CN109547984B - 一种可实现多主一从的蓝牙控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可实现多主一从的蓝牙控制系统，其特征在于，包括至少一个主设备和至少一个从设备，所述的主设备的数量大于从设备的数量，当多个主设备连接同一个从设备时，采用分时复用的方式进行信号传输。与现有技术相比，本发明解决了传统蓝牙系统中，点对点、一主多从、自组网的局限。实现了多个控制或管理设备对一个受控或感知设备同时进行控制或数据获取的功能。

Description

一种可实现多主一从的蓝牙控制系统

技术领域

本发明涉及一种蓝牙控制系统，尤其是涉及一种可实现多主一从的蓝牙控制系统。

背景技术

随着人类社会的不断发展和科学技术的快速进步，城市承载的人口，需要提供的服务和采集的信息都在快速增长，建设智慧城市已经成为当今世界不可逆转的趋势。爆发性增长的数据，和管理服务的需求，给城市管理带来巨大的挑战。

蓝牙技术的快速发展，给城市管理者提供了更加便捷的管理手段和方式，蓝牙技术在智慧城市管理中具有如下优势：

1.直接与手机连接，无需通过路由器、网关等中间设备，为城市管理者和用户提供便捷的管理手段。在智能手机普及的物联网，大数据时代，支持手机直接接入，是蓝牙强大竞争力的体现。

2.低功耗。蓝牙，尤其是蓝牙第四代标准及以后的低功耗版本，提供了超低功耗无线通讯技术的载体。可以实现电池供电，长期工作的数据感知功能。

3.安全性。相对于Wifi等广域传输网络，蓝牙在数据传输方面，更加安全，不易受到黑客的攻击。

智慧城市的发展，离不开物联网，云计算，大数据等相关领域的支持，更伴随着蓝牙技术的突飞猛进。从可穿戴设备的爆发，到物联网设备的快速增长，蓝牙在其中都占了较大的份额。

但是具体到现有的蓝牙技术，在实际应用中也存在问题：

1.现有的蓝牙设备，仅支持点对点，一主多从，或者自组网(多主多从，从机个数需大于主机个数)的网络拓扑，并不支持多主一从的系统需求。

对于点对点，或者一主多从这类蓝牙系统，其系统只有一个主机，无法支持多主一从的需求。

对于自组网(多主多从)的蓝牙系统，要求从机个数必须大于主机个数，才能支持到多个主机控制多个从机。其原因在于主机需要通过连接等数量的从机，再通过从机间广播的方式，实现自组网(多主多从)的控制和感知。这类系统也是无法满足多主一从的系统需求。

这种系统网络拓扑的技术限制，限制了蓝牙的应用和发展，也无法完全满足智慧城市多样化的管理需求。在智慧城市应用中，一种受控设备或者感知设备，是很可能同时受到多种控制设备和管理设备的控制，而不是被某一种控制设备或者管理设备独占。

2.蓝牙传输距离有限，如何增大传输距离，提高远距离的稳定传输数据率，是蓝牙应用中的又一个核心问题，传统的低功耗版本蓝牙设备，只能支持不超过8dBm的发射功率，限制了有效的稳定传输距离。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可实现多主一从的蓝牙控制系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种可实现多主一从的蓝牙控制系统，包括至少一个主设备和至少一个从设备，所述的主设备的数量大于从设备的数量，当多个主设备连接同一个从设备时，采用分时复用的方式进行信号传输。

所述的分时复用的方式具体包括以下步骤：

S1，主设备收到控制信号，所述的控制信号包含该主设备对从设备的控制操作；

S2，主设备读取其内部存储的系统中所有主设备的当前状态信息，判断是否已有其他主设备连接该从设备，若是，则进入步骤S4，否则进入步骤S3；

S3，主设备对从设备进行控制操作，操作完毕后等待接收到控制信号返回步骤S1，或收到连接请求进入步骤S5；

S4，该主设备向其他主设备广播连接请求，所有其他主设备收到请求后，记录该主设备加入连接等待队列；

S5，处于连接状态的主设备完成现有操作后，出队列，判断队列是否为空，若是，则等待接收到控制信号返回步骤S1，或收到连接请求返回本步骤起始处，若否，则断开连接，并通知连接等待队列中的第一个主设备连接从设备进行控制操作，然后返回本步骤起始处。

所述的主设备通过蓝牙向其他主设备发出广播。

所述的系统初始化时，每个主设备周期向其他主设备广播自己的初始状态信息，初始化完成后，每个主设备在收到控制信号后，将对应的控制操作和控制操作结果广播发送给其他主设备，以使其他主设备得到系统中所有主设备的当前状态信息。

所述的主设备和从设备均包括依次连接的蓝牙控制器电路、功率放大与接收灵敏度增强电路、滤波电路和蓝牙天线。

所述的蓝牙控制器电路向功率放大与接收灵敏度增强电路发送功率放大控制信号、灵敏度增强控制信号和增益控制信号。

所述的蓝牙控制器电路的射频收发正端和射频收发负端分别与功率放大与接收灵敏度增强电路连接。

所述的主设备作为控制设备或管理设备，其蓝牙控制器电路连有阵列按键或开关信号输入电路。

所述的从设备作为受控设备，其蓝牙控制器电路连有传感器、TTL接口、RS232接口或RS485接口中的一种或几种。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)解决了传统蓝牙系统中，点对点、一主多从、自组网(多主多从，从机个数需大于主机个数)的局限。实现了多个控制或管理设备对一个受控或感知设备同时进行控制或数据获取的功能。

(2)解决了传统蓝牙系统，通讯距离受限，远距离通讯不稳定的局限。提供传统蓝牙系统2倍以上的发射功率，较大地增强了接收信号灵敏度。

(3)模块化、兼容性强。控制设备可以接入标准的以太网接口或者Wifi接入设备，方便地接入云端，接收更高层面的控制。受控设备的设计包含了标准化的总线接口，方便接入更底层的受控设备。上述设计使得本发明的多主一从远距离蓝牙系统，除了可以满足自身的系统控制和数据感知功能外，更可以作为桥梁，应用于云端和终端之间，提供云到端、端到云的多种接入，控制和感知手段。

附图说明

图1为本发明多个主设备连接同一个从设备时的工作流程图；

图2为本发明实施例的主设备和从设备主要架构示意图；

图3为本发明实施例的遥控器控制设备结构示意图；

图4为本发明实施例的开关面板控制设备结构示意图；

图5为本发明实施例的自动感应控制设备结构示意图；

图6为本发明实施例的标准接口的蓝牙受控设备结构示意图；

图7为本发明实施例的蓝牙感知器受控设备结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种可实现多主一从的蓝牙控制系统，包括至少一个主设备和至少一个从设备，主设备的数量大于从设备的数量，当多个主设备连接同一个从设备时，采用分时复用的方式进行信号传输。

如图1所示，分时复用的方式具体包括以下步骤：

S1，主设备收到控制信号，控制信号包含该主设备对从设备的控制操作；

S2，主设备读取其内部存储的系统中所有主设备的当前状态信息，判断是否已有其他主设备连接该从设备，若是，则进入步骤S4，否则进入步骤S3；

S3，主设备对从设备进行控制操作，操作完毕后等待接收到控制信号返回步骤S1，或收到连接请求进入步骤S5；

S4，该主设备通过蓝牙向其他主设备广播连接请求，所有其他主设备收到请求后，记录该主设备加入连接等待队列；

S5，处于连接状态的主设备完成现有操作后，出队列，判断队列是否为空，若是，则等待接收到控制信号返回步骤S1，或收到连接请求返回本步骤起始处，若否，则断开连接，并通知连接等待队列中的第一个主设备连接从设备进行控制操作，然后返回本步骤起始处。

基于蓝牙协议栈，本发明设计了蓝牙协议栈的分时切换技术，使得控制层的设备之间具有互相交互的功能。本发明设计的分时切换技术，具有快速切换的特性，使得设备的分时复用与切换在毫秒级别完成，其切换时间差无法被人类视觉感知，从而满足了管理者和控制者的同时控制的需求。分时切换的毫秒级时间差主要依赖于本发明中蓝牙嵌入式系统设计中，充分考虑到了在连接状态进行扫描的功能，更考虑到了蓝牙快速广播的功能，将扫描间隔时间，和广播时间都设计到毫秒级别，从而可以实现毫秒级别的设备分时复用。

本系统最多支持256个控制设备，对同一个受控设备/感知设备的控制和数据获取。系统支持双向的交互，包括自上而下的指令下发，以及自下而上的消息和数据上传。可应用于智慧城市、智能家居、智能医疗、智慧养老等等，涉及的技术包括蓝牙、蓝牙自组网。

如图2所示，主设备和从设备均包括依次连接的蓝牙控制器电路1、功率放大与接收灵敏度增强电路2、滤波电路3和蓝牙天线4，蓝牙控制器电路1向功率放大与接收灵敏度增强电路2发送功率放大控制信号、灵敏度增强控制信号和增益控制信号，蓝牙控制器电路1的射频收发正端和射频收发负端分别与功率放大与接收灵敏度增强电路2连接，使得发射功率从最大8dBm，增大到20dBm，增大2倍以上。接收信号灵敏度也大幅增加。

多主一从的远距离蓝牙控制和感知系统，设计了如下的电路模块，包括遥控器控制设备，开关面板控制设备，自动感应控制设备，带有标准接口的受控器，带有传感器的感知器等，具体如下：

如图3所示，遥控器控制设备包括阵列按键，电池电源管理，蓝牙控制器，功率放大与接收灵敏度增强，滤波电路，蓝牙天线。

如图4所示，开关面板控制设备包括市电隔离电压管理，开关信号输入，蓝牙控制器，功率放大与接收灵敏度增强，滤波电路，蓝牙天线。

如图5所示，自动感应控制设备的应用比较广泛，本发明中以应用于智能照明控制领域为例说明，包括室外光线感应电路，人体存在电路，蓝牙控制器，功率放大与接收灵敏度增强，滤波电路，蓝牙天线。

如图6所示，带有标准接口的手控器应用比较广泛，可以提供RS232，RS485，TTL串口等多种接口，用于接入各类现场传感器。其电路组成包括RS232电路，RS485电路，串口接口，蓝牙控制器，功率放大与接收灵敏度增强，滤波电路，蓝牙天线。

如图7所示，带有传感器的感知器应用比较广泛，可以提供感知接入的功能，其电路组成包括传感器，电池电源管理，蓝牙控制器，功率放大与接收灵敏度增强，滤波电路，蓝牙天线。

本发明多主一从的远距离蓝牙控制和感知系统，在具体部署应用过程中，对于无线通讯，智慧城市领域的普通技术人员来说，是比较便利的。主要步骤如下：

1.根据实际应用需求，选择相应的模块，例如遥控器，控制面板，开关面板，安装手机APP，标准接口受控器，感知器等等。

2.将电池供电的控制器安装电池，并固定在需要的位置。将市电供电的控制器接入到家庭市电网络中。将遥控器装入电池。

3.将蓝牙受控器接入到需要受控终端的相应接口上，将感知器安装电池并放置在需要检测的环境中。

4.所有设备上电后，系统自动完成多对一的组网。

5.检测相关控制设备是否可以对受控设备，感知设备进行控制和数据获取。

说明：本发明中的“多”指代的数量为2个或大于2个。

Claims (8)

1.一种可实现多主一从的蓝牙控制系统，其特征在于，包括至少一个主设备和至少一个从设备，所述的主设备的数量大于从设备的数量，当多个主设备连接同一个从设备时，采用分时复用的方式进行信号传输；

所述的分时复用的方式具体包括以下步骤：

S1，主设备收到控制信号，所述的控制信号包含该主设备对从设备的控制操作；

S2，主设备读取其内部存储的系统中所有主设备的当前状态信息，判断是否已有其他主设备连接该从设备，若是，则进入步骤S4，否则进入步骤S3；

S3，主设备对从设备进行控制操作，操作完毕后等待接收到控制信号返回步骤S1，或收到连接请求进入步骤S5；

S4，该主设备向其他主设备广播连接请求，所有其他主设备收到请求后，记录该主设备加入连接等待队列；

S5，处于连接状态的主设备完成现有操作后，出队列，判断队列是否为空，若是，则等待接收到控制信号返回步骤S1，或收到连接请求返回本步骤起始处，若否，则断开连接，并通知连接等待队列中的第一个主设备连接从设备进行控制操作，然后返回本步骤起始处。

2.根据权利要求1所述的一种可实现多主一从的蓝牙控制系统，其特征在于，所述的主设备通过蓝牙向其他主设备发出广播。

3.根据权利要求1所述的一种可实现多主一从的蓝牙控制系统，其特征在于，所述的系统初始化时，每个主设备周期向其他主设备广播自己的初始状态信息，初始化完成后，每个主设备在收到控制信号后，将对应的控制操作和控制操作结果广播发送给其他主设备，以使其他主设备得到系统中所有主设备的当前状态信息。

4.根据权利要求1所述的一种可实现多主一从的蓝牙控制系统，其特征在于，所述的主设备和从设备均包括依次连接的蓝牙控制器电路(1)、功率放大与接收灵敏度增强电路(2)、滤波电路(3)和蓝牙天线(4)。

5.根据权利要求4所述的一种可实现多主一从的蓝牙控制系统，其特征在于，所述的蓝牙控制器电路(1)向功率放大与接收灵敏度增强电路(2)发送功率放大控制信号、灵敏度增强控制信号和增益控制信号。

6.根据权利要求4所述的一种可实现多主一从的蓝牙控制系统，其特征在于，所述的蓝牙控制器电路(1)的射频收发正端和射频收发负端分别与功率放大与接收灵敏度增强电路(2)连接。

7.根据权利要求4所述的一种可实现多主一从的蓝牙控制系统，其特征在于，所述的主设备作为控制设备或管理设备，其蓝牙控制器电路(1)连有阵列按键或开关信号输入电路。

8.根据权利要求4所述的一种可实现多主一从的蓝牙控制系统，其特征在于，所述的从设备作为受控设备，其蓝牙控制器电路(1)连有传感器、TTL接口、RS232接口或RS485接口中的一种或几种。

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