基于蓝牙报警与Ble主从组网的电动车智能化系统设计_祝必梁.pdf

6 电子技术 第 52 卷 第 5 期（总第 558 期）2023 年 5 月Electronics 电子学持低功耗：5.3mARx fullchip，4.8mATx fullchip,1ASleep+SRAM,0.4ASleep。组网设备添加方式通过手机app扫描组网设备的二维码添加，添加成功后蓝牙报警器就会自动扫描连接附近的组网设备，App上同时会显示蓝牙报警器和各个已添加组网设备的连接状态。通过手机App同样可以删除蓝牙报警器Flash中存储的组网设备，删除后蓝牙报警器就不会去连接对应的设备。系统框图如图1所示。0 引言近年来，两轮电动车的智能化趋势越发明显，传统报警器已经不能满足智能化提升的需求。据中国自行车协会数据，2021年电动两轮车保有量为3.4亿，市场规模达800亿元。但是整个行业智能化渗透率不足5%，市场前景广阔，智能化转型升级正处于风口中。传统报警器智能化升级替代方案主要有2G报警器、CAT1报警器、4G报警器、Ble报警器。2G正处于退网，CAT1和4G没有成本优势，Ble报警器以它成本低、性能稳定等优势1，被市场逐渐认可。1 系统的整体设计 1.1 设计概述蓝牙报警器作为组网平台可以同时和手机或者其他组网配件进行组网通信。报警器的主控芯片是telink 8258，支持opencpu开发。TLSR8258X系列蓝牙内嵌LDO和DC-DC供电1.83.6V，支作者简介：祝必梁，浙江利尔达物联网技术有限公司；研究方向：电子电路设计。收稿日期：2022-08-09；修回日期：2023-05-12。摘要：阐述了智能化系统蓝牙报警器的基础平台，通过Ble主从方式和其他组件自由组网搭建智能化系统。Ble主从模式应用中同时既可以当主机也可以当从机，作为从机可以和手机连接，作为主机可以和TBOX、智能头盔、智能手表、蓝牙NFC等连接。按照实际功能需求通过手机App可自主选择组网的设备。传统报警器通信方式通过有线连接例如UART、485、CAN，相比于传统的通信方式Ble主从模式的组网安装方便快捷，组网生态更加丰富，可扩展性更强。关键词：组网蓝牙报警器，Ble主从方式，电动车智能化。中图分类号：TN925文章编号：1000-0755(2023)05-0006-03文献引用格式：祝必梁.基于蓝牙报警与Ble主从组网的电动车智能化系统设计J.电子技术,2023,52(05):6-8.基于蓝牙报警与Ble主从组网的电动车智能化系统设计祝必梁（浙江利尔达物联网技术有限公司，浙江 311121）Abstract This paper describes the basic platform of the intelligent system Bluetooth alarm,and builds an intelligent system through the free networking of Ble master-slave mode and other components.In the application of Ble master slave mode,it can be used as both a host and a slave.As a slave,it can be connected to mobile phones.As a host,it can be connected to TBOX,smart helmets,smart watches,Bluetooth NFC,etc.According to the actual functional requirements,the mobile app can independently select the networking devices.The traditional alarm communication mode is wired,such as UART,485 and CAN.Compared with the traditional communication mode Ble master-slave mode,the networking installation is convenient and fast,the networking ecology is more abundant,and the scalability is stronger.Index Terms networking Bluetooth alarm,Ble master-slave mode,electric vehicle intelligence.Design of Intelligent System of Electric Vehicle Based on Bluetooth Alarm and Ble Master Slave NetworkZHU Biliang(Zhejiang Lierda Internet of Things Technology Co.,Ltd.,Zhejiang 311121,China.)图1 系统框图电子技术 第 52 卷 第 5 期（总第 558 期）2023 年 5 月 7Electronics 电子学 1.2 多主多从模式Ble主从模式是组网的基本框架，多主多从是指Ble模块在正常工作时可以作为从机连接多个BLE主机设备例如手机，同时也可以作为主机连接从机设备，例如本文中组网设备TBOX、智能手表、蓝牙NFC都是设置成BLE从机。主从模式的通过telink 8258 Multiple Connection SDK 中Link Layer实现。Link Layer 主要有4种基本状态standby、Advertising、Scanning、Connection。主机状态和从机状态相互独立。空闲standby状态运行UI tast。以M4S3为例各个状态的时序如图2所示。SDK中最大主机数量master_max_num和最大从机数量slave_max_num可以通过API接口设置。本文按照实际功能需求，蓝牙报警器组网系统设置成M3S1三主一从模式。2 手机与蓝牙报警器连接 2.1 建立连接过程手机和蓝牙报警器连接时手机是作为Ble主机，蓝牙报警器是作为Ble从机。蓝牙报警器主动连接组网设备（TBOX，智能手表，蓝牙NFC）时，它是作为主机，其他组网设备是作为从机。Ble建立连接的时候主要包含5个步骤：（1）从机广播发送ADV_IND PDU（包含了从机蓝牙地址）。（2）主机发送扫描请求 SCAN_REQ PDU（包含了从机和主机蓝牙地址）。（3）从机收到扫描请求后同一个信道上回复 SCAN_RSP PDU。（4）主机接收到扫描回复信息后发送CONNECT_REQ PDU 信息。（5）广播者接收到CONNECT_REQ PDU后确认建立连接2。2.2 连接成功后数据鉴权手机和蓝牙报警器系统层连接成功后需要在应用层进行数据鉴权确认双方的合法身份。鉴权流程通过AES等对称加密方式实现消息认证。通信双方共享一个对称密钥，由发送方生成一个MAC值，附在消息后面，接收方计算收到消息的MAC，如果和收到的MAC一致，则说明没有被篡改，并且能确认发送方一定拥有相同的密钥，即认证身份。蓝牙报警器和其他组网设备的数据鉴权同样采用AES等对称加密方式3。以App连接为例，蓝牙报警器鉴权流程图如图3所示。3 App关于组网相关功能手机App通过Ble连接和数据鉴权后就可以和蓝牙报警器数据交互发送控制命令，组网相关的命令：添加组网设备、删除组网设备、获取组网设备连接状态，协议功能内容如表1所示。App可以通过扫码得到从机设备的设备类型和MAC地址，按照组网协议发送给蓝牙报警器。蓝牙报警器收到设备类型type和MAC地址存入Flash中，并自动触发扫描周围的从机设备，发现后自动配对连接4。图2 M4S3 SDK运行状态时序图表1 App组网功能相关功能图3 蓝牙报警器和手机连接鉴权流程图8 电子技术 第 52 卷 第 5 期（总第 558 期）2023 年 5 月Electronics 电子学4 组网设备与蓝牙报警器连接组网 4.1 从机和蓝牙报警器连接过程从机和蓝牙报警器的连接过程和上文手机连接蓝牙报警器的过程一样。区别在于蓝牙报警器是作为主机，组网设备是作为从机，蓝牙报警器是多主模式，所以蓝牙报警器可以同时连接多个组网从机例如TBOX,蓝牙NFC,智能手表等。4.2 组网从机的主要功能蓝牙报警器作为组网平台，组网生态按照实际需求可以不断扩展丰富，本文以Tbox、蓝牙NFC、智能手表为例，说明它们的基本功能。Tbox上有ble通道、gprs通道和gps模块，ble通道可以和蓝牙报警器主从组网，gprs通道可以和云平台进行数据交互，添加TBOX设备后，手机app不仅可以通过蓝牙直接控制蓝牙报警器，而且可以通过云平台和TBOX网络控制蓝牙报警器。GPS模块可以通过网络通道实时上报定位给云平台，手机App就可以实时查看定位信息。TBOX组网后通信框图如图4所示。组网蓝牙NFC，PCB板载NFC和Ble芯片，Ble负责和蓝牙报警器组网，NFC负责和对开片进行加卡、删卡、读卡、写卡功能。组网后可以电动车就多了NFC功能，可以通过交通卡、手机模拟卡间接对蓝牙报警器进行操作控制电动车。本身自带Ble智能手表通过同样的方式也能和蓝牙报警器组网，组网后通过手表上的App就可以直接控制蓝牙报警器。5 设备间数据通信蓝牙报警器和手机连接外同时可以和从机设备TBOX、智能手表、蓝牙NFC连接。不同类型的设备和蓝牙报警器的通信协议不一样，需要设计合理通信框架的确保各个通道间数据正确通信。数据收发需要获取连接句柄ConnHandle和属性句柄Atthandle5。它们可以在HCI连接完成事件connection_complete_event中获得。定义一个结构体把Mac,Type,ConnHandle,Atthandle结合起来就可以区分不同从机设备并可收发数据。typedef struct u8 *mac;/从机MAC地址 用于判断是否要连接的设备u8 dev_type;/判断从机的类型 TBOX NFC WATCHU8 Conn_staus;/从机连接的状态 1连接 0没有连接u16 conn_handle;/连接句柄 在Conn_staus=1 时有效u16 Atthandle;/苏醒句柄 在Conn_staus=1 时有效Slave_Info_t;数据通信软件流程图如图5所示。6 结语以蓝牙报警器为组网入口，组网系统用户可以自由搭配。按照实际需求扩展，配合手机使用，可以打造个性化全方位的智能化系统，有效提高用户体验。参考文献1 张浩,赵千川.蓝牙手机室内定位系统J.计算机应用,2011,31(11):3152-3156.2 金纯.超低功耗ULP蓝牙技术规范解析M.北京：国防工业出版社，2010.3 金纯,蒋小宇,罗祖秋.ZigBee与蓝牙的分析与比较J.信息技术与标准化,2004(06):17-20.4 李侠,沈峰,李德胜.基于Android系统的低功耗蓝牙应用程序开发J.重庆科技学院学报(自然科学版),2014,16(05):133-136.5 徐金苟.低能耗蓝牙4.0协议原理与实现方法J.微型电脑应用,2012,28(10):16-19.图4 TBOX组网后通信框图图5 设备间数据通信