligent terminals in Internet of things and the problems of intelligent equipment such as communication and computing,this paper introduces Bluetooth into the data transmission process,and puts forward the intelligent terminal data transmission system based on Bluetooth.CC2540 chip is used to realize the Bluetooth transmission.This paper analyzes the Bluetooth transmission process based on the Android system,studies the principle of wireless data transmission,and realizes the data exchange among the intelligent terminal equipment,providing a new idea to improve the data transmission ability of Internet of things.

intelligent terminal;Bluetooth technology;CC2540 chips;data transmission

TN925;TP274.2

A

1008-6609(2016)12-0041-03

杨柳（1974--），女，四川成都人，硕士，副教授，研究方向为通信与网络。