物聯網藍牙智能卡設計

于強 康洪超 鄭達 常奇

（1.天津市大數據管理中心 天津市 300040 2.長春萬易科技有限公司 吉林省長春市 130103）

藍牙技術以低成本、低功耗、易聯網及良好的抗干擾性能，作為短距離組網傳輸的重要通信手段，能夠實現數據采集和控制，已成為物聯網組網的一種重要實現方式。

1 藍牙通信

藍牙（BlueTooth）作為一種無線通信技術，曾經標準化為IEEE 802.15.1，現在藍牙技術聯盟（SIG）來負責維護其技術標準，藍牙標準最新版本藍牙5 已在2016年6月宣布。藍牙使用短波特高頻（UHF）無線電波，經由2.4 至2.485GHz 的ISM 頻段來進行通信，通信距離從幾米到幾百米不等[1-2]。

藍牙通訊技術廣泛應用在民用、工業控制領域，如智能手機、藍牙音視頻設備、煤水電氣計量繳費、家用電器集控、智慧醫療領域的數據傳輸，BLE 作為智能手機與控制器間的通訊手段具有普及率高、功能低和穩定的優點[3-5]。

2 技術實現

2.1 需求分析

燃氣企業物聯的主體是連接插卡式燃氣表，用戶通過4G 和藍牙通信功能，使用手機端APP，將數據寫入智能卡中，完成繳費過程。上一代藍牙智能卡存在功耗高、寫卡不穩定、成本高等問題。

2.2 技術實現

硬件設備：

（1）主控藍牙SOC 選用功耗低，體積小的主控芯片，選用功率低、體積小的SmartBond 藍牙智能系統級芯片（SoC）。

（2）設計智能IC 卡接口部分供電電源。選用體積小，外圍器件的無感電荷泵升壓芯片。

（3）針對寫卡不穩定，數據出錯情況，設計一個低-高電平轉換電路，選用低導通率NMOS 管搭建。

軟件功能：藍牙卡主要實現基礎開卡、讀卡、寫卡、關閉功能，并與手機APP 進行藍牙通訊，完成讀寫卡，實現藍牙卡充值繳費的功能。

2.2.1 硬件系統設計

藍牙SOC 負責藍牙通信協議，無線數據收發處理。IC 卡電源管理，讀寫IC 卡功能，IC 卡讀寫權限控制。指示燈顯示閃爍，及電池電量管理，自動關機管理等功能。藍牙智能卡采用紐扣電池供電，其提供有效電壓范圍為2.5V-3.0V[6]。

2.2.2 軟件系統設計

開機自動關機功能模塊、藍牙連接及通信狀態檢測指示模塊、藍牙數據通信模塊、藍牙IC 卡公用及類型自動檢測模塊、AT88SC102 卡功能模塊、4442 卡功能模塊、APP 通信數據下發解碼模塊、IC 卡數據上傳編碼模塊、MAC 碼讀寫功能模塊、電池電量監測模塊、防止死機WDG 模塊、調試信息打印模塊[7]。

2.2.3 業務流程

根據具體業務需要，系統流程圖如圖1所示。

圖1：軟件系統流程圖

2.2.4 代碼實現

3 經驗總結

3.1 原器件選型

（1）合理降低成本。MCU 與器件選型，優先選用國產化產品。

（2）降低功耗。MCU 選擇業界最低功耗的，無通信功能，且具備自動關機功能。

3.2 預留擴展

隨著藍牙技術的進一步發展，藍牙通信速率將不斷提高，因此需充分考慮能夠擴展其它卡型的藍牙智能卡。

4 結語

隨著物聯網發展，藍牙技術將在各個領域得到更廣泛、更深入的應用。