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藍牙標簽信息管理系統(tǒng)的設計與實現

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藍牙標簽信息管理系統(tǒng)的設計與實現

【摘要】傳統(tǒng)RFID電子標簽有著通信距離短、需要匹配讀寫器等缺點,在物聯網的應用中受到一定限制。本文設計并實現了基于BLE技術的藍牙標簽管理系統(tǒng),該系統(tǒng)設計了新型藍牙標簽,在Android平臺下使用Java語言開發(fā)APP,通過Android智能移動終端APP與藍牙標簽通信實現數據的讀寫。采用Java2EE技術開發(fā)Web后臺,MySQL實現數據庫管理,融合藍牙技術和移動通信技術將數據與信息更新至Web后臺。該系統(tǒng)驗證了藍牙標簽管理系統(tǒng)的可行性,并為電子標簽系統(tǒng)提供了新的解決方案。

【關鍵詞】BLE技術藍牙標簽Android平臺開發(fā)Web后臺管理系統(tǒng)

引言

本項目基于藍牙4.2技術[1]標準設計了一款新型藍牙標簽,并通過智能移動終端APP取代了傳統(tǒng)的固定或手持RFID讀寫器,通過后臺實時管理和監(jiān)控標簽信息。該系統(tǒng)集成了智能移動終端APP、數據庫、移動通信等技術,為電子標簽系統(tǒng)提供了新的解決方案。它由藍牙4.2標簽、智能移動終端APP和基于Web的后臺管理系統(tǒng)三大部分構成。同傳統(tǒng)RFID標簽[2]相比,該系統(tǒng)具有讀寫距離更遠、獲取數據速度更快、功耗更低、安全更高、功能擴展能力更強的特點,可實現大范圍物品和人員的精確管理。藍牙標簽信息管理系統(tǒng)應用前景廣泛、商業(yè)價值高,可以用作于RFID標簽技術的重要補充。

一、系統(tǒng)簡介

藍牙標簽管理系統(tǒng)由藍牙標簽硬件、智能移動終端APP、Web后臺管理系統(tǒng)3個部分組成。智能移動終端APP可以通過藍牙技術讀取和寫入信息,Web后臺管理系統(tǒng)[3]和智能移動終端APP可以實現實時信息交互。藍牙標簽信息管理系統(tǒng)系統(tǒng)具有如下特點:(1)藍牙標簽比傳統(tǒng)RFID標簽讀寫距離更遠,低功耗[4],安全性高,功能擴展能力強。(2)智能移動終端APP取代了傳統(tǒng)的固定或手持RFID讀寫器,更靈活。(3)Web后臺管理系統(tǒng),可實現各類信息精確和可視化的管理,長期保存方便進行大數據分析。(4)作為RFID標簽技術的重要補充,系統(tǒng)部署簡單,大大節(jié)省成本,系統(tǒng)兼容性好,商業(yè)價值高。(5)藍牙標簽除了進行物品管理,還可以進一步實現室內定位、身份識別[5]等功能。

二、系統(tǒng)設計

2.1藍牙標簽設計

藍牙標簽核心部分為NRF52832藍牙芯片。電源部分中電容主要是為了濾波,使電源更加穩(wěn)定,其中使用的電池為CR2032紐扣電池,UART部分為串口預留部分,主要為后續(xù)擴展應用提供接口。下行接口為Jtag口。按鈕中,按鈕1為功能選擇按鍵,按鈕2為復位鍵。LED部分中,LED0為進入模式選擇指示燈,LED1為藍牙標簽模式指示燈,LED2為藍牙信標模式指示燈。

2.2智能移動終端APP設計

安卓平臺(4.4版本及以上)通過GATT協議庫支持BLE通信協議軟件程序的開發(fā),必須聲明藍牙權BLUETOOTH,是因為這是智能移動終端APP中使用藍牙功能的前提,諸如請求連接、接受連接和傳輸數據等藍牙通信皆需要用到此權限。同時,為了能夠使智能移動終端APP啟動設備發(fā)現或操縱藍牙設置,必須聲明BLUETOOTH_ADMIN權限??梢允褂肁ndroidStudio自帶的googleAPI,來幫助完成以上所說的聲明藍牙權限。

2.3Web后臺管理系統(tǒng)設計

藍牙標簽后臺子系統(tǒng)用于管理“藍牙標簽”軟件使用過程中涉及到的所有信息。子系統(tǒng)是使用MySQL數據庫管理和Java語言開發(fā)的機遇B/S結構的在線系統(tǒng)。采用MVC軟件設計典范,一個部件里聚集這些業(yè)務邏輯,不需要重新編寫業(yè)務邏輯。藍牙標簽后臺子系統(tǒng)中的組織結構設計主要有數據層,接口層,數據庫操作層以及服務層。智能移動終端APP請求Web后臺做出相應的JSON響應,以完成與智能移動終端APP與Web后臺之間的通信。服務層封裝了數據層對象,然后設計對數據庫的操作和調用封裝對象實現業(yè)務邏輯。為考慮到后期增添和修改功能,設計每個模塊時應獨立且大小適中,因此設計初期模塊按照來源,藍牙標簽后臺子系統(tǒng)管理的信息可以基于應用場景對標簽信息進行設置和定義。

三、系統(tǒng)實現

3.1開發(fā)環(huán)境

智能移動終端APP在安卓系統(tǒng)下開發(fā),通過谷歌出品的AndroidStudio使用Java編程語言開發(fā)。Web后臺管理系統(tǒng)分為成兩子系統(tǒng)開發(fā),其中,數據庫子系統(tǒng)由MySQL數據庫開發(fā),MySQL數據庫在NavicatforMySQL下開發(fā)和實現;后臺管理子系統(tǒng)Web界面則是使用Java編程語言在Eclipse平臺開發(fā),其中JDK版本是JavaEE8,Web應用服務器采用Tomcat。

3.2藍牙標簽開發(fā)

根據藍牙標簽原理圖制作成PCB板,經過加工、焊接等工作完成藍牙標簽硬件制作,由于藍牙標簽要進行通信,需通過軟件對藍牙標簽進行通信初始化設置。首先,需要初始化藍牙設置:初始化定時器,設置為1分頻,初始化協議棧handle模塊,設置連接主從機的連接數量,使能協議棧,注冊handle模塊到藍牙處理事件中。同時對按鍵,LED燈等外設初始化。其次配置標簽模式:通過構造藍牙標簽結構體,把minor、major和company_identifier的值寫進結構體。設置廣播數據:把標簽信息傳遞給廣播數據結構體,廣播類型設置為不可連接、廣播間隔為0、廣播超時為0。最后,把參數和數據注冊到協議棧中,開始廣播。最后配置信標模式:構造廣播數據結構體,把信標為全名和低功耗可發(fā)現模式寫入結構體,廣播類型為:廣播間隔為187.5ms、廣播超時0、快速連接,同時把參數和數據注冊到協議棧中,開始廣播。藍牙標簽實物成品。

3.3智能移動終端APP開發(fā)

首先設置BLE:雖然現在的手機基本都支持BLE,但是考慮到程序的健碩性,這個檢查是必需的。其次進行發(fā)現BLE設置:使用startLeScan()方法發(fā)現BLE設備,使用該方法的前提是實現它的回調函數設置BluetoothAdapter.LeScanCallback參數,即返回掃描結果Device、ScanRecord——Device里面包含設備的mac地址和設備的名稱,scanRecord的內容是BLE設備發(fā)出的廣播包數據。最后,實現智能移動終端APP與Web后臺通信:選擇JSON作為數據交互的方法。Android訪問遠程服務器前端,獲取并解析網絡上的JSON,再將獲取到的解析JSON格式的輸入流轉換成List,顯示到相對應的Activity頁面上。

3.4Web后臺的實現

首先,創(chuàng)建數據庫,并插入了一個用戶。其次,創(chuàng)建VO類:用于對應數據庫以使用DAO類中的代碼。再者,定義DAO的接口類:查詢是否存在這個用戶的方法是findLogin(Useruser)。緊接著,定義DAO的實現類——相當于Mode(模型層):對用戶名和密碼進行驗證,如果驗證成功,則通過VO類將用戶數據取出并返回。然后,新建一個Servlet類——相當于Controller(控制層)。最后,始界面Login.jsp——相當于View(顯示層)。對于Web服務器與Tomcat通信問題:因為Tomcat服務器是一個免費的開放源代碼的Web應用輕量級服務器,所以需要建立MySQL和java的連接。主要方法是下載鏈接用的jar包,jar包為MySQL官方提供的mysql-connector-java-5.1.39-bin.jar,然后在實際項目中引用該jar包。

四、結論

根據上述的設計方案,順利完成系統(tǒng)開發(fā),驗證了該系統(tǒng)的可行性。藍牙標簽可用作RFID標簽的重要補充,應用于各種場合。

參考文獻

[1]丁磊等.基于藍牙4.0的低功耗電子貨架標簽設計[J].電子技術應用,2014,40(05):28-30.

[2]黃玉蘭.基于物聯網的RFID電子標簽研究進展[J].電訊技術,2013,53(04):522-529.

[3]高嘉澤等.面向移動應用的后端服務平臺[J].計算機系統(tǒng)應用,2014,23(02):22-27.

作者:劉立豐 鐘慧琳 夏靖波 張曉燕 杜小甫 單位:廈門大學嘉庚學院

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