基于蓝牙4.0的防丢系统的研究与设计

发布时间：2017-10-20 19:49

  本文关键词：基于蓝牙4.0的防丢系统的研究与设计

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【摘要】：随着社会的进步和技术的发展,人们的工作和生活节奏越来越快,外出开会、洽谈、旅行、购物的需求也越来越普遍,也正是因为如此,随身物品丢失的案例屡见不鲜；与此同时儿童、老人走失的事件也屡有发生。因此对于防丢系统的研究具有很大的市场价值。 蓝牙4.0标准使得蓝牙设备在传输距离、抗干扰能力以及能源消耗上都表现优异,特别是它只需要一节纽扣电池就可以使用数年的低功耗特性,更是令世人瞩目。 论文首先基于生活场景中的防丢需求对低功耗蓝牙协议进行了研究,其中重点对其协议的层次结构以及设备的工作状态、工作角色、工作模式等多个角度进行了探讨；其次,对Android系统的蓝牙协议栈的实现进行了分析,对其应用程序的开发特别是低功耗蓝牙相关的程序开发细节进行了调研。最后,在对传统的防丢系统的概念模型和存在的问题进行深入分析的基础上设计并实现了一套硬件成本更低廉、逻辑更精简的防丢系统。 该防丢系统主要由子机和母机两部分组成。子机是一个具有低功耗蓝牙广播功能的硬件模块,在实际应用中用户可以将其安置于防丢物品当中；母机则是一款基于Android智能设备的应用程序,用户只需要将其安装在软硬件均支持低功耗蓝牙的Android手机上即可对子机进行监控,达到防丢的目的。在系统工作时,子机需要工作在广播状态,并按照协议的要求在相应的广播信道上发送广播消息；母机则仅仅通过对子机进行简单的扫描即可获取子机的信号强度,并且通过先验的子机信号强度数据(包括离线采集和线上获取两种)对子机的状态进行分析,并在适当的情况下进行报警。 本文在实验室条件下的对该系统进行了功能测试,测试时令子机和母机以不同的速度匀速远离,并在母机报警时记录子机和母机的距离,称为“报警距离”,由报警距离可以计算出母机从子机进入异常状态到最终报警的反应时间,而这个反应时间就是衡量防丢系统工作性能的一个重要指标。实验结果表明在子机以正常行走速度远离母机时,母机能够迅速作出反应并向用户报警。
【关键词】：低功耗蓝牙 Android手机 防丢系统 反应时间
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN925
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 研究背景11-13
• 1.1.1 现实背景11
• 1.1.2 技术背景11-13
• 1.2 蓝牙4.0低功耗技术的特点13-14
• 1.3 低功耗蓝牙技术的应用14-15
• 1.3.1 运动医疗14
• 1.3.2 无线办公14-15
• 1.3.3 射频遥控15
• 1.4 无线技术与位置服务15-17
• 1.4.1 其他主流的无线技术简介15-16
• 1.4.2 无线技术在位置服务中的应用16-17
• 1.5 智能移动终端对低功耗蓝牙的支持17-19
• 1.5.1 iOS阵营18
• 1.5.2 Android阵营18-19
• 1.6 论文安排19
• 1.7 本章小结19-20
• 第二章 低功耗蓝牙协议栈概述20-32
• 2.1 体系结构概述20-23
• 2.1.1 层次结构20-21
• 2.1.2 拓扑结构21
• 2.1.3 工作状态和工作角色21-22
• 2.1.4 设备分类22-23
• 2.2 低功耗蓝牙广播状态23-28
• 2.2.1 广播类型概述23
• 2.2.2 广播信道的选取23
• 2.2.3 广播间隙(Advertising Interval)23-24
• 2.2.4 可连接的非定向广播24-25
• 2.2.5 可连接的定向广播25-26
• 2.2.6 可扫描的非定向广播26-27
• 2.2.7 不可链接的非定向广播27-28
• 2.3 低功耗蓝牙的扫描状态28-29
• 2.3.1 被动扫描(Passive Scanning)28
• 2.3.2 主动扫描(Active Scanning)28-29
• 2.4 GAP、GATT简介29-30
• 2.5 本章小结30-32
• 第三章 低功耗蓝牙协议的Android系统实现的研究32-40
• 3.1 Android的体系架构分析32-34
• 3.1.1 Linux内核层32-33
• 3.1.2 系统运行库层33-34
• 3.1.3 应用程序框架层(Application Framework)34
• 3.1.4 应用程序层34
• 3.2 Android系统的蓝牙实现34-39
• 3.2.1 Android蓝牙基本架构34-35
• 3.2.2 BlueZ架构35-36
• 3.2.3 Android蓝牙协议栈36-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第四章 防丢系统的研究与设计40-55
• 4.1 传统的防丢系统40-42
• 4.1.1 防丢系统概念模型40-41
• 4.1.2 传统防丢系统存在的问题41-42
• 4.2 防丢系统改进设计概述42-43
• 4.2.1 采用智能手机作为母机的载体42
• 4.2.2 基于信号强度防丢42-43
• 4.2.3 大幅度降低实现难度43
• 4.3 子机设计43
• 4.4 母机设计概述43-45
• 4.4.1 有限状态机的基本概念43-44
• 4.4.2 母机的状态机模型概述44-45
• 4.5 母机详细设计45-54
• 4.5.1 输入频率控制45-46
• 4.5.2 输入滤波46-48
• 4.5.3 信号数据的离线处理48-49
• 4.5.4 母机系统状态机的设计49-50
• 4.5.5 状态转移控制器50-54
• 4.5.6 “1拖N”模式54
• 4.6 本章小结54-55
• 第五章 防丢系统的实现和功能测试分析55-77
• 5.1 概述55-58
• 5.1.1 Android应用开发概述55-57
• 5.1.2 服务器应用程序开发概述57-58
• 5.2 数据采集系统的实现58-65
• 5.2.1 客户端实现58-62
• 5.2.2 服务器实现62-65
• 5.3 防丢系统的实现65-74
• 5.3.1 子机实现66-69
• 5.3.2 母机实现69-74
• 5.4 防丢系统的测试分析74-76
• 5.4.1 测试方法74-75
• 5.4.2 测试结论75-76
• 5.4.3 测试结果的可靠性探讨76
• 5.5 本章小结76-77
• 第六章 总结与展望77-79
• 6.1 全文的工作总结77
• 6.2 防丢系统的发展77-78
• 6.3 本章小结78-79
• 参考文献79-81
• 致谢81-82
• 攻读学位期间发表的学术论文目录82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 梁军学;郁滨;;Linux蓝牙协议栈的USB设备驱动[J];计算机工程;2008年09期

2 胡浩,王明照,杨杰;自适应模糊加权均值滤波器[J];系统工程与电子技术;2002年02期

3 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年10期

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本文编号：1069016