一款远程检测障碍物的蓝牙智能终端系统设计

一款远程检测障碍物的蓝牙智能终端系统设计

张晓龙

张晓龙

广东鼎华科技股份有限公司广东佛山528000

摘要：针对当前智能移动终端在人民生活中普及程度较高的特点,本研究结合蓝牙通信技术以及红外线技术,设计了一款远程检测障碍物的智能终端系统,并着重介绍了其设计过程以及实现方式，就系统功能的实现进行了仿真测试。

关键词：蓝牙通信技术；红外线光电管；远程检测

引言

近年来,借助物联网技术和控制技术的不断进步,移动通信技术和移动智能终端系统发展迅猛,正在不断地改变人们的工作习惯和生活方式,人们生活质量也在不断提高。其中，蓝牙技术,作为一种在2.4GHz无线基础上新发展起来的电缆置换技术,由于其全球统一的标准性、数据传输方面的优越性、自动组网能力、低功耗、低成本和高安全性等特点,已经得到广泛认同。同时,红外线技术也在近年来不断受到各国学者的关注,其研究和应用领域也不断得到扩大。下面介绍的这种基于红外检测的蓝牙智能终端系统，是一款能够实现远程检测障碍物的智能系统。

1.系统总体设计

本系统采用C8051作为核心处理器，采用单节锂电池通过低压差线性稳压器HT7533为系统供电，并通过MiniUSB接口定期给电池充电。利用红外线光电管将电信号转化为光信号，将调制后的电信号通过红外线发射管发射出去，红外线在空气中进行传播时，遇到障碍物会产生反射和衍射。与此同时，红外线接收管对反射后的信号进行解码，并将光信号还原成电信号送往MSP430处理器分析，从而达到实时检测到是否存在障碍物的目的。通过蓝牙(CC2540)与智能终端服务器连接，实时更新检测信息[1]。系统总体设计框图如图1所示。

图1系统总体设计框图

2.系统硬件设计

系统的硬件设计主要由五个模块构成：MCU电路模块、红外检测模块(红外发射电路模块与红外接收电路模块)、BLE电路模块及电源电路模块。MCU电路模块采用低功耗高性能的16位CPU架构的MSP430G2553作为主控芯片，该芯片能产生红外编码调制信号并对红外接收信号的解码，同时还能与蓝牙进行通信，将数据动态更新。红外发射电路模块采用NPN型三极管C8050来驱动红外管发射红外线[2]。红外接收电路模块利用红外光敏二极管来接收反射后的红外信号，使用时给红外接收二极管施加反向偏压，使其正常工作而获得高的灵敏度，同时采用红外线一体化接收头。BLE电路模块采用高性能、低功耗的处理器CC2540。电源电路模块选用3.3V低压差线性稳压器HT7533为电路提供稳定的电源，该模块可选择式的给电池充电或为系统供电，并且适用于供电电源为4.2V的锂电池、蓝牙模块和MSP430。

系统主要通过MCU电路模块对红外电路模块传送过来的信息进行处理，并将处理后的信息反馈给BLE电路模块，进而传达给智能终端服务器进行响应[3]。主要硬件设计红外电路模块如图2所示。

（图2红外发射与接收电路

3.软件部分设计

3.1系统软件总体设计

系统软件是设备系统的核心组成部分，初始化之后，其工作流程大致分为三步：红外测距，蓝牙通知，移动端响应。红外测距是通过红外接收管不断检测反射回来的红外线，判断目标区域内是否存在障碍物；蓝牙通知是通过检测红外接管引脚电平，来判断是否需要向已握手设备发送特定命令码；移动端响应是通过移动端解码蓝牙发送的命令，获取设备状态并向系统控制端发起请求[4]。

3.2移动端APP的设计

移动端APP是为了简化智能终端在应用过程中的操作问题而设计的一种控制软件。相比于硬件按键控制及触摸屏操作控制，移动APP和智能终端拥有更高的匹配度，其功能能够完全的自主控制，并且开发流程简便[1]。只要移动端能够联网，APP与智能终端就可以实现数据交互，并且不需要直接接触就能对终端进行控制，使得操作更加简单便捷。

4.系统仿真与功能实现

4.1测试说明

本设计分别从四个模块对系统的性能做了测试：（1）红外检测模块针对电路对信号的发送与接收能力进行了障碍物距离测试；（2）蓝牙4.0BLE模块对不同距离的障碍物进行了通信数据测试；（3）电源模块对不同工作时间的电池电量、工作电压及工作温度进行了测试；（4）智能移动端模块对APP的智联数据交互功能进行了测试。

4.2测试流程

（1）红外测距测试

选取适当的障碍物，将其摆放在距实验电路2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.0m处，发送一个信号，记录接收情况。测试数据如表1所示。

表1红外检测距离数据

（3）电源电量测试

打开蓝牙模块和MSP430电源，记录在电源工作时间达到20小时、50小时、100小时、200小时、300小时的电池电量、工作电压及工作温度。实验结果表明，在200小时以内，电池工作正常，产生热量较小。工作时间超过200个小时后，电池会进入过放状态，发热较严重。锂电池能够保证系统在一个星期内正常工作。

（4）APP数据测试

在移动端安装APP,打开智能终端的网络，成功实现数据交互。

4.3系统功能实现

系统接入电源后，红外模块和蓝牙模块电路均能正常工作，当红外检测到障碍物时，蓝牙能够实时更新数据，满足了设计指标要求。本产品主要采用现代电路构成，减少了硬件电路，是一个低成本、低功耗、通用性强、小体积、易安装、操作间单的便携式智能控制终端。

5.总结

综上，本研究设计了一套基于红外技术、蓝牙技术的障碍物检测系统，并将所获取到的数据通过蓝牙(CC2540)与前端服务器进行数据交互。同时用户在移动端设备下载应用APP，通过APP实现蓝牙与各个智能终端设备的连接，从而实时获取到最新的动态数据，实现对产品的实时监控和控制。具有低成本、低功耗、通用性强、小体积、易安装、操作简单、便于携带等优点，因此有一定的应用前景和市场价值。

参考文献：

[1]陈立锋.基于蓝牙通讯的通用红外控制系统的实现[D].天津大学,2007.

[2]刘克旺.基于红外线技术的汽车警示系统[J].装备制造,2010(4):242+247.

[3]陈立奇.基于红外和蓝牙技术的智能车库管理系统设计研究[J].中国战略新兴产业,2017(12).

[4]郭杰荣,桂景祁,熊志龙等.基于红外及蓝牙技术的智能车库管理系统设计[J].湖南文理学院学报(自然科学版),2013(2):67-69.