基于ios及ble的便携气象监测系统终端设计

《基于ios及ble的便携气象监测系统终端设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于iOS及BLE的便携气象监测系统终端设计　　摘要：作为蓝牙4.0技术的核心规范，蓝牙低功耗（BLE）无线技术给移动应用程序开发人员提供了访问外部硬件通道，也使硬件工程师方便可靠地从每一个主流移动操作系统访问BLE（BluetoothLowEnergy）设备。研究了蓝牙低功耗技术协议原理及架构，介绍了蓝牙无线通信的几种模式。以iOS为平台提出了一种由BLE气象数据采集模块、iPhone手机以及手机上的专用APP构成的动态气象监测系统方案。　　关键词关键词：iOS；iPhone；BLE；气象监测　　DOIDOI：10.11907/rjdk.1

2、61944　　中图分类号：TP319　　文献标识码：A文章编号文章编号：16727800（2016）011010303　　0引言　　越来越多的手机及可穿戴设备使用蓝牙4.0技术。该技术优点：①低功耗：在静态状态，一节钮扣电池可支持数年之久；②低成本：蓝牙技术逐步成为智能手机标配；③开放性：以2.4GHz频段全球开放。蓝牙4.0技术使可穿戴设备炙手可热，小米手环、苹果公司的iBeacon等产品受到大众欢迎，加速了物联网革命的发展进程[1]。　　1BLE协议架构　　气象数据监测系统采集模块使用Nordic自主研发的nRF51822蓝牙低功耗2.4

3、GHz片上系统。nRF51822采用优化的32位ARM7Cortex-M0处理器，使BLE模式达到-92.5dBm敏感度，最高达+4dBm的输出功率，支持256KB片上闪存和16KBRAM，成为行业领先者。　　蓝牙低功耗（BLE）协议栈分为应用程序、主机和控制器3个部分，如图1所示[2]。应用程序负责与实际用例相关的逻辑、用户界面和数据处理，实现产品特定功能；主机包含GAP、GATT、SMP、ATT、L2CAP以及HCI层，可管理两个或多个BLE设备相互间的通信；控制器主要用于收发编码过的无线信号，并通过解码这些信号获取内部信息包[3]。　　

4、（1）物理层（PHY）。包含模拟通信电路，负责调制解调，将模拟信号转换成数字信号[4]。　　（2）链路层（LL）。负责管理设备协议栈状态，此层定义4个角色：①广告者（Advertiser）：发送广告包的设备；②扫描仪（Scanner）：扫描广告包设备；③主人（Master）：启动连接并对连接进行管理的设备；④奴隶（Slave）：接受连接请求并与控制者时间同步[5]。　　（3）主机控制接口（HCI）是一个标准协议。允许主机和控制器在串行接口进行通信[6]。　　（4）逻辑链路控制和自适应协议（L2CAP）。是一个协议多路复用器，负责将上层的多个协

5、议封装成标准的BLE数据包格式，它支持分段和重组。　　（5）安全管理协议（SMP）。既是一个协议也是一系列安全算法，负责为蓝牙协议栈提供生成和交换安全密钥能力，让各节点通过加密链接安全交流，信任远程设备身份[7]。　　（6）属性协议（ATT）。是一个简单的客户端/服务器无状态协议，在BLE中，每个设备是一个客户端或一个服务器，或者两者兼有。7　　（7）通用访问配置（GAP）。允许BLE设备相互操作。它提供一个框架，任何BLE实现必须允许设备发现彼此、广播数据、建立安全连接以及执行其它基本操作标准。　　（8）通用属性协议（GATT）。它是基于属

6、性协议（ATT），添加了一个层结构和数据抽象模型，定义数据如何在应用程序之间组织和交换[8]。　　2蓝牙无线通信原理　　对BLE网络中的角色、蓝牙通信过程中广告包类型及通信模式介绍如下。　　2.1BLE网络中的角色　　通用访问配置（GAP）定义了BLE网络中4个角色，每个特定设备可同时扮演一个或多个角色。　　（1）广播角色（Broadcaster）：定期发送广告包数据，不建立连接，使用链路层（LL）广告角色。　　（2）观察角色（Observer）：优化了广播设备收集数据的应用程序，观察者角色侦听从广播端嵌入在广告包中的数据，使用链路层（LL）

7、扫描仪角色。　　（3）中心角色（Central）：相当于链路层（LL）主人角色，能够建立多个连接设备，是连接的发起者。中心角色通常由智能手机或平板电脑扮演。　　（4）外围角色（Peripheral）：相当于链路层（LL）奴隶角色，这个角色通过广告包使中心角色找到它，随后建立连接[9]。　　2.2广告包分类7　　蓝牙通讯广告包分3种类型：①是否可连接。扫描仪在接收广告包时是否可开启连接，如果不能，则这个包只用来广播；②是否可扫描。在收到广告包时扫描仪是否可发起扫描请求；③是否定向。定向的广告包只包含广告者和目标扫描仪的蓝牙地址，不允许负载用户数

8、据，所有的定向广告包都可连接，不定向广告包不针对任何特定扫描仪，可包含用户数据[10]。　　3系统搭建　　软件整体设计基于MVC（Model-View-Contro