一種基于藍牙技術的無線U盤設計

時間：2024-10-23 11:10:14 計算機應用畢業論文

一種基于藍牙技術的無線U盤設計

　　摘要：針對傳統的數據采集器存在線路布置復雜，開發周期長等問題，本設計利用大容量U盤來存儲溫度傳感器所檢測到的數據，同時用微處理器來讀寫U盤，將數據在無線U盤與移動終端之間進行通信，從而達到存儲單片機系統采集到的數據的目的，實現對所需數據的快速分析和管理。利用無線U 盤作為中間存儲介質，既克服了對計算機的依賴，同時可以上傳到互聯網，方便人們隨時隨地獲取數據分享數據。

　　關鍵詞：藍牙U 盤傳感器無線傳輸

　　傳統的數據采集器是以有線的方式連接采集端和控制端的，PC上一般都安裝數據分析處理軟件來分析處理數據，這樣就需要較為復雜的線路，而且開發起來時間也比較長。隨著信息化時代的發展，對數據進行采集和分析的主要采取分布式數據采集形式，這種方式不僅體現了數據采集在智能化、集中化上的趨勢，而且在網絡化、分布化上面有越來越顯著的發展趨勢。在信息化日新月異的今天，微處理器和單片機的應用與研究蓬勃發展，我們的日常生活與其已經密不可分，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據，并且能夠實時的與移動終端進行通信，基于此本文提出了將無線U盤和藍牙技術相結合的一種新型的數據采集器。

　　本設計整體可分為三部分，硬件設備(U盤將通過藍牙設備發送數據)、ANDROID APP(接收藍牙數據并通過WIFI與AP建立連接)和服務器(PC)。這樣，我們對U盤中的數據就有了多渠道處理方式，同時傳感器的加入給U盤中的數據賦予了很大的意義，可以應用在醫療、農業等方面發揮巨大作用。同時，低成本也是本設計的特色之處，性價比高，可以很方便，快速的應用于各個領域。

　　一、技術方案

　　如圖1所示，本系統由溫度傳感器、主控單元、USB 接口芯片和U 盤和計算機、藍牙模塊等6部分組成。本系統要做的是在普通U 盤上集成藍牙模塊，以實現U盤與其他藍牙設備的數據傳輸和無線通信。

　　二、硬件設計

　　2.1 藍牙模塊

　　本設計的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語言子程序庫提供了USB存儲設備的文件級接口，這些應用層接口API包含了常用的文件級操作，可以移植并嵌入到各種常用的單片機程序中。對于USB存儲設備的應用，CH375直接提供了數據塊的讀寫接口，以512b的物理扇區為基本讀寫單位，從而將USB存儲設備簡化為一種外部數據存儲器，單片機可以自由讀寫USB存儲設備中的數據，也可以自由定義其數據結構。

　　本設計中U盤是在主機方式下運行，通常使用的USB全速設備也可以得以支持，外部單片機可以通過CH375按照相應的USB 協議與USB 設備通訊，CH375 還內置了處理Mass-Storage 海量存儲設備的專用通訊協議的固件，外部單片機可以直接以扇區為基本單位讀寫U盤數據。

　　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(達拉斯)公司生產的DS18B20溫度傳感器，利用DS18B20對測量對象進行數據采集，然后利用USB接口芯片在U盤和微控制器之間進行數據的傳輸，從而可以把采集到的數據存儲到U盤中。然后將U盤與計算機進行連接，就可以在計算機上對數據進行管理或直接將手機與藍牙模塊進行連接，讀取到其中數據，移動終端的軟件平臺如圖3所示。

　　如圖3所示，本設計的軟件框架主要由藍牙核心協議、會話層協議以及上層應用程序構成。藍牙的核心系統協議為最低的4個Layer，再加上應用層profile SDP，包括：基帶，鏈路管理，邏輯鏈路控制與適應協議和服務搜索協議，SDP。藍牙核心協議對藍牙數據進行控制和處理。本方案的核心技術是實現基于對象交換協議(OBEX)(完成兩藍牙設備間的數據對象通信)的文件單點傳送，而它是文件多點傳送的基礎。

　　三、軟件設計

　　3.1 軟件平臺

　　Arduino是源自意大利的一個開放源代碼的硬件項目平臺，該平臺包括一塊具備簡單I/O功能的電路板以及一套類似于 Java 和 C 語言的 IDE 集成開發環境。Arduino用戶通過 USB接口直接進行編程和通信，可以用來開發交互產品，比如它可以讀取大量的開關盒傳感器信號，并且可以控制電燈、電機和其他各式各樣的物理設備;Arduino也可以開發出和PC相連的周邊裝置，能在運行時與PC上的軟件進行通訊。Arduino的硬件電路板可以自行焊接組裝，也可以購買已經組裝好的模塊，而程序開發環境的軟件則可以從網上免費下載和使用。

　　藍牙通用應用框架如圖4所示。Android系統提供了藍牙開發的API，供開發者調用。 Android平臺包括藍牙網絡協議棧，允許藍牙設備之間進行數據的無線交換。應用程序框架提供了通過Android藍牙API的訪問藍牙功能。這些API允許應用程序以無線方式連接至其他藍牙設備，可實現點對點和多點無線功能。

　　在Android平臺上，藍牙設備之間的通信主要包括了四個步驟：對藍牙設備進行設置、在局域網內尋找有可能進行匹配的藍牙設備、對設備進行連接和在設備之間進行通信。

　　3.2 服務器配置

　　從客戶端給的數據是有一定格式的，首先客戶端必須把文件名告訴服務器，然后，把文件中的數據傳輸過去。具體來說，如圖5所示，先在服務器端開一個端口為422，用來監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，在接受流的時候，存在一個問題就是不知道接受的數據哪部分是文件名，哪部分是文件本身的數據信息，本文解決的方法是：把第一批來的數據轉化為字符串，獲取以.txt結束之前的那部分，這樣便可獲知文件名是什么。在接下來便是在服務器端創建同名文件，把流中余下的數據寫入到同名文件中，保存在特定的服務器文件夾下。

　　3.3 模塊初始化流程

　　四、結語

　　通過將U 盤連接到藍牙模塊中，并對數據采集模塊再設計，使得數據采集模塊具備了與所有具有藍牙模塊的電子產品進行數據無線傳輸的功能，具有即時性、便捷性。同時，我們在芯片周圍提供豐富接口，可連接多種接口傳感器，并將實時采集的數據記錄在U盤，可直接被電腦讀取，或間接被手機讀取。在手機端，有獨立開發的ANDROID APP，具有讀取U盤數據，保存到本地，或者上傳的服務器的功能，只要將移動設備連接到AP，就可以將數據同步到服務器，以便隨時隨地的訪問數據。將U盤、手機、互聯網、傳感器四者結合到了一起。實現了數據的實時讀取和采集。

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