[实用新型]基于扩频调制的智能手机磁数据交换装置

说明书

本实用新型公布了一种基于扩频调制的智能手机磁数据交换装置，包括：数据交换终端、智能手机与后台服务器；数据交换终端包括扩频调制单元、BLE单元、磁场发射单元、NB‑IoT通信单元、直流供电单元；智能手机包括内置BLE模块、磁力计传感器和磁数据解调模块；数据交换终端通过BLE无线链路及磁通信链路与手机连接，通过NB‑IoT无线链路与后台服务器连接。数据交换终端接收待发送数据并发送BLE通告消息，发送磁数据交换帧；智能手机持续监听BLE通告消息，记录接收时间与数据交换终端的MAC地址；组成磁交换数据流，打包磁数据验证请求发送给后台服务器进行验证。本实用新型能够提高抗磁场干扰的能力和传输距离，数据传输速率快。

技术领域

本实用新型属于数据通信技术领域，涉及智能手机磁数据交换技术，尤其涉及基于扩频调制的智能手机磁数据交换装置，利用智能手机内置的磁力计传感器、通过对磁场信号进行扩频调制实现距离大于10cm的磁数据交换。

背景技术

近距离(近场)通信具有距离短、安全性高等优点，智能手机近距离通信的主流技术为 NFC(通信距离小于10cm)，在支付、门禁、公交乘车等领域具有重要的应用价值。苹果推出的iPhone手机自iPhone6开始集成了NFC功能，Android手机厂商如三星、小米和华为在中高端型号的手机全面普及NFC。

以汽车门锁为例，其先后经历了钥匙手动开门、遥控钥匙手动远程开门以及无钥匙开门 (Passive Keyless Entry，PKE)，装配了PKE系统的汽车无需车主拿出钥匙，只要钥匙放在随身口袋内，车主靠近汽车，车门即打开，车主离开则自动上锁。由于用户体验好，已经成为大多数车型的高配车型必备配置。

受制于作用距离小于10cm，NFC无法提供类似PKE的用户体验。WiFi与低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy，BLE)通信距离远，由于室内复杂的电磁波传播环境，很难通过控制发射功率实现将通信距离限制在一个指定范围内如0.5m或1m之内。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种基于扩频调制的智能手机磁数据交换装置，基于码分多址CDMA通信系统的扩频调制技术，通过设计对发射磁场信号进行扩频调制的专用数据交换终端，利用智能手机内置的磁力计及磁场信号解调模块，实现从数据交换终端到智能手机的、距离大于10cm的数据交换，由此可实现通过智能手机提供类似PKE 的用户体验。

本实用新型提供的技术方案是：

一种基于扩频调制的智能手机磁数据交换装置，包括：数据交换终端、智能手机与后台服务器。其中，数据交换终端包括扩频调制单元、低功耗蓝牙BLE单元、磁场发射单元、窄带物联网NB-IoT通信单元、直流供电单元。智能手机包括内置的BLE模块、磁力计传感器以及磁数据解调模块(APP软件)；数据交换终端通过低功耗蓝牙BLE单元的无线链路(工作频段为2.4GHz)及磁场发射单元的磁通信链路与智能手机连接，通过NB-IoT(窄带物联网，Narrow Band Internet of Things)无线链路与后台服务器连接。智能手机通过无线链路(3G/4G) 与后台服务器连接。

数据交换终端中，扩频调制单元是数据交换终端的嵌入式微控制器(MCU)，采用嵌入式软件或硬件加速核方式实现对磁信号的扩频调制，并具有多路通用输入输出(GPIO)接口、至少1路通用异步收发(UART)接口以及至少1路串行外设(SPI)接口，其中GPIO接口与磁场发射单元连接，UART接口与NB-IoT通信单元连接，SPI接口与BLE单元连接，实现BLE单元控制与数据传输。BLE单元由BLE芯片与频段为2.4GHz的PCB(Printed Circuit Board)微带天线组成，用于以固定频率周期发射BLE通告消息。NB-IoT通信单元基于NB-IoT 无线通信链路连接后台服务器，从后台服务器获取待发送的磁交换数据。直流供电单元为数据交换终端提供工作电源。