基于物联网的导航门牌设计

2 系统实现

2.1 硬件实现

2.1.1 控制和存储系统

基于适应导航门牌内部空间大小和尽量减少功耗需求的设计思想，选择高速低功耗单片机STC89LE516RD+作为系统的控制核心芯片，它兼容8051指令代码，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择，具有片上1 028 B RAM和64 KB Flash ROM，以及UART串行通信接口。

2.1.2 蓝牙通讯系统

蓝牙通讯系统以BTM4704C2P为核心，通过串行通讯接口与单片机连接。该蓝牙通讯模块支持L2CAP、RFCOMM、OBEX、SDP等协议及SPP、OPP、FTP profile，具有自动搜索附近(150 m以内)移动蓝牙终端，并主动将预设信息(文字、图片、流媒体等)发送给蓝牙终端的功能。

根据系统设计，导航门牌的蓝牙通讯以文件传输为主，因此设计使用基于对象交换OBEX(Object Exchange)的OPP（Object Push Profile）协议，即对象推送协议。它加入了人为的选择操作，允许导航门牌的识别装置主动选择是否从导航门牌上下载门址的多媒体信息文件，同时识别装置上无需单独编程，具有很强的灵活性和兼容性。OPP中的对象以文件形式封装，文件类型后缀反映在该文件Object的Type Header上相应的MIME类型，Object数据结构基本都可以抽象为Type+Data在PUT中分段传输，目标机根据Type决定对文件对象的操作，例如当类型为"text/x-vcard"时，便能判断出文件中的数据均为VCARD形式的电话本条目。这些Type都应用专属Header(Application Specific Header)，OPP在OBEX上的扩展也就是在这个Type上的扩展[4]。

2.1.3 太阳能供电系统

太阳能供电系统由太阳能电池组件、充电控制器和蓄电池组成。

蓄电池的种类和容量根据系统使用环境和系统耗电量进行选择。由于导航门牌安装环境是户外，一年中环境温度变化较大，因此选择受温度影响较小的锂电池作为蓄电池。考虑日照情况和后备裕量，选择容量为2 600 mAh的可充电锂电池作为太阳能供电系统的蓄电池。

充电控制器的核心是充电管理芯片，选择时需要考虑芯片的工作电压、充电方式、能否有效避免过充和过放等。CONSONANCE公司的CN3068充电管理芯片可对单节可充电锂电池进行恒流/恒压充电管理，其内部包括功率晶体管，应用时不需要外部的电流检测电阻和阻流二极管， 符合USB总线技术规范，非常适合于便携式应用领域。CN3068的热调制电路可以在器件的功耗比较大或者环境温度比较高时将芯片的温度控制在安全范围内。当输入电压掉电时，CN3068会自动进入低功耗的睡眠模式，此时电池的电流消耗小于3 ?滋A。该充电管理芯片的其他功能还包括输入电压过低锁存、自动再充电、电池温度监控以及充电状态/充电结束状态指示等。CN3068采用8管脚小外形封装（SOP8），输入电压范围为4.35 V～6 V[5]。

太阳能供电系统采用浮充机制：电池板将太阳能转换为电能，通过充电管理芯片CN3068对电池进行充电，同时给系统供电；当太阳能电压不能满足系统要求时，模块由电池供电。为保证太阳能电池板和蓄电池为系统提供的电压稳定，两路电源分别采用以AS1360三端稳压芯片为核心的稳压电路。AS1360输出电压为3.3 V，输入电压范围为2.5 V～20 V，最小静态电流为1.5 μA，最大输出电流为250 mA，具有集成的短路和过流保护，输出精度高，采用3引脚的SOT23封装。

2.2 软件实现

导航门牌的软件实现主要是单片机编程，其导航读取过程的程序流程图如图4所示。

地址信息发送主要依靠单片机与蓝牙模块之间的通讯协议实现。当配对之后，蓝牙模块会发送给单片机一个0x36指令，包括配对设备的蓝牙地址以及配对结果标志位。若配对成功，单片机向蓝牙模块发送0x80指令，包括获得的蓝牙地址以及发送文件大小、文件名编码格式和对应格式的文件名编码。当蓝牙模块与蓝牙终端建立连接之后，蓝牙模块会通过0x21指令告知单片机。数据包括蓝牙设备地址和连接句柄，连接句柄的作用是对当前连接进行标识。当模块准备好给蓝牙终端发送数据时，会通过0x41指令告知。0x41指令中标识了当前数据包的大小限制。第一个数据包的大小限制为330 B，之后的数据包大小限制为3 630 B。主机在接收到0x41指令后，通过0x70指令发送数据给模块。0x70指令包括序号，标识当前是第几个数据包和地址信息。数据包发送成功之后，模块会返回0x61指令。0x61指令是一条状态指令，标识前一个操作是否成功。若收到则标识上个操作已成功完成。所有数据包都发送完毕之后，单片机发送0x71指令告知蓝牙模块，蓝牙模块在接收到0x71指令后，会发送0x23指令给单片机表示模块已经与蓝牙移动终端断开了连接。

导航门牌融入了物联网的基本概念和技术，将传统的静态被动式门牌转化为具有存储和读取功能的局部信息点LIP（Local Information Point），具有体积小、安装使用方便、免维护等特点，可以广泛地应用在城市街道的门址定位和建筑物的室内导航中，大大提升了门址系统的信息化水平。