RFID

1. 电 子 科 学 技 术 Electronic Science & Technology 电 子 科 学 技术 Electronic Science & Technology 第03卷 第01期 2016年1月 2016年第01期 2016年第01期 Vol.03 No.01 Jan.2016 基于nRF51822的蓝牙防丢器的设计与实现 赵万年，潘辉，黄超，陈甲印 （陕西烽火电子股份有限公司，陕西西安，710075） 摘 要：低功耗蓝牙技术以其较高的灵敏度、低功耗和高集成度等特点广泛应用于智能穿戴、 医疗器械、无线数据采集等多个领域。本文基于nRF51822芯片，开发一种低功耗蓝牙防丢器， 并与手机蓝牙通过APP相互通信，以实现手机防盗、物品查找、定位等功能，可有效防范手机 或者物品被盗，具有重要的实用价值。 关键词：防丢器；蓝牙；智能手机；nRF51822 中图分类号：TN82文献标识码： B 文章编号：2095-8595 (2016) 01-046-04 电子科学技术 URL: http//www.china-est.com.cnDOI: 10.16453/j.issn.2095-8595.2016.01.009 Design and Realization of Guard Against Theft System Based on nRF51822 Bluetooth Chip Wannian Zhao, Hui Pan, Chao Huang, Jiayin Chen (ShaanXi Fenghuo Electronics Co.,Ltd, Xi’an, Shaanxi, 710075, China) Abstract: Low-power bluetooth wireless system is applied in wearable products, medical equipments, wireless system and so on.The paper designes an Guard Against Theft System based on nRF51822 Bluetooth Chip.The Guard Against Theft System can communicate with intelligence telephone.It is playing an important role in protecting telephone,searching goods and position-setting goods. Key words: Guard against theft system; Bluetooth; Intelligence telephone; nRF51822 引言 开发基于蓝牙功能的无线通信防丢器，利用与智能 手机的近距离通信，不仅可以实现物品的防丢，同 时可减少硬件的开发，降低成本，方便人们使用。 本文提出一种基于nRF51822的蓝牙防丢器的 实现方案，利用Nordic公司开发的蓝牙低功耗晶片 nRF51822和专属2.4GHz系统单晶片（SoC）开发一 种低功耗蓝牙低功耗（Bluetooth Low Energy，简称 BLE）防丢器。同时基于Android 4.3版本的智能手机 开发应用软件，通过该软件以实现防丢器与智能手 机间的相互通信。主要可实现以下三种功能： 随着经济的发展和人们生活节奏的加快，日常 用品例如手机、钱包、钥匙等丢失或者被遗忘，给 人们的生活造成极大的困扰。随着无线通信技术的 发展，利用无线通信技术可有效帮助人们实现防盗 或者查找。传统的电子防盗技术分为主机和子机， 需要通过主机来控制子机来实现防盗[1]，这不仅增加 了成本，同时应用也不便捷。随着技术的发展，具 有蓝牙功能的智能手机已经被大众所应用。因此， 47 47 46 46

2. 赵万 年等 ：基于nRF51822的蓝牙防丢器的设计与实现 2016年第01期 2016年第01期 Vol.03 No.01 Jan.2016 （1）可通过智能手机的APP主动触发与物品绑 定的蓝牙防丢器报警，从而找到待测物品。 （2）通过蓝牙防丢器触发智能手机APP报警， 实现智能手机的防盗。 （3）在特定距离下，当智能手机与蓝牙防丢器 通信链路断开后，触发双向报警，以提示用户。 硬件电路设计结合nRF51822外围参考电路，电 路设计有蜂鸣器、LED指示灯和按键。如图1所示。 蜂鸣器接P0.29引脚，按键接P0.28引脚，LED指示灯 接P0.30引脚。蓝牙防丢器采用纽扣锂电池供供电， 供电电压为3.3V。射频天线端口接PI型匹配电路，以 实现射频端口与天线端口阻抗匹配的调试。天线采 用PIFA天线，为了实现高集成度，采用PCB板印制 方式与电路集成。 1 硬件设计 1.1 电路设计 图1 nRF51822外围配置电路 1.2 嵌入式软件设计 在硬件中，nRF51822芯片集成了一个低功耗 2.4GHz无线收发器，32位ARM Cortex-M0 CPU、存 储器和其他模拟、数字模块，支持蓝牙4.0协议[2]。由 于该芯片把控制芯片和射频芯片集成在一起，具有 较高的集成度，相比于传统的设计方案，硬件设计 方便、快捷、易于实现。 （1）通信链路的建立 智能手机与防丢器之间蓝牙通信链路的建立， 必须使防丢器处于广播状态，且不间断地发送广播 数据包，广播数据包之间的时间间隔称为广播间 47 47 46 46

3. 电 子 科 学 技术 Electronic Science & Technology 2016年第01期 2016年第01期 隔，其范围是20ms到10.24s。广播间隔将影响建立 通信链路建立的时间。在建立通信链路时，当手机 接收到广播数据包时，则对防丢器发送链接请求， 防丢器发送完广播数据包之后，则一直处于监听状 态，当监听到智能手机的链接请求时，则会发送一 个扫描回应作为对手机请求的响应。 智能手机和防丢器第一次交换数据定义为链接 状态。在一个链接状态中，手机将会在一个特定的 间隔从防丢器请求数据，这个间隔称为链接间隔， 它由手机决定并应用于链接，但是防丢器可以发送 链接参数更新请求给手机。根据蓝牙核心规范，链 接间隔必须在7.5ms到4s之间[3]。建立连接的软件设 计流程如图2所示。 容特点划分为4个服务，主要有连接丢失报警服务、 智能手机与防丢器双向寻找服务，其他辅助信息包 括电池电量检测服务、蓝牙信号发射功率服务，如 图3所示。 图3 链路中4个服务划分 如图3所示，在4个服务的5个特性中，共定义 了3个通知信息和2个属性值。通知是一个特性中 比较特别的描述符，客户端特性配置描述符(Client Characteristic Configuration Descriptor，CCCD)，是 给任何支持通知或指示功能的特性额外增加的，在 CCCD中写入“1”使能通知功能，写入“2”使能指 示功能，写入“0”同时禁止通知和指示功能[4]。这 里防丢器连接丢失报警和防丢器手机双向寻找服务 因为只需要发送一个特定的信号，因此它们的属性 被定义为通知功能，而电池电量检测和蓝牙发射功 率需要发送数据，则被定义为属性值。 2 应用软件设计 本系统通过Android4.3以上系统手机的蓝牙和该 低功耗的蓝牙防丢器连接，其功能设计有主动和被 动两种报警方式。 蓝牙设备服务模块为蓝牙设备的核心模块，主 要负责手机蓝牙打开状态检测、蓝牙扫描的启动与 中止、扫描结果的获取、蓝牙连接的创建与断开以 及蓝牙设备的距离检测、与蓝牙设备的数据传输等 功能。蓝牙设备服务模块具有以下五种状态：待机 状态、连接监听状态、连接请求状态、已连接状态 和数据传输状态。状态转换如图4所示。 图2 一个BLE应用的连接建立流程 （2）数据传输 防丢器和智能手机之间的数据交互通过“服务 （Service）”来体现，一个服务包含一个或多个特 性。防丢器与智能手机的数据交互可以根据数据内 49 49 48 48

4. 赵万 年等 ：基于nRF51822的蓝牙防丢器的设计与实现 2016年第01期 2016年第01期 3 结束语 本文提出一种基于nRf51822芯片的蓝牙防丢 器设计方案，利用智能手机与防丢器可进行双向通 信，经过实际验证，可实现防丢器寻找手机，手机 寻找佩戴防丢器的物品及特定距离下的连接断开报 警三个功能，操作简便，易于携带，具有较大的实 用价值。 参考文献 [1] 张立霞,周立余,冯新.基于AVR和RFID电子防丢防盗器设计 [J]. 现代电子技术,2013,36,91-94. [2] Nrf51822 Product Specification V2.0. [3] 刘百芬.基于nRF51822的汽车无线姿态测量系统设计[J].科学 技术与工程,2014,12,87-91. 图4 状态转化图 [4] 宋威.基于手机控制的智能家居系统设计[D].太原:中北大学， 2013. 基于以上分析，应用软件界面如图5所示。 [5] 王鑫.基于BLE和iOS平台的健康管理系统设计与实现[D].西 安:西安电子科技大学.2014. [6] 范晨灿.基于蓝牙4.0传输的Android手机心电监护系统[D].杭 州:浙江大学,2013. 作者简介： 赵万年(1980-)，硕士，工程师。研究 方向：物联网技术与应用、RFID技术 与应用。 E-mail: jingsiniao2004@163.com 图5 应用软件界面 通过该界面，可通过手机APP应用软件，检测到 防丢器与手机的连接状态，智能手机与蓝牙防丢器 之间的距离，报警声音大小控制和蓝牙设备地址等 信息。通过对该软件的操作，可有效实现智能手机 与防丢器之间相互通信状态的控制。 49 49 48 48