CN105516907A - 基于低功耗蓝牙技术的数据传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于低功耗蓝牙技术的数据传输方法，应用于亚米级可穿戴定位设备系统中，是通过在BLE蓝牙模块中设置缓冲机制和设置BLE蓝牙模块的三种休眠模式，来使得BLE蓝牙模块智能控制调解数据流，保证蓝牙拥有忙闲状态之间的切换，既满足数据的高速传输，又满足了实现了较低的内存消耗，满足了亚米级可穿戴定位设备的低功耗；同时采用BLE蓝牙智能接收发送数据，蓝牙灵活处理缓存，不会使得缓存数据过多而导致溢出丢失数据，大大降低了数据的丢包率。

Description

基于低功耗蓝牙技术的数据传输方法

技术领域

本发明涉及一种数据传输方法，特别是涉及一种基于低功耗蓝牙的数据传输方法。

背景技术

在测绘领域里，使用亚米级可穿戴定位设备进行定位作业时，要求设备与安卓手机能够实时高速进行数据通信，以实现差分数据和实时解算结果的传输操作，而可穿戴设备要求低功耗，差分解算的数据传输速度和数据丢包率要求非常高。通过现有的WiFi或者传统的蓝牙技术传输数据时，其数据传输速度虽然能够相对的满足要求，但其功耗很大，芯片的体积也相对较大，不能够满足亚米级可穿戴设备的小型化及电池无法提供大容量的电池；使用现有的低功耗蓝牙技术传输数据时，其数据传输速度并不高效，稳定性较差，丢包率比较大，数据丢失严重。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的提出一种基于改进的低功耗蓝牙的数据传输方法，实现低功耗，高效差分数据通信，有效降低丢包率，有效提高串口通信实时解算的结果准确性。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明公开了一种基于低功耗蓝牙技术的数据传输方法，应用于可穿戴定位设备中，所述可穿戴定位设备包括BLE蓝牙模块和arm计算器，包括以下步骤：

S101：BLE蓝牙模块与智能终端设备建立蓝牙连接；

S102：BLE蓝牙模块接收智能终端设备发送的数据并存储在第一缓存，然后将第一缓存中的数据在通过串口通信发送至arm计算器；

S103：arm计算器对接收到的数据进行处理，然后将处理后的数据通过串口通信发送至BLE蓝牙模块；

S104：BLE蓝牙模块接收arm计算器发送的数据并存储在第二缓存，然后将第二缓存中的数据发送至智能终端设备。

优选地，所述第一缓存设有上限阈值A1和下限阈值A2；所述BLE蓝牙模块将数据存储在第一缓存时，还包括以下步骤：

S1021：将第一缓存中的数据与A1、A2进行比较，当所接收到的数据大于A1时，则执行步骤S1022；当所接收到的数据在A1和A2之间，则执行步骤S1023；当接收到的数据小于A2时，则执行步骤S1024；

S1022：暂停接收智能终端设备发送的数据，继续向arm计算器发送数据；当达到第一休眠时间时，则执行S1021；

S1023：既接收智能终端设备发送的数据，又向arm计算器发送数据；当达到第二休眠时间时，则执行S1021；

S1024：继续接收智能终端设备发送的数据，暂停向arm计算器发送数据；当达到第三休眠时间时则执行S1021。

优选地，所述第二缓存设有上限阈值B1和下限阈值B2；所述BLE蓝牙模块将数据存储在第二缓存时，还包括以下步骤：

S1041：将第二缓存中的数据与B1、B2进行比较，当所接收到的数据大于B1时，则执行步骤S1042；当所接收到的数据在B1和B2之间，则执行步骤S1043；当接收到的数据小于B2时，则执行步骤S1044；

S1042：暂停接收arm计算器发送的数据，继续向智能终端设备发送数据；当达到第一休眠时间时，则执行S1041；

S1043：既接收arm计算器发送的数据，又向智能终端设备发送数据；当达到第二休眠时间时，则执行S1041；

S1044：继续接收arm计算器发送的数据，暂停向智能终端设备发送数据；当达到第三休眠时间时，则执行S1041。

优选地，所述第一缓存和所述第二缓存的大小分别至少为2500字节。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明采用串口通信数据流的控制、BLE蓝牙数据流控制的通信机制以及BLE蓝牙的三种休眠模式，使得让BLE蓝牙拥有忙的工作状态并全速运行、空闲的工作状态可以休眠更多的时间来实现较低的低功耗，提高了数据的传输效率，同时满足了亚米级可穿戴设备不能够提供超大电池的要求。本发明在BLE蓝牙模块使用缓存，以及BLE蓝牙模块通过三种休眠模式灵活处理缓存，不会造成由于缓存的溢出导致数据的丢失，从而不会影响arm计算器计算的精确性。另外，本发明BLE蓝牙模块在满足传输速度要求下，使得设备硬件的体积更小，满足亚米级可穿戴设备的要求。

附图说明

图1是本实施例一基于低功耗蓝牙的数据传输方法流程图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

如图1，本发明公开了一种基于低功耗蓝牙的数据传输方法，该方法应用于亚米级可穿戴定位设备中，亚米级可穿戴定位设备是一种可以具有亚米级精度、超小的体积和重量的RTK接收机；包括BLE蓝牙模块和arm计算器，通过BLE蓝牙模块接收到智能终端设备发送的数据，然后将数据传输到arm计算器并处理，通过串口通信发送至蓝牙，在通过蓝牙将处理后的数据发送至手机。所述方法包括以下步骤：

S101：BLE蓝牙模块与智能终端设备建立蓝牙连接；智能终端设备是手机、平板等具有蓝牙功能的设备，通过蓝牙与可穿戴定位设备连接。

S102：BLE蓝牙模块接收智能终端设备发送的数据并存储在第一缓存，然后将第一缓存中的数据在通过串口通信发送至arm计算器。在本步骤中，设置第一缓存用于缓冲并保存接收智能终端设备发送的数据。当BLE蓝牙模块接收数据时，可先将数据放入第一缓存中，达到一定的数量时在将数据发送出去，这样BLE蓝牙就不需要时刻处于接收数据和发送数据的状态，降低了内存的消耗，进一步降低了系统功耗。

S103：arm计算器对接收到的数据进行处理，然后将处理后的数据通过串口通信发送至BLE蓝牙模块；使用arm计算器对接收到的数据进行差分数据解算；在可穿戴定位设备系统中主要是将接收到的数据进行计算后得到具体的位置信息数据，这一过程是本领域技术人员所熟知的技术。

S104：BLE蓝牙模块接收arm计算器发送的数据并存储在第二缓存，然后将第二缓存中的数据发送至智能终端设备。本步骤中同样设置缓冲机制，在BLE蓝牙模块中设置第二缓存，用于缓冲存储由arm计算器通过串口通信发送来的数据。当BLE蓝牙模块接收数据时，可先将数据放入缓存中，达到一定的数量时在将数据发送出去，这样BLE蓝牙就不需要时刻处于与arm计算器和智能终端设备交换数据的状态，降低了内存的消耗，进一步降低了系统功耗。使用缓冲机制能够对数据流的控制起到一个很好的缓冲作用。

进一步，所述的第一缓存会预先设置其大小，根据大量的测试得出第一缓存的大小至少2500字节；如果第一缓存的大小在2500字节以下，就会出现严重的丢包现象，因此将第一缓存的大小应设置在2500及以上；同时还设置第一缓存的上下限阈值，在这里将上限阈值记为A1，下限阈值记为A2。

进一步，所述BLE蓝牙模块接收智能终端设备发送的数据时，还包括以下步骤：

S1021：将第一缓存中的数据与A1、A2进行比较，当所接收到的数据大于A1时，则执行步骤S1022；当所接收到的数据在A1和A2之间，则执行步骤S1023；当接收到的数据小于A2时，则执行步骤S1024。

本步骤中，当接收到的数据大于A1时，也即是接收到的数据大于第一缓存的上限阈值，说明此时数据比较多，在接收数据的话，第一缓存就会溢出，并造成数据的丢失，因此这时BLE蓝牙模块就会进入nosleep模式，也即是步骤S1022：暂停接收智能终端设备发送的数据，继续向arm计算器发送数据。在nosleep模式BLE蓝牙模块会暂停接收手机发送的数据，并全速向arm计算器发送数据；同时还预先设置该nosleep模式的休眠时间，当启用nosleep模式后，系统会计时，若达到该休眠时间，BLE蓝牙模块会再次将第一缓存中的数据与A1、A2进行比较，也即是执行步骤S1021，重新选择BLE蓝牙模块的休眠模式。

当接收到的数据小于A2时，也即是接收到的数据小于下限阈值，也即是说第一缓存中接收的数据较少，第一缓存可以存储较多的数据，此时BLE蓝牙模块进入deepsleep模式，也即是执行S1024：BLE蓝牙模块继续接收智能终端设备发送的数据，暂停向arm计算器发送数据。在此deepsleep模式下，由于第一次缓存的空间足够多，可以接收较多数据，因此可以先暂停向arm计算器发送数据，这样就减少数据的交换频率，减少了内存消耗，相当于节省了系统功耗，也即是对系统的调配进行了优化。当然该deepsleep模式也会预先设置自己的休眠时间，当启用该模式并达到自己的休眠时间时，BLE蓝牙模块会将第一缓存的数据与A1、A2进行比较，也即是执行步骤S1021，重新选择BLE蓝牙模块的休眠模式。

当接收到的数据处于A1和A2之间时，则BLE蓝牙模块进入sleep模式，也即是执行步骤S1023：BLE蓝牙模块既接收智能终端设备发送的数据，又向arm计算器发送数据。当接收到的数据在A1和A2之间时，说明此时的数据流时属于正常情况下，BLE蓝牙模块按照正常的休眠模式运行即可。当然sleep模式也有自己的休眠时间，同样的进入该模式下，达到该模式的休眠时间后，需再次将第一缓存中的数据与A1、A2进行比较，也即是执行步骤S1021，重新选择BLE蓝牙的休眠模式。

该方法采用缓冲机制以及BLE蓝牙模块中的三种休眠模式让BLE蓝牙拥有忙的状态全速运行、空闲状态可以休眠更多时间来实现较低的低功耗；数据较多时不会因为来不及接收而丢失，数据较少了可以使BLE蓝牙模块可以休眠更多时间来避免频繁的数据交换，节省了内存的消耗，提高了数据的传输效率。

进一步，所述S104中同样的原理设置第二缓存并设置其大小，根据大量的测试得出第二缓存的大小至少2500字节，如果第二缓存的大小在2500字节以下，就会出现严重的丢包现象，因此将第二缓存的大小应设置在2500及以上；同时还设置第二缓存的上下限阈值，在这里将上限阈值记为B1，下限阈值记为B2。当然这里所设置的第二缓存和所述第一缓存的大小可以是相同的，也可以是不同，但都必须至少2500字节，才能保证不会造成严重的丢下现象。

进一步，当BLE蓝牙模块接收来自经过arm计算器处理后经过串口通信发送的数据并存储在第二缓存时：

S1041：将第二缓存中的数据与B1、B2比较，当所接收到的数据大于B1时，则执行步骤S1042；当所接收到的数据在B1和B2之间，则执行步骤S1043；当接收到的数据小于B2时，则执行步骤S1044；

本步骤中，当BLE蓝牙模块接收arm计算器发送的数据大于B1时，也即是接收到的数据大于上限阈值，说明此时数据比较多，在接收数据的话，第二缓存就会溢出，并造成数据的丢失，因此这时BLE蓝牙模块就会进入nosleep模式，也即是步骤S1042：BLE蓝牙模块暂停接收串口通信发送的数据，继续向智能终端设备发送数据。在nosleep模式BLE蓝牙模块会暂停接收串口通信发送的数据，并全速向手机发送数据；同时还预先设置该nosleep模式的休眠时间，当启用nosleep模式后，系统会计时，若达到该休眠时间，BLE蓝牙模块会将第二缓存中的数据与B1、B2进行比较，也即是执行步骤S1041，重新选择BLE蓝牙模块的休眠模式。

当接收到的数据小于B2时，也即是接收到的数据小于下限阈值，也即是说第二缓存中接收的数据较少，第二缓存可以存储较多的数据，此时BLE蓝牙模块进入deepsleep模式，也即是执行S1044：BLE蓝牙模块继续接收串口通信发送的数据，暂停向智能终端设备发送数据。在此deepsleep模式下，由于第二次缓存的空间足够多，可以接收较多数据，因此可以先暂停向智能终端设备发送数据，这样就减少数据的交换频率，减少了内存消耗，相当于节省了系统功耗，也即是对系统的调配进行了优化。当然该deepsleep模式也会预先设置自己的休眠时间，当启用该模式并达到自己的休眠时间时，BLE蓝牙模块会将第二缓存中的数据与B1、B2进行比较，也即是执行步骤S1041，重新选择BLE蓝牙模块的休眠模式。

当接收到的数据在B1和B2之间时，则BLE蓝牙模块进入sleep模式，也即是执行步骤S1023：BLE蓝牙模块既接收串口通信发送的数据，又向智能终端设备发送数据。当接收到的数据在B1和B2之间时，说明此时的数据流时属于正常情况下，BLE蓝牙模块按照正常的休眠模式运行即可。当然sleep模式也有自己的休眠时间，同样的进入该模式下，达到该模式的休眠时间后，需再次将第二缓存中的数据与B1、B2进行比较，执行步骤S1041，重新选择BLE蓝牙的休眠模式。

对于上述所设置的缓存的上下限阈值，经过大量的实验测试证明，其上限阈值设置为2250，下限阈值设置为450，是最佳优选方案，当然，这个上下限阈值的设置还是会根据缓存的大小做相对应的调整。对于每一种休眠模式预设的休眠时间的设置是综合考虑串口通信的传输速率和BLE蓝牙的数据传输速率进行设定的；进一步，本发明的最佳数据传输速率支持5kB/s的稳定传输速率；从串口通信设置方面，串口通信的波特率使用115200，则其有效数据传输速率为7.2kB/s，符合本发明的最佳数据传输速率；在从BLE蓝牙设置方面来看，根据蓝牙协议规范，BLE蓝牙每次发送数据的字节数不超过20字节，则这样每次查询判断数据的大小的两次广播时间间隔的最佳时间为0.625ms的倍数加上随机时间；因此可预设sleep模式的休眠时间为0-3ms,deepsleep模式的休眠时间为3ms，nosleep模式的休眠时间为0.625ms。这里所说的每个模式的休眠时间也会根据时间做相对应的调整。

该方法采用双缓冲机制、BLE蓝牙的三种休眠模式以及对软件串口通信数据流的控制和BLE蓝牙无线收发数据流的控制，使得不会因为数据太多导致BLE蓝牙的缓冲溢出，导出数据丢失；并且在相应的时间控制下通过休眠模式的调整使得BLE蓝牙的低功耗更加显著，有效提高数据传输效率，节省了系统消耗。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.基于低功耗蓝牙技术的数据传输方法，其特征在于，应用于可穿戴定位设备中，所述可穿戴定位设备包括BLE蓝牙模块和arm计算器，包括以下步骤：

S101：BLE蓝牙模块与智能终端设备建立蓝牙连接；

S102：BLE蓝牙模块接收智能终端设备发送的数据并存储在第一缓存，然后将第一缓存中的数据在通过串口通信发送至arm计算器；

S103：arm计算器对接收到的数据进行处理，然后将处理后的数据通过串口通信发送至BLE蓝牙模块；

S104：BLE蓝牙模块接收arm计算器发送的数据并存储在第二缓存，然后将第二缓存中的数据发送至智能终端设备。

2.如权利要求1所述基于低功耗蓝牙技术的数据传输方法，其特征在于，所述第一缓存设有上限阈值A1和下限阈值A2；所述BLE蓝牙模块将数据存储在第一缓存时，还包括以下步骤：

S1021：将第一缓存中的数据与A1、A2进行比较，当所接收到的数据大于A1时，则执行步骤S1022；当所接收到的数据在A1和A2之间，则执行步骤S1023；当接收到的数据小于A2时，则执行步骤S1024；

S1022：暂停接收智能终端设备发送的数据，继续向arm计算器发送数据；当达到第一休眠时间时，则执行S1021；

S1023：既接收智能终端设备发送的数据，又向arm计算器发送数据；当达到第二休眠时间时，则执行S1021；

S1024：继续接收智能终端设备发送的数据，暂停向arm计算器发送数据；当达到第三休眠时间时则执行S1021。

3.如权利要求1所述基于低功耗蓝牙技术的数据传输方法，其特征在于，所述第二缓存设有上限阈值B1和下限阈值B2；所述BLE蓝牙模块将数据存储在第二缓存时，还包括以下步骤：

S1041：将第二缓存中的数据与B1、B2进行比较，当所接收到的数据大于B1时，则执行步骤S1042；当所接收到的数据在B1和B2之间，则执行步骤S1043；当接收到的数据小于B2时，则执行步骤S1044；

S1042：暂停接收arm计算器发送的数据，继续向智能终端设备发送数据；当达到第一休眠时间时，则执行S1041；

S1043：既接收arm计算器发送的数据，又向智能终端设备发送数据；当达到第二休眠时间时，则执行S1041；

S1044：继续接收arm计算器发送的数据，暂停向智能终端设备发送数据；当达到第三休眠时间时，则执行S1041。

4.如权利要求1所述基于低功耗蓝牙技术的数据传输方法，其特征在于，所述第一缓存和所述第二缓存的大小分别至少为2500字节。