一種基于藍(lán)牙技術(shù)的無線U盤設(shè)計(jì)

　　摘要：針對(duì)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器存在線路布置復(fù)雜，開發(fā)周期長(zhǎng)等問題，本設(shè)計(jì)利用大容量U盤來存儲(chǔ)溫度傳感器所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，同時(shí)用微處理器來讀寫U盤，將數(shù)據(jù)在無線U盤與移動(dòng)終端之間進(jìn)行通信，從而達(dá)到存儲(chǔ)單片機(jī)系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)的目的，實(shí)現(xiàn)對(duì)所需數(shù)據(jù)的快速分析和管理。利用無線U 盤作為中間存儲(chǔ)介質(zhì)，既克服了對(duì)計(jì)算機(jī)的依賴，同時(shí)可以上傳到互聯(lián)網(wǎng)，方便人們隨時(shí)隨地獲取數(shù)據(jù)分享數(shù)據(jù)。

　　關(guān)鍵詞：藍(lán)牙U 盤 傳感器 無線傳輸

　　傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器是以有線的方式連接采集端和控制端的，PC上一般都安裝數(shù)據(jù)分析處理軟件來分析處理數(shù)據(jù)，這樣就需要較為復(fù)雜的線路，而且開發(fā)起來時(shí)間也比較長(zhǎng)。隨著信息化時(shí)代的發(fā)展，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析的主要采取分布式數(shù)據(jù)采集形式，這種方式不僅體現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集在智能化、集中化上的趨勢(shì)，而且在網(wǎng)絡(luò)化、分布化上面有越來越顯著的發(fā)展趨勢(shì)。在信息化日新月異的今天，微處理器和單片機(jī)的應(yīng)用與研究蓬勃發(fā)展，我們的日常生活與其已經(jīng)密不可分，處處都能看到他的縮影。為了更加高效快捷的采集到我們所需要的數(shù)據(jù)，并且能夠?qū)崟r(shí)的與移動(dòng)終端進(jìn)行通信，基于此本文提出了將無線U盤和藍(lán)牙技術(shù)相結(jié)合的一種新型的數(shù)據(jù)采集器。

　　本設(shè)計(jì)整體可分為三部分，硬件設(shè)備(U盤將通過藍(lán)牙設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù))、ANDROID APP(接收藍(lán)牙數(shù)據(jù)并通過WIFI與AP建立連接)和服務(wù)器(PC)。這樣，我們對(duì)U盤中的數(shù)據(jù)就有了多渠道處理方式，同時(shí)傳感器的加入給U盤中的數(shù)據(jù)賦予了很大的意義，可以應(yīng)用在醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等方面發(fā)揮巨大作用。同時(shí)，低成本也是本設(shè)計(jì)的特色之處，性價(jià)比高，可以很方便，快速的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。

　　一、技術(shù)方案

　　如圖1所示，本系統(tǒng)由溫度傳感器、主控單元、USB 接口芯片和U 盤和計(jì)算機(jī)、藍(lán)牙模塊等6部分組成。本系統(tǒng)要做的是在普通U 盤上集成藍(lán)牙模塊，以實(shí)現(xiàn)U盤與其他藍(lán)牙設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸和無線通信。

　　二、硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 藍(lán)牙模塊

　　本設(shè)計(jì)的U盤讀寫模塊采用的沁恒公司的CH375模塊，USB 接口芯片采用CH375B。CH375為C語言子程序庫(kù)提供了USB存儲(chǔ)設(shè)備的文件級(jí)接口，這些應(yīng)用層接口API包含了常用的文件級(jí)操作，可以移植并嵌入到各種常用的單片機(jī)程序中。對(duì)于USB存儲(chǔ)設(shè)備的應(yīng)用，CH375直接提供了數(shù)據(jù)塊的讀寫接口，以512b的物理扇區(qū)為基本讀寫單位，從而將USB存儲(chǔ)設(shè)備簡(jiǎn)化為一種外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，單片機(jī)可以自由讀寫USB存儲(chǔ)設(shè)備中的數(shù)據(jù)，也可以自由定義其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

　　本設(shè)計(jì)中U盤是在主機(jī)方式下運(yùn)行，通常使用的USB全速設(shè)備也可以得以支持，外部單片機(jī)可以通過CH375按照相應(yīng)的USB 協(xié)議與USB 設(shè)備通訊，CH375 還內(nèi)置了處理Mass-Storage 海量存儲(chǔ)設(shè)備的專用通訊協(xié)議的固件，外部單片機(jī)可以直接以扇區(qū)為基本單位讀寫U盤數(shù)據(jù)。

　　2.2 溫度傳感器

　　如圖1 所示，微控制器與溫度傳感器采用單總線總線通信，溫度傳感器采用DALLAS(達(dá)拉斯)公司生產(chǎn)的DS18B20溫度傳感器，利用DS18B20對(duì)測(cè)量對(duì)象進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后利用USB接口芯片在U盤和微控制器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，從而可以把采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到U盤中。然后將U盤與計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，就可以在計(jì)算機(jī)上對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理或直接將手機(jī)與藍(lán)牙模塊進(jìn)行連接，讀取到其中數(shù)據(jù)，移動(dòng)終端的軟件平臺(tái)如圖3所示。

　　如圖3所示，本設(shè)計(jì)的軟件框架主要由藍(lán)牙核心協(xié)議、會(huì)話層協(xié)議以及上層應(yīng)用程序構(gòu)成。藍(lán)牙的核心系統(tǒng)協(xié)議為最低的4個(gè)Layer，再加上應(yīng)用層profile SDP，包括：基帶，鏈路管理，邏輯鏈路控制與適應(yīng)協(xié)議和服務(wù)搜索協(xié)議，SDP。藍(lán)牙核心協(xié)議對(duì)藍(lán)牙數(shù)據(jù)進(jìn)行控制和處理。本方案的核心技術(shù)是實(shí)現(xiàn)基于對(duì)象交換協(xié)議(OBEX)(完成兩藍(lán)牙設(shè)備間的數(shù)據(jù)對(duì)象通信)的文件單點(diǎn)傳送，而它是文件多點(diǎn)傳送的基礎(chǔ)。

　　三、軟件設(shè)計(jì)

　　3.1 軟件平臺(tái)

　　Arduino是源自意大利的一個(gè)開放源代碼的硬件項(xiàng)目平臺(tái)，該平臺(tái)包括一塊具備簡(jiǎn)單I/O功能的電路板以及一套類似于 Java 和 C 語言的 IDE 集成開發(fā)環(huán)境。Arduino用戶通過 USB接口直接進(jìn)行編程和通信，可以用來開發(fā)交互產(chǎn)品，比如它可以讀取大量的開關(guān)盒傳感器信號(hào)，并且可以控制電燈、電機(jī)和其他各式各樣的物理設(shè)備;Arduino也可以開發(fā)出和PC相連的周邊裝置，能在運(yùn)行時(shí)與PC上的軟件進(jìn)行通訊。Arduino的硬件電路板可以自行焊接組裝，也可以購(gòu)買已經(jīng)組裝好的模塊，而程序開發(fā)環(huán)境的軟件則可以從網(wǎng)上免費(fèi)下載和使用。

　　藍(lán)牙通用應(yīng)用框架如圖4所示。Android系統(tǒng)提供了藍(lán)牙開發(fā)的API，供開發(fā)者調(diào)用。 Android平臺(tái)包括藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，允許藍(lán)牙設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的無線交換。應(yīng)用程序框架提供了通過Android藍(lán)牙API的訪問藍(lán)牙功能。這些API允許應(yīng)用程序以無線方式連接至其他藍(lán)牙設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和多點(diǎn)無線功能。

　　在Android平臺(tái)上，藍(lán)牙設(shè)備之間的通信主要包括了四個(gè)步驟：對(duì)藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行設(shè)置、在局域網(wǎng)內(nèi)尋找有可能進(jìn)行匹配的藍(lán)牙設(shè)備、對(duì)設(shè)備進(jìn)行連接和在設(shè)備之間進(jìn)行通信。

　　3.2 服務(wù)器配置

　　從客戶端給的數(shù)據(jù)是有一定格式的，首先客戶端必須把文件名告訴服務(wù)器，然后，把文件中的數(shù)據(jù)傳輸過去。具體來說，如圖5所示，先在服務(wù)器端開一個(gè)端口為422，用來監(jiān)聽是否有客戶端接入，一旦有客戶端接入，便獲取客戶端的socket，緊接著就是獲取客戶端的流了，在接受流的時(shí)候，存在一個(gè)問題就是不知道接受的數(shù)據(jù)哪部分是文件名，哪部分是文件本身的數(shù)據(jù)信息，本文解決的方法是：把第一批來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為字符串，獲取以.txt結(jié)束之前的那部分，這樣便可獲知文件名是什么。在接下來便是在服務(wù)器端創(chuàng)建同名文件，把流中余下的數(shù)據(jù)寫入到同名文件中，保存在特定的服務(wù)器文件夾下。

　　3.3 模塊初始化流程

　　四、結(jié)語

　　通過將U 盤連接到藍(lán)牙模塊中，并對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊再設(shè)計(jì)，使得數(shù)據(jù)采集模塊具備了與所有具有藍(lán)牙模塊的電子產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)墓δ�，具有即時(shí)性、便捷性。同時(shí)，我們?cè)谛酒�周圍提供豐富接口，可連接多種接口傳感器，并將實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)記錄在U盤，可直接被電腦讀取，或間接被手機(jī)讀取。在手機(jī)端，有獨(dú)立開發(fā)的ANDROID APP，具有讀取U盤數(shù)據(jù)，保存到本地，或者上傳的服務(wù)器的功能，只要將移動(dòng)設(shè)備連接到AP，就可以將數(shù)據(jù)同步到服務(wù)器，以便隨時(shí)隨地的訪問數(shù)據(jù)。將U盤、手機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、傳感器四者結(jié)合到了一起。實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)讀取和采集。

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