基于藍牙4.0的設備通信方案設計與實現(xiàn)

張雪

【摘要】 藍牙設備為手機及電腦等設備帶來了較大的便利，而基于藍牙4.0設備的通信方案設計與實現(xiàn)具有重要的意義。本文主要采用CC2450F128芯片解決藍牙系統(tǒng)的通信方案問題，設計其可行性方案，且采用測試的方式確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

【關鍵詞】 藍牙4.0 設備通信 方案設計

前言：隨著科技的不斷進步，藍牙技術已經逐漸應用于諸多電子產品，但是在藍牙4.0的設備通信方案設計與實現(xiàn)中，依然存在較多的缺陷，無法進行大規(guī)模應用[1]。因此，探究藍牙4.0的設備通信方案具有重要的意義。TI公司的CC2450F128芯片適合作為藍牙通信芯片，支持UART及USB接口，適用于藍牙4.0設備通信方案[2]，因此，探究其方案設計與實現(xiàn)具有重要的意義。

一、總方案設計規(guī)劃

藍牙4.0的設備通信方案設計與實現(xiàn)可以為藍牙耳機及手機應用提供數(shù)據(jù)傳輸，該方案支持一對多通信鏈接，選用TI公司生產的CC2450F128芯片[3]。其總體設計如圖1所示。從圖中可以看出，系統(tǒng)包括手持設備和藍牙設備，而藍牙設備的數(shù)據(jù)傳輸則是本文致力于設計與實現(xiàn)的方案。

二、基于藍牙4.0的設備通信方案設計與實現(xiàn)

1、電路設計。低功耗電路圖如圖2所示，從設計電路圖中可以看出，芯片在設計時需要兩個時鐘晶振，核心電路圖的設計在于天線的設計，需要根據(jù)安裝情況調整阻抗，該設計方式可以提供多個IO引腳。

2、通信協(xié)議設計。在系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)中，需要對通信協(xié)議進行設計，其核心內容是對通信寫的設計和擴展，需要通過按照藍牙4.0的通信協(xié)議進行配置，其主要包括 Service配置以及Characteristic配置。在系統(tǒng)的應用中，每個應用均可以包含多個配置，如在Service配置中，可以添加UUID為00001802-0000-1000-8000-00123456789b；在Characteristic配置中，可以添加UUID為00002a06-0000-1000-8000-00123456789b。

三、系統(tǒng)性能分析

3.1 信號強度與距離性能測試

在藍牙4.0設備的通信方案設計與實現(xiàn)中，信號強度是保證通信質量的重要手段，因此需要對通信系統(tǒng)的信號強度進行測試，其原始信號數(shù)據(jù)如圖3所示，從圖中可以看出，信號強度的變化較為明顯，數(shù)據(jù)較為集中，部分數(shù)據(jù)存在一定的波動。在同一距離中，對信號強度的均值進行計算，之后通過數(shù)據(jù)擬合手段進行分析，確定信號強度圖，如圖4所示，在圖中可以看出，信號強度在1m以內呈現(xiàn)出迅速衰退的現(xiàn)象，而隨著距離的不斷增加，其衰減趨勢逐漸降低。另外，在信號強度的傳輸過程中，藍牙信號存在一定的波動性，因此需要多次采用的方式來處理數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的有效性和穩(wěn)定性。

3.2 設備的穩(wěn)定性測試

在藍牙4.0設備通信方案的設計與實現(xiàn)中，需要保證信號強度的穩(wěn)定性，因而需要對其進行相關測試，其主要體現(xiàn)為以下幾點：第一，需要對設備的發(fā)現(xiàn)壓力進行測試，在測試中，需要在10m以內的信號采用100個藍牙設備進行發(fā)現(xiàn)壓力測試，通過掃描發(fā)現(xiàn)，近距離藍牙設備的發(fā)現(xiàn)頻率較高，而隨著距離的不斷增加，設備的發(fā)現(xiàn)頻率呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，并且發(fā)現(xiàn)率達到95%，5%的設備由于近距離設備對資源的占用而導致未被發(fā)現(xiàn)。第二，對設備進行連接測試，藍牙系統(tǒng)理論中連接設備的數(shù)量不會受到控制，但是在實際應用中，連接設備的穩(wěn)定性會隨著設備的增加而降低，在本次測試中，發(fā)現(xiàn)連接5臺以內的藍牙設備時，通信系統(tǒng)相對較為穩(wěn)定，而超過此數(shù)量，設備的穩(wěn)定性逐漸降低。第三，對設備的誤報率進行測試，在本次測試中，當設備超過10m距離時，設備的發(fā)現(xiàn)時間較長，并且系統(tǒng)會誤認為斷開連接，導致10m以上的設備連接誤報率較高，最終經過100次測試，確定其誤報率達到15%左右?？梢姡谒{牙4.0設備通信方案的設計與實現(xiàn)中，該方案可以基本滿足通信方案的整體需求，解決了信號強度及距離的基本問題。

結語：在基于藍牙4.0設備通信方案設計中，本文采用CC2450F128芯片來進行設計，提升藍牙的功耗，使其可以支持多方通信，并且提升了設備的穩(wěn)定性，降低了誤報率，但是在實際應用中，由于選擇芯片以及連接手段等因素的影響，導致方案設計仍然存在偏差，因而需要研究人員深化探討，以此來提升藍牙設備運用的有效性。

參 考 文 獻

[1]羅志達，余學飛，彭達明.基于藍牙技術的醫(yī)療設備間數(shù)據(jù)通信接口的設計與實現(xiàn)[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2010，02：28-31.

[2]涂志剛，馮曰海.基于藍牙通信的焊接電源數(shù)字化控制系統(tǒng)[J].電焊機，2014，07：17-22.

[3]廖鵬飛，陳慶奎.基于藍牙4.0與3G的無線傳感器網(wǎng)關設計與實現(xiàn)[J].計算機工程，2015，09：13-18.