低功耗蓝牙与智能硬件设计

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1、低功耗蓝牙与智能硬件设计刘裕佳赵友章梁倩北方民族大学摘要：不断降功耗是电子发展过程中永远不会改变的主题。设计了一个低功耗蓝牙与智能平台联合项0。蓝牙技术凭借苏普遍性和简洁性改变了设备与设备之间的无线通信，设备可通过蓝牙进行高度安全的无线通讯。蓝牙的便捷性及全球的认可度，使任何支持蓝牙的设备都能通过配对流程与邻近的其他设备连接。配对后的设备可建立全双工通信。关键词：STM32;单片机;低功耗;嵌入式;智能硬件、锊能家居、物联网、移动互联网人潮的到来，正在越来越多地改变我们身边的一切。我们看到的智能手环智能手表、智能插座、智能水杯、谷歌眼镜等，都是其中的形态和表现方式，其核

2、心是通过软硬件结合的方式，使产品具备智能化的功能，并且具备与云端链接的能力。其中，低功耗蓝牙技术是实现智能连接的重要技术支撑。1研宄意义目前，智能手机平台及操作系统Android（4.3以上）、iOS（6.0以上）、Windows（8.0以上）均提供了对低功耗蓝牙的原生态支持，天然地具备了移动互联平台的能力。低功耗蓝牙是由诺基亚所设计的一种短距离无线通讯技术，最初的目标是提供功耗最低的无线标准，并且专门在低成本、地带宽、低功耗与低复杂性方面进行了优化。2研宄内容2.1天线选择和对比2.1.1鞭状天线鞭状天线是一种可弯曲的垂直杆状天线，其长度一般为1/4或1/2波长。鞭状

3、天线PCB可实现，但是耍注意天线走线不应太靠近平面，与地的距离最好为1/10波长（大约1cm）,否则辐射效率受到较大影响。2.1.2倒F天线倒F天线属于1/4波长天线，它被弯曲成L形，短边连接到大地，长边的末端是开放的。馈电点位于大地端的某一点处和开放端之间。这个结构的特点类似于字母F,由于馈电点到地面的循环电流，使其具有环形天线的特性，又由于开放端使其兼具鞭状天线的特性。倒F天线(IFA)很容易在PCB上实现。F形状只是天线的一个元素，另外还包括板接地平面等。反馈走线的长度加上开放走线的长度约为X/4,相应的接地平面的长度大约为X/4.图1为PCB上实现倒F天线。图1

4、PCB上实现倒F天线下载原图2.1.3蛇形天线蛇形天线为PCB天线。该天线被印刷在PCB印刷板的板顶层，一个接地平面被放置在天线附近的顶层上。蛇形天线的PCB底层不允许有接地平面，以免影响天线的辐射特性。图2为PCB上实现蛇形天线。2.2周围物体对天线性能的影响及考虑周围空间的影响：天线的问题通常是天线周围空间不合理。为了不影响天线的性能，天线不能太接近地或其他走线、电池或其他金属物体。2.3金属物体对天线性能的影响保持金属物体远离天线，确保金属物体与天线近场足够远。天线近场与天线尺寸及波长相关，具体为：近场(nearfield)=2D2/X.式（1）中为天线的最大尺寸

5、，在以上天线的实例中，D可以认为是大约1/4波长（X/4）;A为无线电波信号在自由空间的波长。对于蓝牙的工作频率，将入=122隱代入近场计算公式得，近场=入/8=122/8mm=15.25mm0在2.4GHz蓝牙频段，金属物体应至少与倒F天线和蛇形天线保持15.25mm的距离，以便使天线能够有效地工作。如果这是不可能的，那么需要进行额外的实验，确保天线的性能和产品尺寸之间达成一个可接受的方案。2.4介电材料对天线性能的影响介电材料（比如槊料或FK-4）会降低天线的谐振频率告知失谐。与金属物体相比，天线附近放罝的介电材料对天线性能所产生的影响结果不会太严重，而且这种影响可

6、以通过减少天线的超过年度来矫正。2.5天线的调谐天线性能是确保可靠无线电通信的重要因素。天线可以看作祌秘的艺术，附近任何原料及尺寸的改变都会影响天线的性能。天线设计是非常重要的，通常也需要调节，在这个过程中有很多技巧。除了理论的分析和计算外，考虑到周围物体等因素对天线性能的影响，有必要在实际产品设计中对天线进行测试和调谐，使其具有最好的性能表现。2.6天线的3=1后调谐由于天线可能被附近的物体影响，包括线路板的尺寸和形状，甚至连接到网络分析仪的电缆，都会对测量造成影响。把手接近天线，点就会向周围移动一点。如果不是这样，则天线可能未连接好。接地层敏感的天线可能会把附加的导

7、线看作地的延伸，需要在远场情况下进行进一步的测试和调谐。2.7移动端系统本系统选择Android,Android是Google开发的基丁•Linux平台的、幵源的智能手机操作系统。Android包括操作系统、中间件和应用程序，由于源码开放，Android可以被移植到不同的硬件平台上。参考文献[1]明口科技.Java从入门到精通[M].北京:清华大学出版社，2014.[2]黄智伟.低功耗系统设计一一原理、器件与电路[M].北京：电子工业出版社，2011.[3][美]CarlosSessa.打造髙质量Android应用[M].杨云，译.北京：