基于無線射頻的林火監(jiān)測數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計方案解析

　隨著藍牙技術(shù)的迅速發(fā)展，目前藍牙芯片市場涌現(xiàn)出了許多優(yōu)秀產(chǎn)品。CSR公司的BlueCore系列產(chǎn)品、Bmadcom的BCM系列產(chǎn)品和TI公司的CC2540系列產(chǎn)品都有廣泛的應用。其中TI公司的CC2450和CSR公司的CSR1000芯片都非常適用于藍牙4.0應用解決方案。
　　本文選用了TI公司的CC2450F128芯片作為藍牙通信芯片，該芯片提供真正的單片低功耗藍牙BLE解決方案，能夠運行應用程序和BLE協(xié)議棧。CC2450F128芯片內(nèi)部集成了高性能低功耗的8051微處理器核，片內(nèi)提供來了128KB的Flash存儲空間，對外支持UART和USB通信接口，所以非常適用于藍牙4.0的應用解決方案。
　　1總體方案設(shè)計
　　該設(shè)計為基于藍牙4.0的設(shè)備提供良好的通用方案，有助于研發(fā)特定應用的設(shè)備。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。在系統(tǒng)總體架構(gòu)圖中，主要包括兩部分：支持藍牙4.0的手持設(shè)備和藍牙設(shè)備。其中支持藍牙4.0的手持設(shè)備可以是諸如智能手機、平板電腦等；藍牙設(shè)備則是本文提供的解決方案。支持藍牙4.0的手持設(shè)備和藍牙設(shè)備之間通過藍牙4.0協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，可以為藍牙耳機、手機防丟應用和無線拍照應用等提供數(shù)據(jù)方案。
　　
　　圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)框圖
　　從系統(tǒng)總體架構(gòu)框圖中不難看出，該設(shè)計方案支持一對多的通信連接，即每個支持藍牙4.0的手持設(shè)備可以同時與多個藍牙設(shè)備建立連接，對應用功能的擴展帶了極大便利。
　　2詳細設(shè)計與實現(xiàn)
　　該部分將對系統(tǒng)總體架構(gòu)框圖中的藍牙設(shè)備給出解決方案。此處選用了TI公司的CC2450F128芯片作為藍牙通信芯片，該芯片最大的特點是能夠提供真正的單片低功耗藍牙BLE解決方案，能夠運行應用程序和BLE協(xié)議棧，使用起來簡單高效。
　　2.1 CC2450F128外圍電路設(shè)計
　　低功耗藍牙芯片CC2450F128的外圍電路原理圖如圖2所示。從圖2中可以看出CC2450F128芯片一般需要兩個時鐘晶振，其最為核心的部分是天線的電路設(shè)計，需要根據(jù)實際的需要調(diào)整阻抗匹配。由于CC2450F128芯片使用的是8051微處理器核，所以其可以對外提供多個IO引腳以用于其他業(yè)務邏輯的實現(xiàn)。
　　
　　圖2 CC2450F128外圍電路原理圖
　　2.2通信協(xié)議擴展
　　該解決方案另一個重要的部分就是其通信協(xié)議的設(shè)計和擴展。通常需要按照藍牙4.0的通信協(xié)議來擴展其配置，包括Setvice配置和Characteristic配置。
　　舉例說明，可以先增加UUID為00001802-0000-1000-8000-00123456789b的Service，然后為該服務增加UUID為00002a06-0000-1000-8000-00123456789b的Characteristic.
　　通常需要根據(jù)應用的業(yè)務邏輯劃分出多個功能大類，再對功能大類進行細分。每一個功能大類對應一個Service，每一個功能細分對應一個Characteristic.總體看來，每個應用可以包括多個Service，每個Service可以包括多個Characteristic.
　　3系統(tǒng)性能分析
　　本文提供的解決方案是為了解決基于藍牙4.0的設(shè)備的通信問題，所以必須關(guān)注于影響其通信的幾個關(guān)鍵因素：信號強度、設(shè)備發(fā)現(xiàn)時間、穩(wěn)定性和誤報率。
　　3. 1信號強度與距離的關(guān)系
　　信號強度是決定藍牙4.0通信質(zhì)量的最重要因素之一，為了明確實際的信號強度衰減情況，進行了深入的實際數(shù)據(jù)測量。信號強度與距離的關(guān)系的原始數(shù)據(jù)圖如圖3所示。在圖3中，藍色交叉點顯示的是492組數(shù)據(jù)，從圖3中可以看出信號強度總體走勢較為明顯，相同距離下的數(shù)據(jù)相對集中，部分數(shù)據(jù)有波動現(xiàn)象。