基于藍(lán)牙ble的溫濕度傳感器系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子測量領(lǐng)域，尤其涉及一種基于藍(lán)牙BLE的溫濕度傳感器系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]BLE (Bluetooth Low Energy，藍(lán)牙低能耗技術(shù))是對(duì)傳統(tǒng)藍(lán)牙BR/EDR技術(shù)的補(bǔ)充。盡管BLE和傳統(tǒng)藍(lán)牙都稱之為藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)，且共享射頻，但是，BLE是一個(gè)完全不一樣的技術(shù)。BLE不具備和傳統(tǒng)藍(lán)牙BR/EDR的兼容性。它是專為小數(shù)據(jù)率、離散傳輸?shù)膽?yīng)用而設(shè)計(jì)的。通信距離上也有改變，傳統(tǒng)藍(lán)牙的傳輸距離幾十米到幾百米不等，BLE則規(guī)定為100米。
[0003]藍(lán)牙低能耗技術(shù)的三大特性成就了 ULP性能，這三大特性分別是最大化的待機(jī)時(shí)間、快速連接和低峰值的發(fā)送/接收功耗。
[0004]無線“開啟”的時(shí)間只要不是很短就會(huì)令電池壽命急劇降低，因此任何必需的發(fā)送或接收任務(wù)需要很快完成。被藍(lán)牙低能耗技術(shù)用來最小化無線開啟時(shí)間的第一個(gè)技巧是僅用3個(gè)“廣告”信道搜索其它設(shè)備，或向?qū)で蠼⑦B接的設(shè)備宣告自身存在。相比之下，標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙技術(shù)使用了 32個(gè)信道。
[0005]這意味著藍(lán)牙低能耗技術(shù)掃描其它設(shè)備只需“開啟” 0.6至1.2ms時(shí)間，而標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙技術(shù)需要22.5ms時(shí)間來掃描它的32個(gè)信道。結(jié)果藍(lán)牙低能耗技術(shù)定位其它無線設(shè)備所需的功耗要比標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙技術(shù)低10至20倍。
[0006]值得注意的是，使用3個(gè)廣告信道是某種程度上的妥協(xié):這是在頻譜非常擁擠的部分對(duì)“開啟”時(shí)間(對(duì)應(yīng)于功耗)和魯棒性的一種折衷(廣告信道越少，另外一個(gè)無線設(shè)備在選用頻率上廣播的機(jī)會(huì)就越多，就越容易造成信號(hào)沖突)。不過該規(guī)范的設(shè)計(jì)師對(duì)于平衡這種妥協(xié)相當(dāng)有信心——比如，他們選擇的廣告信道不會(huì)與W1-Fi默認(rèn)信道發(fā)生沖突。
[0007]一旦連接成功后，藍(lán)牙低能耗技術(shù)就會(huì)切換到37個(gè)數(shù)據(jù)信道之一。在短暫的數(shù)據(jù)傳送期間，無線信號(hào)將使用標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙技術(shù)倡導(dǎo)的自適應(yīng)跳頻(AFH)技術(shù)以偽隨機(jī)的方式在信道間切換(雖然標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙技術(shù)使用79個(gè)數(shù)據(jù)信道)。
[0008]要求藍(lán)牙低能耗技術(shù)無線開啟時(shí)間最短的另一個(gè)原因是它具有IMbps的原始數(shù)據(jù)帶寬一一更大的帶寬允許在更短的時(shí)間內(nèi)發(fā)送更多的信息。舉例來說，具有250kbps帶寬的另一種無線技術(shù)發(fā)送相同信息需要開啟的時(shí)間要長8倍(消耗更多電池能量)。
[0009]藍(lán)牙低能耗技術(shù)“完成”一次連接(即掃描其它設(shè)備、建立鏈路、發(fā)送數(shù)據(jù)、認(rèn)證和適當(dāng)?shù)亟Y(jié)束)只需3ms。而標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙技術(shù)完成相同的連接周期需要數(shù)百毫秒。再次提醒，無線開啟時(shí)間越長，消耗的電池能量就越多。
[0010]藍(lán)牙低能耗技術(shù)還能通過兩種其它方式限制峰值功耗:采用更加“寬松的”射頻參數(shù)以及發(fā)送很短的數(shù)據(jù)包。兩種技術(shù)都使用高斯頻移鍵控(GFSK)調(diào)制，但藍(lán)牙低能耗技術(shù)使用的調(diào)制指數(shù)是0.5，而標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙技術(shù)是0.35。0.5的指數(shù)接近高斯最小頻移鍵控(GMSK)方案，可以降低無線設(shè)備的功耗要求(這方面的原因比較復(fù)雜，本文暫不贅述)。更低調(diào)制指數(shù)還有兩個(gè)好處，即提高覆蓋范圍和增強(qiáng)魯棒性。
[0011]標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙技術(shù)使用的數(shù)據(jù)包長度較長。在發(fā)送這些較長的數(shù)據(jù)包時(shí)，無線設(shè)備必須在相對(duì)較高的功耗狀態(tài)保持更長的時(shí)間，從而容易使硅片發(fā)熱。這種發(fā)熱將改變材料的物理特性，進(jìn)而改變傳送頻率(中斷鏈路)，除非頻繁地對(duì)無線設(shè)備進(jìn)行再次校準(zhǔn)。再次校準(zhǔn)將消耗更多的功率(并且要求閉環(huán)架構(gòu)，使得無線設(shè)備更加復(fù)雜，從而推高設(shè)備價(jià)格)。
[0012]相反，藍(lán)牙低能耗技術(shù)使用非常短的數(shù)據(jù)包一一這能使硅片保持在低溫狀態(tài)。因此，藍(lán)牙低能耗收發(fā)器不需要較耗能的再次校準(zhǔn)和閉環(huán)架構(gòu)。
[0013]現(xiàn)有的溫濕度傳感器在應(yīng)用上一般采用有線連接的設(shè)計(jì)，布線非常麻煩，而且一旦需要調(diào)整，需要改動(dòng)的部分很大，不經(jīng)濟(jì)環(huán)保。
[0014]也有溫濕度傳感器采用wifi進(jìn)行信息傳輸，但是wifi的功耗較高，一般需要采用有線電源來供電。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)【背景技術(shù)】中所涉及的缺陷，提供一種基于藍(lán)牙BLE的溫濕度傳感器系統(tǒng)。
[0016]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
基于藍(lán)牙BLE的溫濕度傳感器系統(tǒng)，包含管理模塊和至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)模塊；
所述管理模塊包含管理藍(lán)牙單元和顯示單元，其中，顯示單元用于顯示接收到的溫濕度信息；
所述節(jié)點(diǎn)模塊包含殼體、電源單元、溫濕度傳感器、控制單元和節(jié)點(diǎn)藍(lán)牙單元，所述控制單元分別和電源單元、溫濕度傳感器、節(jié)點(diǎn)藍(lán)牙單元電氣相連；
所述溫濕度傳感器用于感應(yīng)殼體外的溫濕度并將其傳遞給控制單元；
所述控制單元用于將接收到的溫濕度信息傳遞給所述管理模塊；
所述管理藍(lán)牙單元和節(jié)點(diǎn)藍(lán)牙單元基于BLE協(xié)議進(jìn)行通信。
[0017]作為本發(fā)明基于藍(lán)牙BLE的溫濕度傳感器系統(tǒng)進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述溫濕度傳感器采用SHTlI。
[0018]作為本發(fā)明基于藍(lán)牙BLE的溫濕度傳感器系統(tǒng)進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述控制單元采用Cortex-MO處理器。
[0019]作為本發(fā)明基于藍(lán)牙BLE的溫濕度傳感器系統(tǒng)進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述顯示單元采用LED顯示器。
[0020]作為本發(fā)明基于藍(lán)牙BLE的溫濕度傳感器系統(tǒng)進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述電源單元采用紐扣型電池CR2032。
[0021]作為本發(fā)明基于藍(lán)牙BLE的溫濕度傳感器系統(tǒng)進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述電源單元采用鋰離子電池。
[0022]作為本發(fā)明基于藍(lán)牙BLE的溫濕度傳感器系統(tǒng)進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述鋰離子電池的型號(hào)為ICR18650。
[0023]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
1.設(shè)計(jì)簡單，使用方便；
2.功耗極低，無需有線電源，一枚紐扣電池即可使用一年以上；
3.由于節(jié)點(diǎn)獨(dú)立工作，進(jìn)行布局非常方便，維護(hù)和調(diào)整也非常方便。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
基于藍(lán)牙BLE的溫濕度傳感器系統(tǒng)，包含管理模塊和至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)模塊；
所述管理模塊包含管理藍(lán)牙單元和顯示單元，其中，顯示單元用于顯示接收到的溫濕度信息；
所述節(jié)點(diǎn)模塊包含殼體、電源單元、溫濕度傳感器、控制單元和節(jié)點(diǎn)藍(lán)牙單元，所述控制單元分別和電源單元、溫濕度傳感器、節(jié)點(diǎn)藍(lán)牙單元電氣相連；
所述溫濕度傳感器用于感應(yīng)殼體外的溫濕度并將其傳遞給控制單元；
所述控制單元用于將接收到的溫濕度信息傳遞給所述管理模塊；
所述管理藍(lán)牙單元和節(jié)點(diǎn)藍(lán)牙單元基于BLE協(xié)議進(jìn)行通信。
[0025]所述溫濕度傳感器采用SHT11。
[0026]SHTll是瑞士 Scnsir1n公司推出的一款數(shù)字溫濕度傳感器芯片。主要特點(diǎn)如下:將溫度感測、濕度感測、信號(hào)變換、A/D轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個(gè)芯片上；提供二線數(shù)字符串行接口，接口簡單，傳輸可靠性高；測量精度可編程調(diào)節(jié)；測量精確度高；封裝尺寸超??；測量和通信結(jié)束后，自動(dòng)轉(zhuǎn)入低功耗模式。
[0027]所述控制單元采用Cortex-MO處理器。
[0028]ARM憑借其作為低能耗技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者和創(chuàng)建超低能耗設(shè)備的主要推動(dòng)者的豐富專業(yè)技術(shù)，使得Cortex-MO處理器在不到12K門的面積內(nèi)能耗僅有85微瓦/MHz (0.085毫瓦)。該處理器把ARM的MCU路線圖擴(kuò)展到超低能耗MCU和SoC應(yīng)用中，如醫(yī)療器械、電子測量、照明、智能控制、游戲裝置、緊湊型電源、電源和馬達(dá)控制、精密模擬系統(tǒng)和IEEE802.15.4(ZigBee)及Z-Wave系統(tǒng)。Cortex-MO處理器還適合擁有諸如智能傳感器和調(diào)節(jié)器的可編程混合信號(hào)市場，這些應(yīng)用在傳統(tǒng)上一直要求使用獨(dú)立的模擬設(shè)備和數(shù)字設(shè)備。
[0029]所述顯示單元采用LED顯示器。
[0030]所述電源單元采用紐扣型電池CR2032。
[0031]由于本發(fā)明的節(jié)點(diǎn)模塊中各個(gè)單元都是低功耗單元，采用一枚紐扣電池供電，實(shí)際使用時(shí)間可達(dá)I年以上。
[0032]電源單元還可以采用鋰離子電池，鋰離子電池的型號(hào)優(yōu)先采用ICR18650。
[0033]本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會(huì)用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0034]以上所述的【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于藍(lán)牙BLE的溫濕度傳感器系統(tǒng)，其特征在于，包含管理模塊和至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)模塊； 所述管理模塊包含管理藍(lán)牙單元和顯示單元，其中，顯示單元用于顯示接收到的溫濕度信息； 所述節(jié)點(diǎn)模塊包含殼體、電源單元、溫濕度傳感器、控制單元和節(jié)點(diǎn)藍(lán)牙單元，所述控制單元分別和電源單元、溫濕度傳感器、節(jié)點(diǎn)藍(lán)牙單元電氣相連； 所述溫濕度傳感器用于感應(yīng)殼體外的溫濕度并將其傳遞給控制單元； 所述控制單元用于將接收到的溫濕度信息傳遞給所述管理模塊； 所述管理藍(lán)牙單元和節(jié)點(diǎn)藍(lán)牙單元基于BLE協(xié)議進(jìn)行通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于藍(lán)牙BLE的溫濕度傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述溫濕度傳感器采用SHTlI。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于藍(lán)牙BLE的溫濕度傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元采用Cortex-MO處理器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于藍(lán)牙BLE的溫濕度傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示單元采用LED顯示器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于藍(lán)牙BLE的溫濕度傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述電源單元采用紐扣型電池CR2032。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于藍(lán)牙BLE的溫濕度傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述電源單元采用鋰離子電池。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于藍(lán)牙BLE的溫濕度傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述鋰離子電池的型號(hào)為ICR18650。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于藍(lán)牙BLE的溫濕度傳感器系統(tǒng)，包含管理模塊和至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)模塊；管理模塊包含管理藍(lán)牙單元和顯示單元，其中，顯示單元用于顯示接收到的溫濕度信息；節(jié)點(diǎn)模塊包含殼體、電源單元、溫濕度傳感器、控制單元和節(jié)點(diǎn)藍(lán)牙單元，控制單元分別和電源單元、溫濕度傳感器、節(jié)點(diǎn)藍(lán)牙單元電氣相連；溫濕度傳感器用于感應(yīng)殼體外的溫濕度并將其傳遞給控制單元；控制單元用于將接收到的溫濕度信息傳遞給所述管理模塊；管理藍(lán)牙單元和節(jié)點(diǎn)藍(lán)牙單元基于BLE協(xié)議進(jìn)行通信。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，且功耗極低，無需有線電源，一枚紐扣電池即可使用一年以上，此外，節(jié)點(diǎn)獨(dú)立工作，進(jìn)行布局非常方便，維護(hù)和調(diào)整也非常方便。
【IPC分類】G08C17-02
【公開號(hào)】CN104809859
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510210746
【發(fā)明人】葉強(qiáng), 章隆泉, 過俊宏, 葉飛, 肖運(yùn)根
【申請(qǐng)人】無錫市崇安區(qū)科技創(chuàng)業(yè)服務(wù)中心
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年4月29日