藍(lán)牙在汽車中的應(yīng)用

　　一、引言

    經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展和諸多技術(shù)的克服，藍(lán)牙最終進(jìn)入它的成熟時(shí)期。在過去的6年里，藍(lán)牙取得了量和多樣性的突破。隨著向各個(gè)市場領(lǐng)域（如移動(dòng)電話，基于PC的應(yīng)用，以及像工業(yè)和汽車應(yīng)用等新興領(lǐng)域）的推進(jìn)，藍(lán)牙的應(yīng)用前景是光明的！在亞洲，SIG暗示，藍(lán)牙無線在汽車中的應(yīng)用，將會(huì)是把藍(lán)牙技術(shù)帶向大眾消費(fèi)者的合理的下一步，市場蘊(yùn)藏著巨大的商機(jī)。

    本文將介紹藍(lán)牙在汽車中的一個(gè)應(yīng)用方案。本文的目標(biāo)是集成Bluetooth、GPS和其他傳感器技術(shù)在一個(gè)啟用藍(lán)牙技術(shù)的車載終端或手持終端上實(shí)現(xiàn)多個(gè)汽車參數(shù)的顯示，包括位置、行駛速度及汽車本身運(yùn)行情況的一些參數(shù)，如發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、輪胎壓力等，從而實(shí)現(xiàn)汽車的智能化升級(jí)，更深遠(yuǎn)的意義在于駕駛本身的便捷和安全。

    二、為什么選擇Bluetooth

    本部分將主要論述兩個(gè)問題：其一，藍(lán)牙是如何適應(yīng)汽車環(huán)境；其二，同其他替代技術(shù)的比較。

    （一）藍(lán)牙如何適應(yīng)汽車環(huán)境

    藍(lán)牙在汽車中的應(yīng)用，即替代汽車中的部分電纜，其中有幾個(gè)問題顯得尤為重要：傳輸帶寬，抗干擾問題，信息安全問題，成本問題，這些都是在汽車工業(yè)必須考慮的。

    1．藍(lán)牙帶寬

    藍(lán)牙在理論上的最高傳輸速率為1Mbps，雖然802.11b的傳輸速率最高可達(dá)11Mbps，但是802.11b的實(shí)現(xiàn)成本高，而且802.11b的硬件實(shí)現(xiàn)所需的空間較大，不能像藍(lán)牙一樣植入電子設(shè)備中，另外一點(diǎn)，藍(lán)牙1Mbps的傳輸速率對(duì)于傳輸音頻和數(shù)據(jù)顯得綽綽有余。

    2．抗干擾

    工作在ISM頻段的無線電設(shè)備有很多種，為了很好地抵抗來自這些設(shè)備的干擾，藍(lán)牙采取了跳頻（Frequency Hopping）方式來擴(kuò)展頻譜（Spread Spectrum），將頻段分成79個(gè)頻點(diǎn)，相鄰頻點(diǎn)間隔1MHz。藍(lán)牙設(shè)備在某個(gè)頻點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)后，再跳到另一個(gè)頻點(diǎn)發(fā)送，而頻點(diǎn)的排列順序是偽隨機(jī)的，每秒鐘頻率改變1600次，每個(gè)頻率持續(xù)625μs。

    3．信息安全

    藍(lán)牙無線網(wǎng)絡(luò)安全管理任務(wù)體現(xiàn)在三個(gè)方面：服務(wù)的可獲取性、授權(quán)與密鑰管理、身份識(shí)別與完整性，而這三個(gè)方面最終體現(xiàn)在鑒權(quán)和授權(quán)兩個(gè)問題上。鑒權(quán)是驗(yàn)證請(qǐng)求者是誰的過程，利用藍(lán)牙設(shè)備地址來實(shí)現(xiàn)。授權(quán)是允許請(qǐng)求者究竟可以做哪些事情的過程。

    針對(duì)藍(lán)牙無線信道的開放性，需要對(duì)所有射頻信道數(shù)據(jù)進(jìn)行加密傳輸，而正確解密的前提是用戶身份的認(rèn)證。只有在完備的身份認(rèn)證機(jī)制的基礎(chǔ)上，才可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的完整性保護(hù)。

　　（二）同其他替代技術(shù)的比較

    藍(lán)牙技術(shù)是一種理想的汽車PAN 通信協(xié)議，但并不意味著該技術(shù)是萬能的，其他多種無線通信技術(shù)正在被評(píng)估，以決定是否適合于汽車內(nèi)、外的安全、遠(yuǎn)程通信、商務(wù)、信息傳遞以及娛樂等方面的應(yīng)用。這些通信技術(shù)包括超寬帶(Ultra Wideband)、DSRC、802.11等等。

    1． IEEE802.11

    最初的IEEE802.11 規(guī)范（也稱為802.11b）, 是目前WLAN 的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，他的工作頻率也是2.4GHz，與無繩電話、藍(lán)牙等許多不需頻率使用許可證的無線設(shè)備共享同一頻段。802.11b元件昂貴,兼容性不好, 安全性也不能令人滿意。

    2．專用短程通信

    專用短程通信（Dedicated Short-Range Communications，簡稱DSRC）系統(tǒng)是專門適用于ITS領(lǐng)域短距離間的通信系統(tǒng)，它為智能交通系統(tǒng)中的部分應(yīng)用提供路-車、車-車之間的通信基礎(chǔ)。

    DSRC工作于5.9GHz，帶寬為75MHz。 目前DSRC主要應(yīng)用于自動(dòng)收費(fèi)站和加油站及停車場的自動(dòng)付款等。藍(lán)牙同DSRC相比，更具全球通用性，價(jià)格上更便宜。

    3．超寬帶UWB

    超寬帶技術(shù)UWB （Ultra Wide band）是另一個(gè)新發(fā)展起來的無線通信技術(shù)。UWB 通過基帶脈沖作用于天線的方式發(fā)送數(shù)據(jù)。他主要應(yīng)用在小范圍、高分辨率、能夠穿透墻壁、地面和身體的雷達(dá)和圖像系統(tǒng)中。

    UWB 原來針對(duì)軍事應(yīng)用，直到2002 年2 月14 日，美國FCC（聯(lián)邦通信委員會(huì)）才準(zhǔn)許該技術(shù)進(jìn)入民用領(lǐng)域。所以該技術(shù)非常的新，雖然應(yīng)用前景很廣，但是在抗干擾，信息安全等方面還有待進(jìn)一步的研究。

    三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想與框架

    在本部分將闡述兩部分內(nèi)容，首先對(duì)藍(lán)牙在汽車中的應(yīng)用方案的設(shè)計(jì)思想做一較為詳細(xì)的論述，其次根據(jù)設(shè)計(jì)思想，給出原理框圖，結(jié)合各部分功能，論述涉及的關(guān)鍵技術(shù)。

　?。ㄒ唬┫到y(tǒng)設(shè)計(jì)思想

    本文的基本思想是集成Bluetooth、GPS和其他傳感器技術(shù)在一個(gè)啟用藍(lán)牙技術(shù)的車載終端或手持終端上實(shí)現(xiàn)多個(gè)汽車參數(shù)的顯示，包括位置、行使速度、以及汽車本身運(yùn)行情況的一些參數(shù)，如發(fā)動(dòng)機(jī)溫度，輪胎壓力等，從而實(shí)現(xiàn)汽車的智能化升級(jí)。

    這里可以舉一個(gè)具體的例子，來幫助筆者闡述本文的設(shè)計(jì)思想。在世界汽車?yán)﹀\標(biāo)賽上，如果在汽車上有這樣一個(gè)裝置，那么對(duì)參賽者取的好成績將有極大的幫助。該裝置可以固定在汽車駕駛室內(nèi)，在汽車高速行駛的過程中，可以實(shí)時(shí)的顯示當(dāng)前時(shí)間，所在位置，行駛速度；為了能讓駕駛員能了解行進(jìn)過程中汽車本身的一些性能，提高安全系數(shù)，該裝置還能顯示諸如發(fā)動(dòng)機(jī)溫度，輪胎壓力等參數(shù)，并可以對(duì)這些參數(shù)做分析，如有異常，比如發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，輪胎破損等情況出現(xiàn)，可以馬上發(fā)出警報(bào)；所有這些參數(shù)可以顯示在顯示屏上，也可以聲音提示，以便駕駛員更加專心的操作。

    （二）系統(tǒng)框圖

    本系統(tǒng)主要由GPS接收模塊，溫度、壓力等傳感器，微控制器，藍(lán)牙模塊和啟用藍(lán)牙的車載終端組成。

    GPS接收模塊可以采用專用的GPS接收機(jī)，溫度傳感器、壓力傳感器均采用汽車專用的傳感器；微控制器一方面控制GPS接收模塊，專用傳感器，另一方面，作為藍(lán)牙模塊的主機(jī)，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并控制藍(lán)牙模塊的信息收發(fā)；車載終端集成了藍(lán)牙收發(fā)模塊，可以固定在車上，也可做成手持裝置。

    （三）關(guān)鍵技術(shù)分析

    1．GPS在某些場合的應(yīng)用，如行駛在繁華城市與隧道中的車輛導(dǎo)航和不間斷的精確定位還受到限制?；谒俾释勇輧x與里程表信息的航位推算（Dead Reckoning，簡稱DR）和GPS的組合導(dǎo)航系統(tǒng)，即GPS/DR系統(tǒng)，可以彌補(bǔ)GPS信息在短期因受高樓、隧道遮擋而無法正常定位的缺陷。

    2．應(yīng)用藍(lán)牙技術(shù)的輪胎壓力監(jiān)控系統(tǒng)（TPMS）在國內(nèi)還沒有相應(yīng)產(chǎn)品，是很新的一項(xiàng)技術(shù)，因?yàn)檩喬ツK使用電池供電，所以在測量，處理數(shù)據(jù)和傳輸上，必須采用高效的算法。

    3． 因?yàn)樵谄嚿蠈⒂卸鄠€(gè)點(diǎn)向車載終端發(fā)送數(shù)據(jù)，藍(lán)牙模塊必須支持點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的。

    四、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

    在本系統(tǒng)中，藍(lán)牙收發(fā)模塊選用愛立信ROK101007模塊，該模塊性能穩(wěn)定，支持7個(gè)子單元，同時(shí)還配有板載固件，為基于主機(jī)的產(chǎn)品提供標(biāo)準(zhǔn)化主機(jī)控制接口（HCI）。該模塊還支持語音和數(shù)據(jù)應(yīng)用，為USB、UART、及PCM等業(yè)界協(xié)議提供擴(kuò)展的I/O支持功能。該模塊符合藍(lán)牙v1.1標(biāo)準(zhǔn)，也獲得了FCC及ETSI要求的型號(hào)認(rèn)證，可以簡化并加速終端產(chǎn)品的認(rèn)證程序。

    GPS接收機(jī)筆者選用Motorola Oncore接收器，Motorola Oncore接收器是一種智能型GPS傳感器，作為精確定位、導(dǎo)航及授時(shí)系統(tǒng)的部件。該接收器能通過一個(gè)反相TTL串行接口提供自身位置、速度、及時(shí)間信息。

    壓力傳感器選用Motorola的MPXY8020A，MPXY8020A是電容型MEMS壓力傳感器，專用于滿足TPMS在溫度和媒介兼容方面的要求。它是一個(gè)單體壓力和溫度傳感器，并具備電源管理和數(shù)字輸出功能。套件內(nèi)的媒介保護(hù)過濾器可以使其硅片免受環(huán)境影響

    微控制器選用C8051F0021單片機(jī)，C8051F0021是基于CIP-51內(nèi)核的、增強(qiáng)了性能的單片機(jī)。

    五、藍(lán)牙在汽車中的應(yīng)用展望

    藍(lán)牙在汽車中有其他無線傳輸方式不可替代的應(yīng)用優(yōu)勢，它的低功耗，小體積，低價(jià)位等特點(diǎn)使其在汽車工業(yè)中具有很強(qiáng)的競爭力，目前藍(lán)牙的應(yīng)用主要表現(xiàn)在把便攜電子產(chǎn)品，比如PDA、蜂窩電話同車載設(shè)備連接起來，但是藍(lán)牙未來的應(yīng)用更趨向與同車載設(shè)備集成在一起，通過藍(lán)牙來連接車輛上的多個(gè)系統(tǒng)，比如電源管理系統(tǒng)，制動(dòng)系統(tǒng)，減震系統(tǒng)和后座娛樂系統(tǒng)等，從而減輕車輛重量和車內(nèi)布線的復(fù)雜度，實(shí)現(xiàn)汽車的智能化。