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1、 基于蓝牙技术的双向 防丢器的研究与设计 阚 力 丰 郭 明 明 韩 洋 林 宇 豪 西南科技大学信息工程学院四川绵阳 621000 西南科技大学大学生创新基金资助 (编号： CX14-003)。 【文章摘要】 随着无线技术的不断发展，利用 蓝牙技术实现防丢的功能成为了可 能。针对我国现阶段普遍使用的防丢 器设备，设计了一套基于蓝牙技术可 以进行双向查找的防丢器设备，该设 计克服了以往传统的单项防丢功能， 实现了可以手机和防丢器双向查找 的功能。科技的不断发展，无线技术 也不甘示弱。目前全球通用的无线技 术主要有蓝牙 、 Zig Bee、 W1F丨等，每 个无线技术都有各自的优缺点，只不 过各
2、自应用场合不同。而蓝牙技术应 用在任何短距离通信与嵌入式产品 中，例如移动电话、便携式计算机以 及各种便携式设备，因此利用蓝牙技 术来实现双向防丢器的设计很有其 优势，并且市场前景比较广。最后经 测试，利用蓝牙技术的双向防丢器的 设计优势很大，更加方便用户的需 要。 【关键词】 蓝牙技术；防丢；双向；无线技术；查 找 引 言 随着生活水平的不断提高，利用寒暑 假人们外出旅行、出门购物已经成为了一 种很普遍的现象因此，人们出门坐公交 车、出租车等丢失物品的现象也在不断增 长据统计，在 2012年，因丢失智能手机 而未找回，美国消费者在经济上直接损失 了 300亿美元；在儿童丢失方面 ,我国每 年
3、约有 20多万儿童失踪案，目前仍未放 弃寻找的案件达 60万件基于这些事件 , 设计出一款基于蓝牙技术的双向防丢器 已经成为了社会发展的必然本设计利用 蓝牙 4.0技术克服了以往传统的防丢器单 项查找的缺陷，可以在智能手机与防丢器 之间进行互相连接 ,当两者超过设定范围 时，即智能手机如果丢失，则利用防丢器 的及时报警功能可以迅速查找到，如果防 丢器设备丢失， 利用智能手机也可以实现 查找此产品的出现，很大程度上对丢失 物品、丢失儿童等有了很大的缓解 ,： 1系统设计 1.1蓝牙技术 1.1.1低功耗蓝牙技术特点 (1 )省电 BLE4.0技术与标准蓝牙技术相比， 是一种低功耗蓝牙技术一彳、蓝
4、牙设备有 被唤醒、发送数据和断开连接几种操作 , 这些操作占用时间的长短会影响其电池 的寿命，时间越短，在耗能方面也就越低， 从而电池的寿命也就越长 ,采用低功耗蓝 牙技术设备完成这些操作仅仅需要 3mS 的时间 .从而大大增加了其电池的使用寿 命 C (2 )短距离 蓝牙无线技术通信距离较短 (一般为 率乂 .在理想情况下 .零电压开关条件可 以被达到，但诸如负载扰动以及电路寄生 参数漂移，就需控制器不断修改开关频率 乂 ,导致变换器功耗增大 ,因此寻求一种 能适应变换器的动态情况确保软开关条 件的控制模式尤为重要 2 PFM结合 PWM的控制模式 根据以上对 Boost准谐振变换器的分 析
5、，看出通过对上述变换器的分析，可以 看出如果开关管 SW导通和关断的时刻， 能够根据其并联的谐振电容 &的电压准 确实时控制 ,就可保证功率器件的零电压 开关条件， &而提高变换器工作效率 ,： 15 3示出了 PFM结合 PWM的准谐 振变换器的控制策略，该控制电路由两 t 触发器、一彳、电压比较器和电压调节器组 成，这彳、电压调节器能通过修改开关频率 来稳定输出电压而驱动信号脉宽控制的 目的是保证零电压开通 结合 ffl 4给出的控制电路相关信号， 分析准谐振变换器的控制过程如下， tl时刻： U1处于上升沿， JK2输出 U2变高，即开关管驱动信号变为低电平， 关断开关管主电路进人谐振模
6、式， &电 压经过电压比较器使得 CK1变高， Q1保 持原来状态 ,： t2时刻： C 谐振电压达到零电压条 件 ,电压比较器 输出为低， CK1产生一下 降沿 .JK1输出 Q1变高（此时为保证 Q1 为高不跳变，U1下降到低电平的时刻 T3 要大于 T2,如 15虚线所示 ）， JK2输出 U2 就变低，开关管驱动信号变为高电平，开 通开关管 - t3时刻： U1降为低电平，触发器 JK1 复位 .其输出 Q1变低 .而对于 JK2的输出 没有影响 ,但使得 JK2恢复到了待触发状 态 ,为下一 t周期做准备 t4时刻：下一 开关周期开始 ,： 由以上控制过程的讨论看出，这种 PFM结合
7、 PWM控制器开关管的导通关断 有两 1、特点 1) SW关断时刻比较灵活，不 受谐振参数限制 2) SW导通有零电压条件限制即在 谐振电压需达到条件根据准谐振变换器 的原理 ,零电压条件会持续一段时间，可 选择立即的开关以降低导通损耗 ,： 3实验验证 为了验证该 PFM结合 PWM的控制 方式能够使准谐振变换器工作在零电压 开关方式，制作了一台 100W升压准谐振 变换器，输人输出电压为 30V/ 60V,團 5 和 15 6分别示出了满载和半载工作时得 谐振电容电压波形和开关管得驱动波形 . 其中通道 1为开关管驱动信号， 2为谐振 电容的电压波形由实验波形可以看出当 负载变化时开关管都
8、能很好的工作于零 电压开关式，实现高频高效的功率变换 ,： 4结论 本文介研究了一种 PFM结合 PWM 的准谐振变换器的软开关控制策略，能够 在较宽负载范围内实现开关管的零电压 开关工作，通过理论分析和试验验证，可 以得到如下结论， 1 )该控制策略通过修改开关驱动信 号的脉宽和频率 ,BP PWM+PFM的控制方 式，使变换器在软开关条件下稳定运行； 2 )克服了以往单一使用 PFM控制方 式时，因干扰的存在，使其难以准确达到 零电压开关的缺陷 ,提高了准谐振变换器 的工作效率； 3 )和零开关 PWM变换器相比辅助开 关器件的减少能有效提高变换器的可靠 性和稳定性 ,： 【参考文献】 1
9、 G.Hua,F.C.Lee.Soft swithing techniques in PWM convertersJ. Pro. EEE E00N 1993, 42 ， 637 643. 2 齐群，张波 .软开关 PWM变换器发 展 综 述 电 路 与 系 统 学 报 ， 2000, 5(3) : 51 56. P阮新波，严仰光 .直流开关电源的 软开关技术 M.北京：科学出版社， 2000. 4 F.C.Lee. High-frequency quasi resonant tedmobgies J. Proc. EEE 1998, 76 ， 377 390. 5 孙 泽 ， 王 刚 . 谐
10、振 技 术 及 其 应 用 J.电 源 技 术 应 用 ， 2002, 5(3): 93 96. 71994-2016 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ i 米 i消耗功耗极低，斯以更遺 #小 巧的、便携式 St弁由蕾电池供电的个人装 *6 (3臟本 _艮制 Jr#葉牙餘开翁性，工作械球通用 的 2.4GHZ工业，科学 酵免付费的无线 电频 .段断以身处何处 .利甩藍牙无 线通信设备不用考虑受限制的问题、可以 界的任何地 1丄2协议 S: 藍 :牙技术作为 一项顏兴的技
11、术 .它的 主要目的是在全世界建 I 一个規距离的 盤 _通信 .:_准。它隹用 :2.4GHE 2.5GHZ _ ISM频段来传送语音和数据，并运用成 熟 .实 用，先进的无线电技术来代替线缆 . 使所甩个人设备通过 PAN连接起来，诸如 计算机系统、家庭影腐系统、无线电话系 统以及其他通信设备筹等 ,以求实现相惠 通信和资竭共享的目的 蓝牙技术支持多种电子设备之间的 短距离无线通信，每 1个嵌人了蓝牙芯 片的设 .备在一定菹菌内发现 :f另一个同 样嵌人藍納&片的设备，它们就能自动同 步、 .挺 2道偉 鄭么如 _街食现这种 _瘦和 通信功能呢 ?可以从盡牙的体系结构去 研究 .根据规范的
12、描述和分析 .它主要由 騰 S灌翁長 #输臟 雜协议以及而 协部分组成 底 :馬传输协议侧重于语 11数据无 栽传输的物理实现以及蓝牙设 &间的连 .餐辱獻网，它包接靈牙的射顧【取伽玉 齡 #与键路盛制 .器 (:lag-ban錄 :G_roUe.t).和链路餐趣 .器协 ijSllink Msnage.r.ft t cwl， EMP .)。翁續棒输协谈 _金 要 .齿高 逾用程序赛蔽低层传输操作 .If 为高层 a用程序屏蔽低层传输操作 .并为 高层应用程序提供更加有效和更加有利 管雲现的数据分组格式 ;它包括逻辑链路 控制与适配协议(L2GAP )和生机控制器 |#d|HCL) 1.2双向
13、防丢器技术 目前曹能手机与小務子梅丢失 率不断増加 .设计了一个可以利用手机和 防丟器双向査找的双向防丢器产品，该产 品体积小 .便捷方便用户携带 :并且设计比 较美观 ： 防丢器产品 -要两个设 .备，一个 基传感器设备，另一个便 持设备也就 暴物能 .机传感器放置在防丢物品或者 小孩身上 1智能芋极 (芋持设备人们随 身携带的，传感器和手棒设备之间通过 BLIM.0技术通 :鲁。当它丨 n离开预定的距离 时，如果是智能手机丢失 则防丢器会报 警 如果是防丢器丢失 则智能手机也会 报警，从此给人n提出警告，这样就实现 r双向 _翁的 功能 .3在外观设置方面，传 感器需要一个码按键个电压指示
14、灯 手持设备需要一 1、 _键 s -个蜂鸣器静 昝确认键，配对指示灯 4电 &指示灯 。（ g 1) 2硬件整体设计 设计麵 AT8:9SS!L職 .机作 :为 S 控器，nRF24L01射频模块作为收发系统 c 凿畫器和智篚手机都 :藥磨相同猶觀 :置眞 .裏统硬件圈如图 .2:所氧跑 .nRKMLOl的最太传输距會为 5Qm 愈右 ,i宁 .K邸 2吼 01的观 e.脚接 .电 ,K_ 鼠为 1,9V _ 3.6V之 _腻攀片机 ATS5_2 的供电电 ttl/_ 5Va. 3软件整体技术 本设计染用 & 牙协议迸行通信与连 接 .5租蓝牙系统的实际连择过程中，蓝牙 系统在初始化后会搜索
15、一定覆盖范围内 的蓝牙设备 同吋根 要读置为主从设 备复发现存在蓝牙设备，就会发出建 立连接请求的消息，接着会有一配对的 过程，既相 3：验证蓝牙设备地址和信息； 一切都满足过后就会建立双向的 ACL/ 50)连接，蓝牙系统就可通过这条链路进 行语音和数据的通信手机端或者防丟 器去失后 7系统就会进行检测蓝牙信号強 度并且进行信号滤波，从而通过蓝牙协 进行相互连接进行丢去报警，本软件采用 JWA的编程语貢 V在丢失报警中 .用户可 以 t a设置报警铃声、选择报警方式 、a 及琛置报警距离 3整体软件结构围如图 3 麻 3 4总结 每文设计并羞盡现 T可以迸行手祖 和防丢器双向 盡找的敵属设备
16、，该项设计 ttr蓝牙技术有很好的实用价 &本 项设计克服了 cr庄传统爵丢器的缺確 .那 就是可以实现双向查找，更加完善了防丢 器的功能通过防 s器设备不仅可以防止 些重要物品丢失，更重要的是 一 具防丢 器丢失，手机也会迅速通过蓝牙设备进行 报警 .从而更加人性化、智能化等 .因此具 有很广阔的前景， 【参考文献】 LII侯春捧，宋梅，蔡涛泽译 .蓝牙 核 .心技术 M， 北京；机械工业出 版社， 2_0_0_3:s.1 g. M胡静，任洪泽，家庭网 .络技术简 化 J， 现代通信 ； OOH _3:周正等译，蓝牙揭秘 M， .北 _京： 人民邮电出版社， .2 O.Q1_ ? f.O. W蒋推，钱进：蓝牙 _协议栈在 .动 :终 端中 .的应用 M.中小杳业管理与科 技，2 :rr,.i2, 图 软件 I吾构总体框图 图 _3梗件 _P_M