臺灣博碩士論文加值系統

本論文之研究是利用藍牙低功耗(Bluetooth Low Energy, BLE)微控器以及數位氣壓模組來實現出低成本的無線汽車防盜裝置。偵測車門被開啟的方法是運用對汽車車門開關會發生氣壓擾動的特性來完成。研究主要分為 iOS 裝置的應用程式開發、整合藍牙低功耗微控器與數位氣壓模組、設計數個汽車防盜服務以及氣壓資料的數位訊號處理四個部分。

第一部分是利用 Core Bluetooth 與 Core Plot 來撰寫 iOS 裝置應用程式。Core Bluetooth 可以讓 iOS 裝置與藍牙低功耗裝置進行通訊。Core Plot 是開源繪圖框架，目的是將車內氣壓資料以圖形化的方式呈現在使用者面前。

第二部分是整合微控器、藍牙低功耗模組與數位氣壓模組來完成無線汽車防盜裝置的雛型，之後在運用藍牙低功耗微控器來降低系統成本。

第三部分是參考藍牙技術聯盟的標準規範，在藍牙低功耗微控器上設計數個汽車防盜服務來對 iOS 裝置傳送與接收數據。

第四部分是氣壓資料的數位訊號處理，在此比較移動平均濾波器(Moving Average Filter)與卡爾曼濾波器(Kalman Filter)兩者之間的特性，最後在藍牙低功耗微控器內實現卡爾曼濾波器演算法。

最後再將前述的四個部分整合，實現無線汽車防盜系統。

This study focus on using the bluetooth low energy microcontroller and a digital pressure module to implement a low cost wireless car alarm device. The method of detecting the car’s door was opened through the characteristics of pressure disturbance when the car’s door was opened. This study mainly divides into the application of iOS device development, integrating bluetooth low energy microcontroller with digital pressure module, designing car alarm services and digital signal processing for pressure.

The first part is using the Core Bluetooth and the Core Plot to development an application software on iOS device. The iOS device communicates with bluetooth low energy device through the Core Bluetooth. The Core Plot is an open-source plotting framework, which can display the pressure data graphically presented for user.

The second part is integrated with microcontroller, bluetooth low energy module and digital pressure module to implement prototype for wireless car alarm device. After that, we use the bluetooth low energy microcontroller to reduce the cost of system.

The third part is referenced to standard profile of Bluetooth SIG’s, designing the car alarm services on bluetooth low energy microcontroller to communicate with iOS device.

The last part is a digital signal processing for pressure. We compared the characteristics of both Moving Average Filter and Kalman Filter. Finally, we implement the Kalman Filter algorithm on the bluetooth low energy microcontroller.

Finally we implement the wireless car alarm system by integrating the four parts described above.

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iv
目錄 v
圖目錄 viii
表目錄 xii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機及目的 2
1.3 論文架構 3
第二章 iOS 手持式通訊裝置 5
2.1 iOS 系統架構 5
2.2 開發工具介紹 6
2.2.1 Objective-C 簡介 6
2.2.2 Xcode 簡介 7
2.2.3 MVC 架構 10
2.3 藍牙低功耗與手持式通訊裝置 11
2.3.1 藍牙低功耗簡介 11
2.3.2 藍牙低功耗通訊協定 11
第三章 iOS 應用程式開發 14
3.1 Core Bluetooth 應用 14
3.1.1 Central 裝置與 Peripheral 裝置 14
3.1.2 廣播 15
3.1.3 Peripheral 裝置內的資料架構 16
3.1.4 Core Bluetooth framework 內的物件 19
3.2 Core Plot 應用 20
3.3 汽車防盜應用程式 21
第四章 無線汽車防盜裝置之基本架構 25
4.1 車內環境介紹 25
4.2 微控器介紹 29
4.2.1 PIC32MX795F512L架構介紹 30
4.2.2 PIC32MX795F512L內部架構 32
4.2.3 PIC32MX795F512L特點 33
4.2.4 PIC32MX795F512L 開發工具介紹 33
4.2.5 UART 介紹 35
4.2.6 I2C介紹 36
4.3 藍牙低功耗模組介紹 40
4.4 數位氣壓感測器 43
4.4.1 BMP180 介紹 43
4.4.2 氣壓量測流程 46
4.4.3 BMP180的校正係數 47
4.4.4 室內氣壓量測實驗與汽車車門開關實驗 48
4.5 藍牙低功耗微控器 52
4.5.1 CSR1010 之架構介紹 56
4.5.2 CSR1010 開發工具介紹 58
4.5.3 GATT Service 應用程式 60
4.6 汽車防盜服務 63
第五章 氣壓偵測演算法 65
5.1 移動平均濾波器 65
5.1.1 移動平均濾波器簡介 65
5.1.2 移動平均濾波器原理 65
5.1.3 移動平均濾波器應用與實驗結果 65
5.2 卡爾曼濾波器 73
5.2.1 卡爾曼濾波器簡介 73
5.2.2 卡爾曼濾波器原理 73
5.2.3 卡爾曼濾波器應用與實驗結果 77
第六章 防盜辨識率實驗 83
6.1 實驗說明 83
6.2 兩種開門方式 87
6.2.1 一般開門方式 87
6.2.2 特殊開門方式 89
第七章 結論與未來展望 90
7.1 結論 90
7.2 未來展望 90
參考文獻 92

附錄
A 使用不同力道開啟汽車車門的氣壓波形 95
A.1 一般開門方式實驗波形圖(最低精度) 96
A.2 一般開門方式實驗波形圖(最高精度) 100
A.3 特殊開門方式實驗波形圖 104

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