基于蓝牙4.0的无线传感器通用接口研究与实现

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物联网(Internet of Things,Io T)是信息领域里一次重大的发展和变革机遇。物联网的应用为社会发展做出了极大贡献,是各个产业向现代化转变的重要契机。随着传感器技术、通信技术与云计算的快速发展,无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)在军事应用、农业生产、医疗检测、智慧城市等领域有着十分广阔的应用前景。WSN的快速发展,对位于感知层的传感器的开放性和互操作性提出了越来越高的要求。目前,WSN中的传感器没有统一接口,输出信号的类型多样,数据格式与交互协议不尽相同,导致了来自不同厂商的传感器互不兼容,系统扩展与维护十分困难。因此,对WSN中传感器的接口进行统一的标准化设计具有十分重要的意义。本文主要就WSN节点的传感器信号处理、数据传输两方面展开讨论,提出了一种基于低功耗蓝牙技术设计无线传感器通用接口(Universal Sensor Interface,USI)的方案,该方案可实现传感器即插即用、环境信息采集、数据无线传输与显示功能,主要研究内容如下:(1)提出基于蓝牙4.0的接口设计方案。结合物联网与WSN快速发展的时代背景,分析国内外在USI方面的研究现状、存在的问题;分析USI设计的关键问题,包括信号接口标准化、供电方式设计、传输技术选择;对比分析3种常见的无线传输技术Zig Bee、Wi-Fi、Bluetooth之后,提出基于蓝牙4.0的接口设计方案。(2)基于n RF51822 EK的接口硬件设计。采用模块化的方式,分别设计电流、电压、开关量与串口信号处理的电路,后续可做进一步的功能扩展,增加I2C、SPI、USB等电路。(3)根据本文提出的接口设计方案,编写软件实现通用接口与Android手机之间的无线通信。设计通用接口与Android手机之间的通信协议;使用C语言编写接口底层代码,Java与XML语言开发Android手机侧应用程序,完成交互界面、采样通道选择、接口参数设定等功能,并对B-USI进行测试。针对论文的研究内容,探讨了课题中可优化的方面,包括接口电路的功能扩展、网络拓扑结构优化与协议的升级、传感器数据的云计算分析,并就此得出下一步的研究方向。
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