藍(lán)牙紅外報警裝置

基于藍(lán)牙和紅外傳感器的報警裝置設(shè)計

藍(lán)牙技術(shù)是一種支持設(shè)備短距離無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的代稱，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展的時代，成熟的BLE(Bluetooth low energy)無線網(wǎng)絡(luò)已成為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)里的主角，主要用于在短距離環(huán)境下不同設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。本文應(yīng)用藍(lán)牙4.0BLE結(jié)合PIR人體紅外傳感器,設(shè)計了一個危險位置報警裝置。該裝置由一個主機拖兩個從機構(gòu)成,從機安裝在危險位置，通過人體紅外感應(yīng)模塊檢測是否有人到達(dá)了危險位置，檢測到后產(chǎn)生危險信息，發(fā)送給主機，主機接收到危險信息后通過播報語音信息進(jìn)行報警，然后通過按鍵電路清除報警。可通過該裝置的設(shè)計、開發(fā)與實驗，學(xué)習(xí)與實踐基于藍(lán)牙的無線通信技術(shù)。

一、藍(lán)牙協(xié)議淺析

藍(lán)牙協(xié)議是一系列的通信標(biāo)準(zhǔn)，藍(lán)牙設(shè)備之間需要共同按照這一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。藍(lán)牙協(xié)議的具體體系結(jié)構(gòu)主要包括藍(lán)牙主機、主機控制器、鏈路管理器、音頻模塊、基帶與鏈路控制器、射頻幾個部分。其中，藍(lán)牙主機還分為應(yīng)用程序、主機控制接口以及高層協(xié)議三個部分。協(xié)議的具體實現(xiàn)形式是協(xié)議棧，BLE協(xié)議棧將各個層定義的協(xié)議都集合在一起，以函數(shù)庫的形式實現(xiàn)，實現(xiàn)了函數(shù)化處理，方便用戶調(diào)用。不同廠商根據(jù)自己產(chǎn)品的性能開發(fā)了自己的協(xié)議棧，并給用戶開放部分應(yīng)用層API(Application Programming Interface)，供用戶直接調(diào)用。BLE涉及電子、通信、電路等多學(xué)科的知識，對于初學(xué)者來說使用BLE協(xié)議棧進(jìn)行開發(fā)難度較大，可以嘗試下面的思路:其一對BLE無線網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)進(jìn)行簡化，不需要深入研究復(fù)雜的BLE協(xié)議棧，直接從應(yīng)用層入手，使用C語言程序進(jìn)行開發(fā)；其二對在Bluetooth-L E低功耗藍(lán)牙中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，只需要開發(fā)傳感器函數(shù)，在應(yīng)用層讀取傳感器函數(shù)即可；其三對數(shù)據(jù)采集周期進(jìn)行定時，定時時間到喚醒BLE工作，這樣可以做到節(jié)能處理。

二、基于藍(lán)牙和紅外傳感器的報警裝置系統(tǒng)設(shè)計

2.1系統(tǒng)硬件設(shè)計

本裝置可以安裝在家庭里，如陽臺、飄窗、門口等家長認(rèn)為比較危險的地方，當(dāng)兒童到達(dá)這些危險位置時，就會發(fā)出警示信息，提示兒童所處位置危險，同時也提示家長兒童到達(dá)了危險地方,這樣可以避免兒童發(fā)生危險，本裝置也可以輻射用于行動不便的人群。系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計主要是應(yīng)用三個基于CC2540芯片研發(fā)的低功耗藍(lán)牙射頻模塊,其中之一作為主機，另外兩個作為從機，構(gòu)成一個微型的BLE無線網(wǎng)絡(luò)。其主要功能為系統(tǒng)上電，液晶顯示屏顯示配對成功之后，從機接收到人體紅外感應(yīng)的有效信號后發(fā)送給主機，主機接收到從機發(fā)送來的信息之后，驅(qū)動語音模塊播放語音信息進(jìn)行報警，通過按鍵控制電路停止語音播放，解除報警。其中自檢按鍵電路是用來檢測主機是否工作正常，檢測告警是否正常。此電路還可以擴展,增加低電量指示電路，用來監(jiān)控三個藍(lán)牙模塊的電源電量，當(dāng)檢測到電量過低時通過指示燈閃爍或蜂鳴器鳴叫報警，保障該裝置正常使用。

本裝置中應(yīng)用的人體紅外感應(yīng)模塊型號為HC-SR501,該模塊是基于紅外線技術(shù)的自動控制產(chǎn)品，該模塊功耗低、體積小、靈敏度高、可靠性強，具有超低電壓工作模式，廣泛應(yīng)用于自動控制產(chǎn)品和自動感應(yīng)電器設(shè)備中。同時為了增加感應(yīng)角度范圍，本模塊外罩了圓形透鏡，這樣可以使探頭四面都能感應(yīng)，而左右兩側(cè)的感應(yīng)強度和感應(yīng)范圍均比上下兩個方向大。該模塊的感應(yīng)時間和感應(yīng)范圍可以手動調(diào)節(jié)。具體調(diào)節(jié)方法為:①增大感應(yīng)距離：順時針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)距離電位器，增大感應(yīng)距離，距離可增大到約7米左右；②減小感應(yīng)距離：逆時針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)距離電位器，減小感應(yīng)距離，距離可減小到約3米左右；③加長感應(yīng)延時時間：順時針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)延時電位器，加長感應(yīng)延時時間，可加長到約300S左右；④減短感應(yīng)延時時間:逆時針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)延時電位器，減短感應(yīng)延時時間，可減短到約0.5S左右。使用時，通電后該感應(yīng)模塊約用一分鐘左右的時間進(jìn)行初始化，在初始化過程中該模塊會間隔地輸出0—3次,初始化結(jié)束后進(jìn)入待機狀態(tài)，待機之后若紅外傳感器模塊感應(yīng)到人就會輸出高電平信號，否則，輸出低電平信號。

2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計

基于TI公司的BLE協(xié)議棧進(jìn)行本裝置系統(tǒng)軟件的開發(fā)，BLE協(xié)議棧包含了BLE協(xié)議所規(guī)定的基本功能，這些功能是以函數(shù)的形式實現(xiàn)的，為了便于管理這些函數(shù)集,BLE協(xié)議棧內(nèi)稱為OSAL(Operating System Abstraction Layer)。整個系統(tǒng)軟件的設(shè)計分為主機和從機兩部分。

（1）主機：在系統(tǒng)初始化完成后啟動從機發(fā)現(xiàn)，并設(shè)定周期性的連接狀態(tài)檢測，如果發(fā)現(xiàn)從機設(shè)備連接狀態(tài)處于中斷情況則重新連接。主機接收到從機的告警消息則告警，直到從機發(fā)來告警清除消息或者主機的按鍵清除消息。

（2）從機：系統(tǒng)初始化完成并和主機建立連接，如果收到紅外傳感器觸發(fā)的告警信號，則向主機發(fā)送告警消息，并配合主機完成鏈路中斷之后的恢復(fù)。從機向主機發(fā)送數(shù)據(jù)，需要調(diào)用GATT_Notification函數(shù)實現(xiàn)，該函數(shù)會調(diào)用協(xié)議棧里面與硬件相吳的函數(shù)最終將數(shù)據(jù)通過天線發(fā)送出去。

總結(jié)

BLE低功耗藍(lán)牙技術(shù)在眾多行業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，本文設(shè)計的基于藍(lán)牙和紅外傳感器的報警裝置，可以作為兒童和老年人的安全衛(wèi)士，可應(yīng)用在家庭中，也可應(yīng)用于企業(yè)中。隨著技術(shù)的發(fā)展和不斷完善，BLE低功耗藍(lán)牙技術(shù)將使我們的生活方式和工作方式更加智能化。

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