蓝牙4.2协议的一主多从防丢器APP设计

时继潮，李新红，吴阳明，吕闪，王雅涵

(大连交通大学 电气信息学院，大连 116028)

蓝牙4.2协议的一主多从防丢器APP设计

时继潮，李新红，吴阳明，吕闪，王雅涵

(大连交通大学 电气信息学院，大连 116028)

设计一款以蓝牙4.2协议为核心，可与多个从机进行通信的防丢器。将低功耗蓝牙芯片CC2541作为主控制器，结合在手机(主机)上开发的APP，通过蓝牙4.2相关协议，对配对成功的防丢器(从机)进行监控，当从机超出主机的监测范围后，主机和从机会同时启动报警装置，以便人们予以警觉。

蓝牙4.2协议；低功耗；防丢器

引 言

现如今，列车上丢东西的现象时有发生，以至于长途旅行的人们在休息的时候都提心吊胆，时刻不敢放松警惕。随着社会的发展、科技的进步，防丢器这一电子产品应运而生。现在市面上多数的防丢器用于老人、儿童及身体有缺陷的人群，也有一些防丢器通过网络媒介应用于贵重物品的监测。可是，如在疾驰的列车上一旦遇到网络信号不好的情况，它的防丢价值就将消失。此外，受市场竞争力的影响，现在市面上的防丢器设备功能往往比较单一，大部分防丢器应用蓝牙4.0 BLE相关协议，只能进行简单的一对一通信，一旦碰到需要监控多个目标对象时就显现出了很大的局限性。

本文针对市场上现有防丢器存在的缺陷，应用新一代蓝牙4.2技术设计出了可同时连接多个从机的防丢器。其不仅功耗低，信号传输效率高，更重要的是允许多个蓝牙设备通过一个终端介入。如在运行的列车上，人们可以根据自己的需求通过手机终端APP同时连接多个从机，将这些从机分别安置在需要监测的行李上，由于蓝牙监测范围有限，从机之间一旦有一个超出了主机的监测范围，主从机就会同时发出报警声，给以人们以警示。主从机报警时的频率及方式可以根据自己的需求改进。

1 防丢系统的整体结构与工作原理

系统主要分为主机和从机两大部分，主机即为手机开发的APP软件，从机则由蓝牙芯片CC2541进行控制，主机和从机之间通过新一代蓝牙4.2协议进行通信。手机APP由eclipse软件编写，根据自己的需求，可以同时连接一个或多个子机，主机通过蓝牙与子机连接，当至少有一个子机与主机的连接信号强度低于提前设定好的值或断开连接时，主机和子机则会同时启动报警，主机除了响铃外还会发出震动，以最快最有效的方式给人们以警示。系统的整体结构图如图1所示。

图1 防丢器系统整体结构

2 蓝牙4.2协议

2.1 蓝牙4.2技术背景

随着物联网时代的不断发展，WiFi的无线连接地位越来越重要，但是其也存在着耗电量大的问题，如果路由终端或网络连接出现故障，一切通信连接都将中断，很多智能设备也就面临着无法进行操控的处境。在这种条件下，不依赖网络的连接技术就变的尤为重要，而蓝牙4.2协议就是为了弥补这一技术问题而诞生的[1]。

2.2 蓝牙4.2的优势

在近距离的实际场合应用中，以小型接收器为点布局成网络的蓝牙技术可以很好地完成信号的接收和发射，即便出现网络连接故障，也不会影响正常的传输功能。蓝牙4.2协议在原来4.0BLE协议的基础上作了相应改进，其突出的优势有以下几点(如图2所示)。

图3 防丢系统整体硬件电路

图2 蓝牙4.2的几大优势

① 支持6LowPAN，即基于IPv6协议的低功耗无线个人局域网技术[2]。这也是蓝牙4.2协议最大的改进之处，此技术允许多个蓝牙设备通过一个终端同时接入互联网或局域网。一主多从防丢器中最关键的技术正是出自于此。

② 在隐私方面，蓝牙4.2导入了先进的权限设置，其只会与受信任的终端进行连接，在与陌生终端连接之前会请求用户许可，经用户允许后才能进行连接，这一改进可以避免用户无意间暴露自己的位置或留下隐秘信息，窃听者难以通过蓝牙联机对设备进行追踪。

③ 在传输速度方面。蓝牙4.2协议标准将数据传输速度提高了2.5倍，主要由于蓝牙智能数据包的容量比原来提高了10倍，与此同时也降低了传输过程中发生的错误[3]。

3 防丢系统硬件设计

系统的硬件部分主要包括控制器模块、电源模块、天线信号模块、报警模块及按键指示模块5部分。

防丢系统的整体硬件电路图如图3所示。控制器模块采用TI公司的CC2541蓝牙芯片为核心，其具有低功耗、高性能、易开发等优势；由于系统的低功耗特点，电源模块采用纽扣电池进行供电，经电路中多重滤波整合后，其为整个系统提供了持续稳定的电源输出；天线信号模块主要由主控芯片CC2541控制，是主、从机间进行通信的重要通道；报警模块相对比较简单，由一个无源蜂鸣器组成，在主、从机失联时鸣响给人以警示；系统中有两个按键和两个指示灯，按键1为系统的复位按键，在系统性能不稳定时可以随时对系统进行复位，按键2为系统的功能按键，有单击、双击、连击、长击4种工作模式，分别实现不同的功能，指示灯随着按键的按下出现不同频率的闪烁，给操作者视觉上的功能提示。

4 防丢系统软件设计

图4 防丢系统软件流程图

系统上电后，首先进行初始化，然后根据实际需要通过蓝牙4.2协议对主机和从机进行配对。当随着主、从机间距离的不断拉大，蓝牙信号越来越弱，当其中一个从机与主机的蓝牙信号低于整体信号强度的20%或主、从机断开连接时，主机震动并发出报警声，与此同时，相应从机也发出报警声[4]。防丢系统的软件设计流程图如图4所示。

系统的报警时长和频率以及连接设备的名称等可变参数都可在手机APP端进行修改，同时使用者也可根据需求在APP终端对报警阀值和连接从机个数进行设定[5]。主、从机报警声音只能在手机APP端输入之前设定好的密钥进行取消，以在最大程度上保护使用者权益。

结 语

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[5] Alibakhshikenari M, Limiti E, Naser-Moghadasi M, et al. A new wideband planar antenna with band-notch functionality at GPS, Bluetooth and WiFi bands for integration in portable wireless systems[J]. AEU-International Journal of Electronics and Communications,2017(72):79-85.

时继潮(硕士研究生)，主要研究方向为嵌入式系统、无线通信等。

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[9] 江超, 艾矫燕.基于OpenCV的摄像头动态手势轨迹识别及其应用[J]. 计算机应用, 2012, 32(S1):128-133.

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[22] 杜堃, 谭台哲. 复杂环境下通用的手势识别方法[J]. 计算机应用, 2016,36(7).

王浩宇(硕士)，主要研究方向为数字图像处理；漆晶(讲师)，主要研究方向为传感器网络、能量采集电路、短距离无线通信等；方天恩(硕士)，主要研究方向为物联网技术和蓝牙通信。

(责任编辑：杨迪娜 收稿日期：2017-03-14)

Design of a Main and Multiple Anti Losing Device Based on Bluetooth 4.2 Protocol

Shi Jichao,Li Xinhong,Wu Yangming,Lv Shan,Wang Yahan

(College of Electrical and Information,Dalian University of Traffic,Dalian 116028,China)

In the paper,an anti-losing device is designed,which uses Bluetooth 4.2 protocol as the core and can communicate with a plurality of slave communication device.It takes a low-power Bluetooth chip CC2541 as the main controller,we can uses Bluetooth 4.2 protocol to monitor the paired successful anti-losing device (slave) with the APP that is developed on the mobile phone (host).When the host machine is beyond the scope of monitoring,the host and the slave devices will start the alarm device at the same time,so that people can be vigilant.

Bluetooth 4.2 protocol;low power consumption;anti-losing device

TP368.1

A

�迪娜

2017-03-13)