基于BLE智能车位锁的设计与实现

摘要

在车位短缺的今天，为避免车位被抢占，人们常使用车位锁保证车位独占性。但现有车位锁普遍存在智能化程度低、续航时间短、价格昂贵等诸多问题。低功耗蓝牙(BLE)的推出，为解决车位锁上述问题，实现技术革新创造了可能。BLE技术自被提出以来，就以其低功耗、低成本、高可靠性、连接速度快、便于实现移动设备短程互联等特性成为当前研究热点之一。随着Android4.3以上平台对BLE技术的统一支持，其开发应用也更为广泛。正是基于以上背景，本文设计开发了一款多用途智能车位锁系统，不仅满足自用要求，更可以借助互联网实现车位闲时出租共享。
　　本文首先简要介绍了车位锁的研究现状，进而明确系统总体设计目标:正常工作时间为1年以上，可靠通信距离为20～30m，结构紧凑，智能化程度高;并在此基础上，确定了智能车位锁系统总体方案设计，主要包括BLE通信控制系统设计、车位锁机械结构设计、车位检测系统设计、低电量预警系统设计、直流电机控制系统设计、Android客户端APP开发。然后，介绍了智能车位锁系统所需元器件选型，并对各组成部分硬件电路及相关软件程序设计进行了详述。其中，系统硬件设计包括BLE微控制器CC2540最小系统设计、基于地磁传感器HMC5883L的车位检测电路设计、直流电机控制电路、蜂鸣器驱动、电量检测等。软件设计重点对CC2540通信程序实现、车位锁设备名与密钥更改设计、车位检测算法、Android客户端APP开发进行了阐述。
　　最后，对本课题所研发的智能车位锁系统性能进行了实验测试，并在实验所测数据基础上，对车位锁工作时间进行了分析计算。实验结果表明，本课题所设计的BLE智能车位锁系统性能达到了预期效果，满足实际使用要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 研究现状及分析

1．2．1 课题研究现状

1．2．2 分析与总结

1．3 BLE技术应用简介

1．3．1 BLE协议栈架构

1．3．2 GAP与GATT原理及应用

1．4 本文主要研究内容

第二章 系统总体设计与实现

2．1 系统总体设计目标与方案

2．1．1 系统设计目标

2．1．2 系统总体方案设计

2．2 车位检测方案设计

2．3 机械本体结构设计

2．3．1 底座结构设计

2．3．2 上盖结构设计

2．4 传动系统结构设计

2．4．1 传动方案设计

2．4．2 传动设计实现

2．5 本章小结

第三章 系统硬件电路设计

3．1 系统硬件总体方案设计

3．2 微控制器最小系统设计

3．2．1 微控制器选型

3．2．2 巴伦匹配电路设计

3．2．3 蓝牙天线设计

3．2．4 最小系统完整电路设计

3．3 控制器外围电路设计

3．3．1 电源管理模块硬件电路设计

3．3．2 电机控制模块硬件电路设计

3．3．3 地磁检测模块硬件电路设计

3．3．4 蜂鸣器硬件电路设计

3．3．5 系统低电量预警设计

3．4 系统硬件电路PCB设计

3．5 本章小结

第四章 系统软件设计与实现

4．1 软件设计总体流程

4．2 BLE开发及调试环境

4．3 系统通信实现软件设计

4．3．1 BLE应用数据交互原理

4．3．2 CC2540通信程序实现

4．4 设备名与密钥更改软件设计

4．4．1 设备名修改程序设计

4．4．2 密钥重设程序设计

4．5 车位检测软件设计

4．5．1 车辆泊入检测程序设计

4．5．2 车辆驶离检测程序设计

4．6 低电量预警软件设计

4．7 本章小结

第五章 Android客户端APP开发

5．1 Android架构与应用组件

5．1．1 Android系统核心架构

5．1．2 Android应用构成与工作机制

5．2 应用程序BLE通信实现

5．2．1 Android中BLE架构

5．2．2 Android开发环境配置

5．2．3 编程步骤与实现

5．3 Java类与UI界面设计

5．3．1 Java类设计

5．3．2 UI界面设计与操作

5．4 本章小结

第六章 系统性能测试与分析

6．1 系统BLE通信距离测试

6．2 实际应用模拟测试

6．2．1 系统通信时效性测试

6．2．2 车位检测算法可靠性测试

6．3 功耗测试及电池工作时间计算

6．3．1 各工作状态功耗测试

6．3．2 电池工作时间计算

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献