CSR1011在线升级和CSR Mesh组网的智能地锁设计

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(北京工业大学，北京 100124)

CSR1011在线升级和CSRMesh组网的智能地锁设计

李权，彭月祥

(北京工业大学，北京 100124)

设计了一种共享停车位上的智能地锁，该智能地锁以蓝牙芯片CSR1011为核心，通过AMI304E地磁检测芯片检测停车位磁场的变化，以L9110S电机驱动芯片来驱动地锁栏杆，通过控制地锁扬声器以方便车主发现地锁位置。该蓝牙芯片特有的OTAU(在线升级)功能和CSR Mesh组网技术能使所有智能地锁互联互通，真正实现空闲停车位的共享。

地磁检测；CSR Mesh；CSR1011

引 言

随着人们生活水平的提高，很多城市车辆的拥有量不断增加，导致出现停车难、道路拥堵等问题。究其原因，一方面是车位数量不够，另一方面存在车位空置、利用率低、统筹调配不当、停车场管理落后等问题[1]。本团队研发的共享停车位系统以互联网为媒介，以整合停车资源为基础，实现城市停车资源信息化共享，使车主可以通过停车管理平台提供的网页、手机APP、语言提示、停车诱导屏等方式实现共享车位信息查询、预订车位、导航、电子支付等。

1 硬件部分设计

1.1 蓝牙芯片CSR1011

蓝牙芯片主要由蓝牙调制模块、时钟模块、存储器、应用接口、电源控制和管理模块组成：①蓝牙调制模块包括RF(射频)接口、RF收发器、蓝牙射频合成器和基带，实现数据的无线传输[2-3]。②时钟模块为芯片提供系统时钟和休眠时钟，系统时钟为16 MHz，提供芯片运行模式下的时钟，休眠时钟为32.768 kHz，提供芯片休眠模式和其他低功耗模式下的时钟。③存储器包括64 KB的RAM和64 KB的ROM。④应用接口包含3路模拟I/O接口，32路可编程数字I/O接口和一路与外部Flash通信的I2C接口。⑤电源控制和管理模块包含2个调压器，1路开关模式调压器将电池电压调整为1.35 V用于射频、I/O接口的电压，另一路低压线性调节器提供可编程的0.65～1.2 V的电压，用于数字区域的供电。图1是地锁主控电路图,包括CSR1011芯片及外设电路图、电机驱动电路和扬声器电路。

图1 地锁主控电路图

1.2 CSR Mesh技术

本系统使用CSR Mesh技术实现开放式停车场的智能管理，所有的停车位基于CSR Mesh协议互联互通，并在管理服务器上显示停车位信息状态，这样车辆管理员就可以很方便地对停车场的情况进行监控和管理。

基于蓝牙4.0的CSR Mesh组网技术采用洪泛式路由算法，其基本思想是每个节点都是用广播转发收到的数据分组，其节点和节点之间的距离为50 m,通过节点的不断广播，最终到达目的节点[4]。CSR Mesh利用对等式的网络拓扑，每个节点与其相邻节点进行通信，并有数据转发的功能，一个网络中支持高达64 000个设备，网络和网络间也能实现互连，最终可对无数个搭配Bluetooth Smart的设备通过同一手机、平板电脑或PC进行互联或直接操控。Mesh组网中的信息通过加密和可选择的认证保证了信息传输的安全性，而最新的Mesh2.0能通过网关连接互联网云服务[4]。图2为CSR Mesh网络示意图。

图2 CSR Mesh网络示意图

1.3 OTAU功能

芯片自带的OTAU功能能够在没有电缆连接下更新设备的程序，能够非常方便地对设备进行功能升级。蓝牙OTAU功能能够使开发者修复产品缺陷，丰富产品功能，增加用户粘性，使产品迭代升级，快速切入市场，降低整体开发成本。

1.4 地磁检测模块

地磁传感器是一种动态检测地磁场变化的感应设备，相比车牌识别等车辆检测方法具有体积小、不易损坏、安装简易、可靠性高等特点[5]。本文选择AMI304E地磁检测芯片，该芯片输出X、Y、Z轴的检测磁值，每个轴的值为2字节大小，并通过I2C总线与CSR1011芯片进行通信，图3为地磁检测电路。

1.5 电机模块

电机驱动模块通过L9110S芯片驱动直流电机控制地锁支架的竖立和倒下。L9110S芯片是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件，输入电压为2.5～12 V ，最大驱动电流为2 A，能很好地驱动直流电机，具有使用方便、价格低廉的优点。

图3 地磁检测电路

2 软件程序设计

应用程序是在集成开发环境CSR uEnergy SDK上进行的，开发环境集成的固件库以及提供的CSR Mesh模块化API使开发更加高效、快速。开发者只需在工程模板中添加地磁检测、电机驱动和扬声器驱动等应用程序。应用程序有4个入口点，任何一个事件的触发或来自控制器的指令都会使程序进入其中的一个入口，每个入口函数的作用如下：

① Appinit()函数入口处理上电或复位后的程序的初始化。

② AppProcessLmEvent()函数入口处理系统链接管理事件，比如数据库事件、GATT事件、LS事件、LM事件等。

③ APPProcessSystemEvent()函数入口处理系统事件，比如芯片I/O口电平变化事件。

④ APPProcessCDRMeshEvent()函数入口处理CSR Mesh事件，比如处理控制器的指令事件、Mesh网络中信息的传播事件、设备的组网等事件，地磁检测程序、电机控制事件、扬声器控制事件都在该入口下面。

程序具体流程如图4所示。

图4 程序流程图

上电后程序会完成初始化工作，在未获得网络密钥时程序进入Mesh未连接状态，并定时广播设备ID信息，当手机APP获得设备ID信息广播并发出连接请求后程序进入Mesh连接开始状态，然后APP会发送网络密钥给设备，当设备网络密钥分配成功后，程序进入连接状态[7]。在Mesh连接状态下设备会定时采集地磁信息，并进行数据通信和执行各种活动。

3 调试过程

为了验证本智能地锁的准确性，对其进行模拟试验。利用CSR公司提供的基于CSR Mesh1.3的 APP分别调试电机和扬声器。具体调试过程为：用手机APP分别添加5个智能地锁组成一个Mesh网络，当发送控制指令后电机转动，当给限位开关一个触发信号后电机停止转动，同样也可以控制扬声器的开关。表1是APP与地锁程序指令协议。

表1 APP与地锁程序指令协议

利用沿着向上方向的Z轴磁场来检测车辆的存在，调整传感器的位置使地磁模块上面有车辆时Z轴方向的磁值最大，通过建立合适的阈值，可以滤掉旁边车道的车辆或远距离车辆带来的干扰[8]。软件中的校准程序使地锁周围无车辆时Z轴磁场值为0，通过串口助手测试结果如表2所列。

表2 Z轴地磁测试值

结 语

[1] 杜华英,文祝青,余可春.智慧停车场的研究与探讨[J].现代计算机, 2015(6):63-66.

[2] Robin Heydon.低功耗蓝牙开发权威指南[M].陈灿峰,刘嘉,译.北京:机械工业出版社,2014.

[3] MILIER B A.蓝牙核心技术[M].北京:机械工业出版社,2001:180-182.

[4] 徐春燕,肖扬文,蔡敏.BLEMesh网络协议综述[J].电子技术应用,2017,43(4):29-31.

[5] 荣梅,黄辉先,徐建闽.基于地磁传感器的车辆检测算法[J].交通信息与安全,2011,29(3):43-46.

[6] 杨英明.Andriod手机APP蓝牙控制智能车解决方案[J].单片机与嵌入式系统应用,2017,17(3):71-74.

[7] 周进波,张磊,张敏.基于Andriod系统蓝牙开发的研究与实现[J].光学仪器,2013,35(1):34-36.

[8] 冯则坤,何华辉.非晶磁性材料的磁阻抗(MI)效应[J].传感器世界,2001,7(5):19-21.

On-lineUpgradeandCSRMeshNetworkingIntelligentLockBasedonCSR1011

LiQuan,PengYuexiang

(Beijing University of Technology,Beijing 100124,China)

In the paper,the smart lock of the shared parking space is designed,which uses the Bluetooth chip CSR1011 as the core,and detects the changes through the AMI304E geomagnetic detection in the parking field magnetic field .The L9110S motor drive chip drives the lock railings.The owner can find the location of the lock under the hint of the ground lock speaker.The Bluetooth chip-specific OTAU(online upgrade) and CSRmesh networking technology enable all intelligent inter-locking interconnect to truly share the free parking space.

geomagnetic detection;CSR Mesh;CSR1011

TP312

A

2017-06-06)