藍牙4.0溫度傳感器模塊

1、基于CC2540的藍牙4.0溫度傳感器模塊的設(shè)計摘 要由于較低的成本和短距離通信的便捷性使得藍牙技術(shù)的全面普及，已經(jīng)成為我們比較熟悉的技術(shù)。到目前為止，藍牙技術(shù)已經(jīng)過多個版本的升級和改進，最新的版本即藍牙4.0。由于藍牙通信技術(shù)的種種優(yōu)點，使得該技術(shù)廣泛運用于移動電話通信、音頻傳輸和特定數(shù)據(jù)收發(fā)。由于藍牙是無線通信技術(shù)，在幾個設(shè)備之間不需要電纜，相對位置比較隨意，所以因為其優(yōu)越性得到廣泛使用。因而，數(shù)據(jù)的采集和傳輸使用藍牙技術(shù)的研究具有比較大的現(xiàn)實意義和應(yīng)用前景。本文首先對藍牙無線技術(shù)作了簡單介紹，然后展示了一下該技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，最后對藍牙的應(yīng)用前景進行簡單地闡述。而且，還對溫度檢測技術(shù)進行介

2、紹，提出一種8051方案，一種CC2540方案，最后確定采用后者。在本次設(shè)計中完成硬件電路的設(shè)計，以及CC2540內(nèi)部軟件的編寫，最后還有電路板的制作和相關(guān)硬件的調(diào)試。關(guān)鍵字:無線通信技術(shù)，藍牙技術(shù)，數(shù)據(jù)檢測與傳輸AbstractBecause of the low cost and convenient short-range communication make the use of Bluetooth technology be universal to become a reality , in recent years it become one of the fastest gro

3、wing wireless communication technology. So far, more than one version of Bluetooth technology have been upgraded and improved, that the latest version is Bluetooth 4.0. Because of much advantages of Bluetooth communication technology make the technology widely used in mobile phone communication , au

4、dio transmission and specific data transceiver. because Bluetooth is a wireless communication technology, it significantly reduces the transmission cables between devices , it can be applied to build a data acquisition system and a variety of testing application. Thus , the study of using Bluetooth

5、technology to build wireless data collection and transmission system will have a relatively large practical significance and application prospect.Firstly, this article has a brief introduction of Bluetooth wireless technology, the application prospect. Then the article has a simple statement of basi

6、c components temperature data acquisition and transmission ,and it design two programs of wireless data acquisition and transmission then compared with the other. At this basis,I combine two solutions , and ultimately I come up with this program that based on Bluetooth chip CC2540's wireless tem

7、perature data acquisition and transmission system , I have completed the design of the hardware circuit and related software,then I finish the circuit board production and hardware debugging.keywords：Wireles Technology , Bluetooth  technology，data  acquisition  and  transmission目

8、 錄摘 要IAbstractII目 錄IV引 言11 緒論21.1研究背景21.2應(yīng)用現(xiàn)狀31.3研究目的和意義32 系統(tǒng)方案設(shè)計52.1數(shù)據(jù)采集模塊52.2無線收發(fā)模塊62.3系統(tǒng)方案設(shè)計63 硬件電路系統(tǒng)設(shè)計83.1器件選擇83.1.1藍牙芯片TICC254083.1.2溫度傳感器DHT11103.1.3液晶顯示屏LCD12864103.2硬件電路設(shè)計113.2.1天線及巴倫匹配電路設(shè)計113.2.2晶振電路設(shè)計123.2.3電源電路設(shè)計123.2.4LED電路設(shè)計133.2.5五向按鍵電路設(shè)計133.2.6串口電路設(shè)計143.2.7LCD12864電路設(shè)計143.2.8復(fù)位電路設(shè)計153

9、.2.9下載調(diào)試電路設(shè)計154軟件設(shè)計164.1 藍牙協(xié)議棧164.2IAR集成開發(fā)環(huán)境簡介184.3 BLE 協(xié)議棧執(zhí)行流程淺析185系統(tǒng)測試206結(jié)論266.1結(jié)論266.2展望28致 謝30注 釋31附 錄33IV引 言隨著移動通訊設(shè)備的迅速發(fā)展，功能型手機和智能手機的迅速普及，藍牙技術(shù)也越來越被人們所熟悉，目前已經(jīng)成為使用范圍最廣泛的全球短距離無線標準之一。由于有線連接給人 們帶來諸多的不便，大家不能隨心所欲地與信息網(wǎng)絡(luò)相連和通信。正因為此，而藍牙技術(shù)由于其對硬件設(shè)備良好的兼容性和操作的便捷性受到用戶的日漸歡迎。新的無線連接方式不需要設(shè)備間的電纜，使各設(shè)備之間的行對位置更加隨意，使用更

10、加方便，藍牙確實帶給我們更多的驚喜。所以通過藍牙技術(shù)可以用來取代目前多種相對較短距離的電纜和雙絞線。而且藍牙技術(shù)不僅可以實現(xiàn)多種智能設(shè)備無線互接，同時還可以實現(xiàn)文件傳輸，并在此基礎(chǔ)上支持語音通信，并且可以通過設(shè)備建立數(shù)據(jù)鏈路，因此，該技術(shù)目前已成為人們最普遍關(guān)注的通信技術(shù)之一。經(jīng)歷了1.0、1.1、2.0、2.1、3.0等版本，全新的藍牙 4.0版本在以前得到基礎(chǔ)上有了很大改進。集合了2.1傳統(tǒng)藍牙的優(yōu)勢，3.0藍牙的速度還有最新的低功耗技術(shù)。因此新的藍牙4.0，不僅擁有以前各種版本的優(yōu)勢，還有之前沒有的新特點。藍牙4.0 的核心規(guī)范低就是功耗藍牙Bluetooth low energy即 b

11、le，當(dāng)然低功耗就是最大的特點，至于到什么地步呢，僅僅使用一粒小小的紐扣電池，便可以維持藍牙低功耗設(shè)備連續(xù)工作很長的一段時間，所以對于某些特定的場合，比如要求低功耗或者移動傳感器，藍牙4.0是不錯的選擇。 藍牙技術(shù)使用2.4 GHz頻段，擁有該頻段無線技術(shù)的所有優(yōu)點，比如鏈接穩(wěn)定等。不僅如此，新的藍牙技術(shù)還有別的無線技術(shù)沒有的優(yōu)勢，正因為此，藍牙技術(shù)更加被認可，收到各廠商的歡迎。伴隨著無線技術(shù)的進步，各種無線設(shè)備也迅速出現(xiàn)，測量也變成了無線方式。分為主機和從機，從機通過傳感器節(jié)點對指定數(shù)據(jù)進行收集，然后經(jīng)過處理，并將其發(fā)送給主機;用戶可通過公共網(wǎng)絡(luò)(如公共交換網(wǎng)等)獲取主機上的相關(guān)信息，遠程實

12、現(xiàn)對現(xiàn)場的有效控制和管理。藍牙也可以組成網(wǎng)絡(luò)，與手機，電腦等設(shè)備鏈接，而且當(dāng)前支持低功耗藍牙設(shè)備的智能設(shè)備除了 iPhone外，Android系統(tǒng)手機也正式加入了Bluetooth Low Energy的隊伍，從Android 4.3 系統(tǒng)開始，Android 將正式提供官方API 接口，相信不用多久，BLE 設(shè)備將會出現(xiàn)在生活中的各個領(lǐng)域。1 緒論1.1研究背景藍牙技術(shù)是一種支持設(shè)備短距離通信的無線電技術(shù)，最早是愛立信發(fā)明，逐漸普及以后經(jīng)過藍牙技術(shù)聯(lián)盟訂定技術(shù)標準?，F(xiàn)在已經(jīng)有使用藍牙技術(shù)的鼠標。而且藍牙耳機證明藍牙還可以傳遞音頻信號。手機間的藍牙互傳更是讓我們明白，藍牙技術(shù)還可以傳輸更多的東

13、西。主要的藍牙版本介紹如下：藍牙2.1+EDR藍牙2.1于2007年產(chǎn)生，而且對之前的版本也可以進行匹配連接。而且新的藍牙2.1版本減少配對時間，給我們的使用帶來了很大的方便，而且還提升了安全性。在藍牙2.0基礎(chǔ)上增加了省電功能，功耗更低。藍牙3.0+HS相比藍牙2.0，藍牙3.0具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，最高可達24mbps，而且更加省電。藍牙4.02010年7月7日藍牙技術(shù)聯(lián)盟推即藍牙4.0。新版本藍牙最大的特點是極低的功耗。1.2應(yīng)用現(xiàn)狀目前，針對新一代藍牙4.0的技術(shù)規(guī)范，各大廠家和公司紛紛推出自己的硬件平臺和軟件協(xié)議棧，在這一點上，德州儀器( TI)的藍牙技術(shù)的發(fā)展站在世界的前列，其公

14、司所開發(fā)的的 CC2540系列產(chǎn)品為藍牙技術(shù)的實現(xiàn)和應(yīng)用提供了一個真正意義上的解決方案，這將使得藍牙4.0 BLE不再僅僅停留在規(guī)范文檔之中，這將作為一項新的技術(shù)得到廣泛的實踐和發(fā)展。由于藍牙的極大優(yōu)點，雖然我們國家接觸較晚，但是經(jīng)過一段時間的發(fā)展后將得到前所未有的巨大發(fā)展。這項技術(shù)只有在人與人之間以及人與機器之間相互交往的時候才會更大程度的體現(xiàn)出它的價值。更值得一提的是，目前，藍牙4.0 BLE規(guī)范文檔已經(jīng)推出，但是各大國際公司和廠商所推出的硬件平臺和軟件開發(fā)系統(tǒng)不盡相同，這使得新一代藍牙技術(shù)的開發(fā)與研究更加具有開放性，不會在短時間之內(nèi)出現(xiàn)被少數(shù)大公司技術(shù)壟斷的局面，這也有利于我國在這一次的

15、技術(shù)浪潮中占據(jù)主動的優(yōu)勢，特別是借助于藍牙技術(shù)，使我國的信息產(chǎn)業(yè)能夠更快更廣泛地滲透到國民經(jīng)濟的其他領(lǐng)域中去，帶動我國的經(jīng)濟發(fā)展。 1.3研究目的和意義我的這次項目研究將通過采用兩個藍牙4.0設(shè)備進行通信。其中從機設(shè)備通過傳感器采集溫度，使用CC2540內(nèi)部的51內(nèi)核對數(shù)據(jù)進行處理，再將處理過的數(shù)據(jù)傳遞到另一個藍牙設(shè)備。主機設(shè)備收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)進行解碼，并將解碼后的溫度信息顯示在液晶屏上。這次研究的成功將帶來可觀的實際意義，可以使用更多的數(shù)據(jù)采集設(shè)備構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，對某些方面的信息進行全方位檢測。而且接收端可以采用支持藍牙4.0的所有設(shè)備進行數(shù)據(jù)接收，比如Iphone、Android設(shè)備

16、、計算機與其他支持藍牙的嵌入式系統(tǒng)。而這些設(shè)備可以上網(wǎng)，可以通過Internet連接，從而實現(xiàn)對特定事物的監(jiān)測。而用戶可以利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送命令，通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)控制執(zhí)行部件做出指定操作，從而實現(xiàn)遠程控制。該技術(shù)一旦成熟將廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測，智能家居，公共娛樂、人工智能等方面，將對人類未來的生活產(chǎn)生極其重要的影響，甚至完全改變我們現(xiàn)有的生活狀況。在不遠的將來，我們將可以足不出戶，通過智能手機、平板電腦或者個人電腦以及一些其他設(shè)備了解到我們想知道的關(guān)于某些事物的所有信息并對其進行控制。比如糧食倉庫中，糧食的保存和溫度有十分密切的關(guān)系，適宜的溫度能使糧食保存的時間更長而且不會變質(zhì)。但是傳統(tǒng)的測溫系統(tǒng)

17、都是通過有線的方式連接傳感器，而且傳感器的位置一旦被固定后，今后需要更換位置不是很方便。不僅如此，傳統(tǒng)的測溫系統(tǒng)的功耗都比較大，需要定期的人工維護，這樣下來，傳統(tǒng)的有線測溫系統(tǒng)的成本和效果都不盡人意。而利用本設(shè)計提供的 CC2540數(shù)據(jù)采集模塊，可以實現(xiàn)在糧食倉庫的任意需要測量溫度的位置放置 CC2540數(shù)據(jù)采集模塊，實時地將采集的溫度通過藍牙4.0協(xié)議無線傳輸給 PC端，以便 PC端根據(jù)采集的溫度對溫控系統(tǒng)進行適當(dāng)?shù)牟僮骰蜃龀銎渌鄳?yīng)的操作，使需要改變溫度的位置得到改善。而且由于藍牙4.0技術(shù)的超低功耗的特點，非常適合糧食倉庫這種需要長時間實時采集數(shù)據(jù)的環(huán)境。同樣地，在圖書倉庫和中藥倉庫中，

18、對溫度也有類似的要求，所以本設(shè)計的應(yīng)用對于這種需要十分有效的溫度調(diào)節(jié)的環(huán)境有廣闊的市場前景。又如在醫(yī)院的病房中，病人的心率、血壓、輸液剩余量等信息都是需要被醫(yī)生或護士在第一時間得知的信息。而傳統(tǒng)的傳感器模塊加有線傳輸?shù)姆绞皆卺t(yī)院病房這種人員較多，且人員流動頻繁的場所來說，顯得很不方便也很不實用，消耗也十分大。而本設(shè)計所提出的，基于CC2540的藍牙4.0模塊恰好能解決上面所述的問題。醫(yī)生和護士只需在辦公室，就能從 PC上實時地看到各個病人的情況，并且能準確地去了解病人的情況，做出相應(yīng)的醫(yī)療方案和應(yīng)急措施，這對醫(yī)生和病人來說都是極大的好處。2 系統(tǒng)方案設(shè)計無線技術(shù)的不斷進步和普及，隨之新興起了很

19、多的相關(guān)技術(shù)。著名的無線技術(shù)有藍牙，WIFI，NFC等。相比wifi技術(shù)，藍牙的傳輸速度慢很多，而且覆蓋范圍也遠不及wifi，但是wifi技術(shù)對硬件要求較高，而且功耗也是相當(dāng)驚人；在來說NFC，NFC是近幾年來隨著高端智能手機而興起的一門無線傳輸技術(shù)，由于其配對簡單使用方便，安全性較高受到人的歡迎，但是這個技術(shù)的缺點也比較明顯，首先，由于NFC技術(shù)定位高端手機，所以對于廣大用戶來說并不是很熟悉，其次，兩臺支持NFC的設(shè)備進行配對必須在很近的距離或者完成特定的操作才可配對連接，而且NFC具有極慢的傳輸速率，不適合較大數(shù)據(jù)量的傳輸，而且由于成本等原因，目前在使用中的NFC設(shè)備使用的技術(shù)并不成熟，不

20、適合大范圍普及使用。因此綜合考慮，從覆蓋范圍，傳輸速率，操作便捷性、硬件電路復(fù)雜性以及成本和功耗這些方面看，在一些對功耗有嚴格限制而且對傳輸速率沒有很高要求的環(huán)境，藍牙無疑是最佳選擇。新版本的藍牙4.0將數(shù)據(jù)傳輸在藍牙2.0,2.1的基礎(chǔ)上有了巨大的提升，而且有更短的連接時間，更大的覆蓋范圍，因此，越來越多的廠商選擇藍牙技術(shù)作為產(chǎn)品的無線連接方式。溫度檢測也是我們非常熟悉的一個課題，在各種各樣的場合我們都會用到溫度檢測這個技術(shù)。無論是工業(yè)生產(chǎn)，還是農(nóng)業(yè)種植，科學(xué)研究，甚至我們的社會生活，比如工作環(huán)境，生活環(huán)境，還有醫(yī)療衛(wèi)生等等，數(shù)不勝數(shù)。所以我選擇了藍牙測溫技術(shù)作為我的起點。由溫度測量入手，可

21、以慢慢了解無線傳輸方面的知識，以后再進行更加深層次的研究。2.1數(shù)據(jù)采集模塊(1)使用模擬溫度傳感器模擬傳感器的優(yōu)點是性質(zhì)穩(wěn)定，測量范圍比數(shù)字傳感器要廣得多。但是缺點就是需要更多的電路來支持，比如模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，還有我們比較常用的放大電路。因為這些，電路無疑會變復(fù)雜。(2)使用數(shù)字溫度傳感器數(shù)字傳感器相比前者，少了很多的電路，這些電路已經(jīng)集成在它內(nèi)部，可以直接輸出數(shù)字信號，所以抗干擾能力比較強。綜合考慮兩種方式溫度傳感器的優(yōu)缺點，由于數(shù)字傳感器的易用特點，最后我決定采用數(shù)字溫度傳感器。至于數(shù)字傳感器的選型，我采用DHT11。DHT11，特點是線路簡單，體積小巧。由于單總線特點我可以同時使用多個D

22、HT11來完成更復(fù)雜的溫度檢測。2.2無線收發(fā)模塊圖2-1 無線收發(fā)示意圖將DHT11采集到的模擬溫度信號傳遞給單片機cpu，由其進行處理后經(jīng)由無線模塊發(fā)送。目的終端通過無線模塊對數(shù)據(jù)進行接收，然后由目的端處理器進行處理，并將處理后的結(jié)果顯示在LCD顯示屏上。2.3系統(tǒng)方案設(shè)計方案一：利用單片機對DHT11的輸出的數(shù)據(jù)進行處理，然后將處理后的數(shù)據(jù)傳輸給藍牙模塊，再利用藍牙模塊進行發(fā)送，在目的端用藍牙模塊進行接收。最后處理后輸出LCD顯示屏。其中單片機芯片采用我們非常熟悉的AT89C51，因為數(shù)據(jù)處理對CPU要求不是很高，而且該芯片對于我們來說易于使用。該方案的系統(tǒng)框圖為：圖2-2 方案一框圖

23、方案二：采用CC2540藍牙芯片，該芯片內(nèi)部集成了 51內(nèi)核為處理器，因此在軟件編程上與方案一相似。但是這個方案簡化了數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計，電路變得相對簡單，由于DHT11是數(shù)字傳感器，所以需要CPU對數(shù)據(jù)采集部分進行軟件控制。相對于方案一，本方案優(yōu)勢在于CC2540藍牙芯片里集成了A/D轉(zhuǎn)換電路和微處理器，同時內(nèi)部還集成了藍牙4.0通信模塊。該方案的系統(tǒng)框圖為： 圖2-3 采用CC2540芯片的方案框圖電源部分圖中未畫出，本方案設(shè)計分為兩部分，其中一個為發(fā)送端，包括數(shù)據(jù)采集按鍵與最小系統(tǒng)，接收端包括最小系統(tǒng)及一塊LCD液晶顯示屏。發(fā)送端的電路僅使用紐扣電池供電，不需要復(fù)雜的電源電路，可以實現(xiàn)全

24、范圍溫度監(jiān)測。毫無疑問，選擇后一個方案。3 硬件電路系統(tǒng)設(shè)計3.1器件選擇3.1.1藍牙芯片TICC2540TICC2540的主要特點有：內(nèi)部集成了8051微控制器。而且相對于普通51單片機，CC2540擁有更大的128KB或256 KB的存儲空間，另外還有升級的8KB的SRAM；整合了無線射頻模塊；擁有21個通用輸入輸出接口， 2個USART (UART或SPI)接口，2個16位和2個8位計時器；擁有AES-128硬件加密/解密功能； 8通道 8到12位類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器以及超低功率類比比較器， 而且內(nèi)置運算放大器；2.4 GHz系統(tǒng)單片芯片封裝；超低功耗，僅僅使用一個紐扣電池便可運行

25、超過一年的時間；相比之前的藍牙版本擴大了覆蓋范圍，而且有較好的兼容性；使用單片6mm x 6mm封裝模式，在實際設(shè)計中有效地簡化了硬件電路的復(fù)雜程度；提供給用戶兩個方式single mode和dual mode。圖3-1 CC2540芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3-2 CC2540芯片的引腳圖圖3-3 CC2540最小系統(tǒng)板3.1.2溫度傳感器DHT11DHT11是一款數(shù)字溫濕度傳感器。因而，該傳感器DHT11能夠直接輸出數(shù)字信號，不需要外接濾波以及放大電路。采用4個引腳的封裝，小巧便捷，適用于溫濕度檢測的各種場合。與DS18b20一樣，都是單總線型器件，可同時使用多個器件。芯片內(nèi)部不僅有溫度傳感器，也有

26、濕度傳感器，在出廠是已經(jīng)經(jīng)過校準，而且內(nèi)置的放大電路和控制電路都密封在芯片內(nèi)，抗干擾性極強，而且精度較高，已經(jīng)在溫濕度監(jiān)測領(lǐng)域廣泛使用。圖3-4 DHT11引腳說明圖3-5 DHT11的使用電路3.1.3液晶顯示屏LCD12864LCD12864是128*64點陣的液晶屏幕圖3-6 LCD12864LCD12864參數(shù)顯示類型：STN顯示色彩：顯示色：白 背景色：藍偏振模式：透反射/正性視角：6 點鐘驅(qū)動方式：1/64 DUTY 1/9 BIAS背光：LED白色控制器：ST7920,ST7921或兼容數(shù)據(jù)總線：串口或8位、4位并口溫度特性：工作溫度：-20C - +70C點陣格式：128 x

27、64點尺寸：0.48 x 0.48mm點中心距：0.52 x 0.52mm視域：72.0 x 39.0mm有效顯示區(qū)域：66.52 x 33.24mm外形尺寸：93.0 x 70.0 x 13.00mm Max.3.2硬件電路設(shè)計3.2.1天線電路設(shè)計CC2540外部僅需幾個簡單的阻容網(wǎng)絡(luò)即實現(xiàn)復(fù)雜的RF前端。TI已經(jīng)提供了非常可靠的參考設(shè)計，所以本設(shè)計只需按照TI的參考設(shè)計來開發(fā)電路即可。天線設(shè)計可以根據(jù)不同的應(yīng)用來選擇，可選擇使用PCB天線，或者SMA天線。由于做工難度較大我們采用自帶天線的最小系統(tǒng)板，電路設(shè)計如圖3-1所示。圖3-7 天線及巴倫匹配3.2.2晶振電路設(shè)計由于CC2540需

28、要2個晶振，32MHz和32.768K，所以本設(shè)計安裝要求設(shè)計了這2個晶振電路，晶振電路接口如圖3-2所示。圖3-8 晶振電路3.2.3電源電路設(shè)計圖3-9 電源電路設(shè)計TI第一代CC2540DK開發(fā)套件中的Keyfob開發(fā)板可以使用USB轉(zhuǎn)DC電源從USB接口上取電，另外也可以使用鋰電池等供電，直接插在BT1上進行供電，板子上的電壓輸入范圍為3V到6V，具體電路由上圖所示。3.2.4LED電路設(shè)計圖3-10 LED電路設(shè)計本設(shè)計采用與TI完全兼容的四色LED，高電平驅(qū)動，另外D4和S1按鍵共用一個端口。LED和按鍵S1電路如圖3-4所示。圖3-4 LED驅(qū)動和按鍵S1驅(qū)動電路3.2.5五向按

29、鍵電路設(shè)計協(xié)議棧另外一個非常重要的拓展電路就是五向按鍵，幾乎每個協(xié)議棧demo都會用到五向按鍵來輔助操作。五向按鍵的電路比較復(fù)雜，但是原理非常簡單，第一步當(dāng)按鍵按下時，電路產(chǎn)生一個高電平，觸發(fā)一個GPIO中斷，然后通過放大器輸出不同的電壓值，當(dāng)CC2540接收到中斷后開始去讀五向按鍵的電壓，不同的方向按下產(chǎn)生的電壓值不同，這樣就實現(xiàn)了joystick。圖3-11 五向按鍵設(shè)計電路3.2.6串口電路設(shè)計在本設(shè)計中，使用的是RS232將CC2540的UART轉(zhuǎn)成RS232，然后方便與PC連接。這部分值得注意的地方是，串口的流控制，在設(shè)計時底板上復(fù)用了CTS和RTS這兩個引腳。CTS和RTS并沒有與

30、max232芯片直連，而是通過一個接插件P10，如果軟件中需要使用流控制，需要用杜邦線或者跳冒短接P10的1、2兩個腳以及3、4兩個腳。串口電路如圖3-6所示。圖3-12 串口電路3.2.7LCD12864電路設(shè)計圖3-13 LCD電路本設(shè)計采用小型的12864作為系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)，該LCD采用SPI接口。LCD電路設(shè)計如下。3.2.8復(fù)位電路設(shè)計圖3-14 復(fù)位電路CC2540內(nèi)部集成了上電復(fù)位電路，為了方便程序調(diào)試，本設(shè)計在板子上加了一個按鍵用來在線復(fù)位，尤其當(dāng)使用UART轉(zhuǎn)串口時，直接斷電會導(dǎo)致PC設(shè)備異常，這樣復(fù)位按鍵就能夠起到很好的系統(tǒng)復(fù)位功能。復(fù)位電路如圖3-10所示。圖3-10 復(fù)

31、位電路3.2.9下載調(diào)試電路設(shè)計圖3-15 下載調(diào)試電路Keyfob開發(fā)板使用標準的CC-Debugger調(diào)試接口，為了方便調(diào)試，特意將debugger接口的9腳和2腳短接，這樣可以使用CC-Debugger為板子供電。4軟件設(shè)計4.1 藍牙協(xié)議棧藍牙協(xié)議棧結(jié)構(gòu)TI官方的的藍牙協(xié)議棧包含主機和控制器兩部分。由下圖可以看出，控制器部分包括物理層、鏈路層、主機控制接口層等幾個層；主機部分包括邏輯鏈路控制及自適應(yīng)協(xié)議層、通用屬性配置文件層、屬性協(xié)議層、通用訪問配置文件層、安全管理層。圖4-1 藍牙4.0協(xié)議棧結(jié)構(gòu)4.2BLE協(xié)議棧開發(fā)平臺配置TI公司免費的藍牙4.0 BLE軟件開發(fā)套件是完整地支持單

32、模藍牙4.0 BLE應(yīng)用開發(fā)的平臺，它基于CC2540/CC2541射頻單片機，是一套完整的SoC解決方案。藍牙4.0 BLE軟件開發(fā)平臺支持兩種不同的應(yīng)用開發(fā)配置：單一設(shè)備：控制器、主機、配置文件、應(yīng)用程序在一片CC2540上實現(xiàn)，這是最簡單和最常見的配置。這種方式提供最低的成本和功耗，大部分實際應(yīng)用都采用這種方式。SimpleBLEPeripheral和SimpleBLECentral示例工程都是采用單一設(shè)備的配置方式。網(wǎng)絡(luò)處理器：控制器和主機部分在CC2540上執(zhí)行，而應(yīng)用程序和Profiles在另一個設(shè)備執(zhí)行。應(yīng)用程序和Profiles通過廠商特定的HCI命令與CC2540通信，這一過

33、程需要使用硬件或UART接口，或者通過USB使用虛擬的UART接口。網(wǎng)絡(luò)處理器配置適用于應(yīng)用程序在另一個設(shè)備（外部微控制器或PC）上運行的情況。在這種情況下，應(yīng)用程序可以在外部獨立開發(fā)，而協(xié)議棧仍然在CC2540上運行。要使用網(wǎng)絡(luò)處理器，HostTestRelease工程必須使用。如上所述，本設(shè)計是為了實現(xiàn)CC2540無線通信模塊與PC機的通信，所以本設(shè)計所選擇的BLE 協(xié)議棧開發(fā)平臺配置為網(wǎng)絡(luò)處理器配置。 4.3SimpleBLEPeripheral 從機編程這里說到的從機，也就是本設(shè)計用到的Keyfob開發(fā)板。在TI的BLE協(xié)議棧中，雖然主機和從機的主體結(jié)構(gòu)類似（均基于osal），但是從機

34、和主機有著很大的區(qū)別，從機里包含了一個叫做profile的相關(guān)代碼，這個profile決定了從機的功能。例如防丟器、血壓儀、心率計等均是藍牙組織規(guī)定的profile。打開SimpleBLEPeripheral從機工程。ProjectsbleSimpleBLEPeripheralCC2540SimpleBLEPeripheral.eww進入SimpleBLEPeripheral.c主體源文件。4.2IAR集成開發(fā)環(huán)境簡介IAR Embedded Workbench（又稱做EW）的C交叉編譯器是一款完整、穩(wěn)定且很容易使用的專業(yè)嵌入式應(yīng)用開發(fā)工具。EW對不同的微處理器提供統(tǒng)一的用戶界面。目前可以支持

35、至少35種的位ARM微處理器結(jié)構(gòu)。IAR Embedded Workbench集成的編譯器有以下特點：Ø 完全兼容標準C語言；Ø 內(nèi)建相應(yīng)芯片的程序速度和內(nèi)部優(yōu)化器；Ø 高效浮點支持；Ø 內(nèi)存模式選擇；Ø 高效的PRO Mable代碼。為了滿足本設(shè)計的需求，使用的IAR版本是8.10.4。 藍牙4.0 BLE協(xié)議棧BLE協(xié)議棧需要先自己安裝，里面存放的是協(xié)議棧源碼，TI會陸續(xù)更新協(xié)議棧版本，但是本設(shè)計為了配合IAR的版本，所以選擇使用1.3.2版本的BLE協(xié)議棧。協(xié)議棧文件夾下有以下幾個目錄：l AccessoriesAccessoriesDr

36、ivers 里面存放的是燒寫了 HostTestRelease 程序的CC2540 USBDongle的USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動程序，很多用戶反應(yīng)說USBDongle插到電腦上沒有被識別成串口號，這里就要注意，USBDongle出廠時燒寫的是PacketSniffer的固件，是協(xié)議分析儀，叧有當(dāng)USBDdongle燒寫了 HostTestRelease 程序時才會表現(xiàn)為一個串口，此時USBDongle的驅(qū)動程序即在 Drivers 目錄下。AccessoriesHexFiles 里面存放的是 TI 開發(fā)板上的預(yù)先編譯的hex文件。AccessoriesBTool 以前的協(xié)議棧版本沒有這個目錄，這里存放

37、的是 BTOOL 的安裝文件，不過不需要手動安裝，因為剛才安裝協(xié)議棧的時候已經(jīng)安裝BTOOL。l Components目錄Components存放的是最終要的協(xié)議棧組件，包括底層的BLE，還有開發(fā)板硬件層 hal，還有類似操作系統(tǒng)的osal。l Documents目錄Documents存放的是 TI 提供的關(guān)于協(xié)議棧和協(xié)議棧 demo 的相關(guān)介紹和開發(fā)文檔，因為該目錄下的文件非常重要，雖然全部是英文，也需要查看：TI_BLE_Sample_Applications_Guide.pdf協(xié)議棧demo操作指南，協(xié)議棧里所有demo的說明都在這里。TI_BLE_Software_Developer&

38、#39;s_Guide.pdfBLE協(xié)議棧指南，介紹BLE和 TI的BLE協(xié)議棧。BLE_API_Guide_main.htm BLE API 文檔，協(xié)議棧里調(diào)用的API函數(shù)還有調(diào)用時序，均在此文檔中。l Projectsble目錄Projectsble，最后一個，也是最重要的目錄，基于協(xié)議棧的demo工程都在這里。所有的協(xié)議棧demo都要放到Projects/ble這個目錄下編譯運行，因為IAR程配置中使用的是相對路徑，一旦IAR工程位置和整個協(xié)議棧源碼的相對位置發(fā)生變化，就無法找到ble的其他組件，編譯時會產(chǎn)生大量的無法找到文件的錯誤，所有程序必須要放到這里來編譯。 BToolBTool是

39、一款TI公司出品的，與CC2540開發(fā)配套的PC端應(yīng)用程序，通過使用主機控制接口（HCI）命令的方式與藍牙BLE外設(shè)通信。Btool允許用戶使用基本的BLE集中器設(shè)備功能，例如發(fā)現(xiàn)藍牙外設(shè)或廣播設(shè)備、建立與外設(shè)的連接、進行GATT應(yīng)用數(shù)據(jù)的讀寫操作、綁定服務(wù)等。因此，可以在PC端使用Btool工具來進行藍牙外設(shè)應(yīng)用程序的開發(fā)調(diào)試。4.3 BLE 協(xié)議棧執(zhí)行流程淺析在IAR工程的左側(cè)有很多的文件夾，如APP、HAL、OSAL、PROFILES等，如圖3.3所示，這些文件夾下面包含了很多的源代碼，這種實現(xiàn)方式與藍牙4.0 BLE協(xié)議的分層思想是相對應(yīng)的，盡量將實現(xiàn)某些功能的函數(shù)放在同一文件夾下，否

40、則編譯將出現(xiàn)問題。圖4-2 工程主界面 在main()函數(shù)中調(diào)用了很多其他文件中的函數(shù)，重點是osal_start_system()函數(shù)，在此之前的函數(shù)都是對板載硬件以及協(xié)議棧進行的初始化，直到調(diào)用o s a l _ s t a r t _ s y s t e m () 函數(shù)，整個藍牙4.0 BLE 協(xié)議棧才算是真正的運行起來了。5系統(tǒng)測試現(xiàn)在給主機板和從機板上電， 然后通主機板癿五向按鍵來與從機板通信。SimpleBLECentral 和SimpleBLEPeripheral之間的通信的方式非常簡單，首先主機先搜索從機，找到從機后開始連接，連接成功，通過五向按鍵先給從機寫一個char，然后在

41、回讀剛才寫入的char，就這樣每循環(huán)一次讀寫的數(shù)值增加1，此外，主機還可以獲取從機的RSSI 值。下面來詳細介紹。開發(fā)板上電后如圖4.1所示。圖4-3 上電圖搜索從機按下主機板的Joystick UP 按鍵，開始搜索從機，等待一會兒，會返回搜索到的從機（若不想等待，立刻再按一次UP 按鍵，會立刻返回搜索到的從機），如圖4.2、4.3所示。圖4-4 從機搜索圖4-5 從機搜索查看搜索到的從機列表按下Joystick Left 按鍵，進入搜索到的從機列表，可以從lcd看出。 圖4-6 搜索到的從機列表選擇從機并且連接按下Joystick Center 按鍵，開始連接選擇的從機，連接成功后會在主機板

42、的LCD 上顯示Connected，如圖4.5所示。圖4-7 從機連接然后過一會LCD 會顯示：“Simple Svc Found”，表示已經(jīng)連接成功。如圖4.6所示：圖4-8 連接成功實時查詢RSSI 信號值：按Joystick Down 可以獲取從機的RSSI 值，再按一下是取消RSSI 值的顯示。注意顯示的RSSI 值為-33dB，將兩個CC2540 放在一起，RSSI 值能在-35dB 以內(nèi)，表明天線的效率和性能還是很高的，如圖4.7所示。圖4-9 RSSI值查詢數(shù)據(jù)通信：連接成功后，再按下Joystick UP，會執(zhí)行讀寫char，按一次先write char，然后再按一次是read

43、 char，每一次循環(huán)，讀寫的char 值增加1，如圖4.8所示。圖4-10 數(shù)據(jù)通信BLE 數(shù)據(jù)通信的常用方法：其實理論上來說低功耗藍牙的通信方式有下面幾種：A、Write CharacteristicB、Read CharacteristicC、Notify（通告）前兩者AB 是GATT 的Client 去聯(lián)系Service，簡單的說就是主機程序去和從機通信，讀和寫的發(fā)起者均是主機。后者C 是GATT 的Service 去通知從機，就是從機去和主機通信，發(fā)起者是從機。SimpleBLECentral 和SimpleBLEPeripheral的程序中涵蓋了這三者，當(dāng)然實驗中使用的五向按鍵用到

44、了前兩者。剛才的實驗還沒有完，就是如何斷開和從機的連接。斷開連接最后斷開連接是再次按下Joystick Center 按鍵。斷開后，主機的LCD會顯示“Disconneced”，如圖4.9所示。圖4-11 斷開連接6結(jié)論6.1結(jié)論我的這次項目研究是兩個藍牙4.0設(shè)備之間進行簡單的通信。其中從機通過傳感器采集溫度數(shù)據(jù)然后經(jīng)過CC2540進行處理，其次，經(jīng)藍牙模塊發(fā)送到主機。最后收到數(shù)據(jù)的主機設(shè)備將數(shù)據(jù)進行解碼，然后將溫度信息進行液晶顯示。（1）首先將調(diào)試好的軟件進行全編譯，軟件編譯調(diào)試環(huán)境是IAR Embedded Workbench for 8051圖5-1 IAR編譯環(huán)境（2）將軟件編譯生成

45、的HEX文件下載到TI CC2540芯片中，實用軟件是圖5-2 CC2540開發(fā)板下載軟件Smart RF Flash Programmer（3）去掉下載線，給系統(tǒng)供電，電路開始運行，溫度數(shù)據(jù)開始采集。（4）等系統(tǒng)運行穩(wěn)定，將接收板供電，與發(fā)送板進行連接，開始接收數(shù)據(jù)。（5）接收板得到數(shù)據(jù)，將溫度信息在LCD液晶顯示屏上進行顯示。本次畢業(yè)設(shè)計項目結(jié)束。（1）目標完成情況通過我的努力和指導(dǎo)老師杭老師的指導(dǎo)，開始對藍牙無線測溫系統(tǒng)進行研究，首先是確定無線收發(fā)系統(tǒng)的整體系統(tǒng)設(shè)計研究，通過指導(dǎo)老師的指導(dǎo)，最終確定了方案。其次是對硬件開發(fā)分模塊的設(shè)計研究，通過指導(dǎo)老師的指導(dǎo)，逐步完成了本次畢業(yè)設(shè)計。（2

46、）存在不足在具體方案實施中，我遇到了了很多問題，比如在軟件編程中協(xié)議棧的使用及配置，還有硬件電路的焊接，雖然幾天的焊接過后，技術(shù)熟練了很多，但是漏焊問題還是存在。本次畢業(yè)設(shè)計是第一次接觸到協(xié)議棧這個新的領(lǐng)域，在剛開始的時候，對這個名詞幾乎是沒有深入的了解，在最初的學(xué)習(xí)時經(jīng)常是一頭霧水，云里霧里，后來在反復(fù)讀了歐陽俊等老師所著的藍牙4.0 BLE開發(fā)完全手冊物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)技術(shù)實戰(zhàn)幾遍后，又在實際情況下親手操作了幾個例程，總算是對藍牙4.0 BLE通信有了一個大致的理性的認識。下面對本次畢業(yè)設(shè)計中所做的主要工作做以下總結(jié)：1）對于無線測溫系統(tǒng)有了更多的認識。這是我第一次接觸到CC2540藍牙芯片，也是

47、第一次接觸無線通信技術(shù)。測溫技術(shù)我還是比較熟悉的，通過這次設(shè)計，我不僅僅學(xué)會了使用數(shù)字溫度傳感器，也讓我對無線藍牙技術(shù)有了全面的了解，同時還接觸到了無線測溫技術(shù)。2）這次畢業(yè)設(shè)計中，我認識了很多新的軟硬件。硬件有DHT11溫度傳感器、CC2540藍牙芯片、五向按鍵、12864液晶顯示屏等，軟件有IAR、Btool、SmartRF Flash programmer、串口調(diào)試助手。3）通過本次設(shè)計是對自己的一種肯定，之前對一些比較復(fù)雜的設(shè)計一直信心不足，一直以為這些是研究生或者專業(yè)人士才能做到的。雖然說本次設(shè)計做的不夠完美，但是能夠獨立完成設(shè)計方面的內(nèi)容已經(jīng)很不容易，讓我信心倍增。4）通過本次設(shè)計也讓我的文獻檢索能能力有了一個很大的提高。同時學(xué)會了通過altium desinger summer軟件繪制PCB板，在然后工作中都是必不可少的技能。5)通過此次設(shè)計，使我深刻的認識到自己在知識方面的儲備是遠遠不夠的，大學(xué)四年所掌握的知識用以完成這次設(shè)計是遠遠不夠的，我只能通過參考文獻學(xué)習(xí)完成這次設(shè)計，另外還有老師以及其他同學(xué)的無私幫助。6.