基于藍(lán)牙技術(shù)的智能家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

　　摘要： 構(gòu)建了基于藍(lán)牙技術(shù)的智能家庭網(wǎng)絡(luò);介紹了藍(lán)牙模塊和內(nèi)部協(xié)議構(gòu)架，設(shè)計(jì)了藍(lán)牙模塊的通信接口電路。

　　關(guān)鍵詞： 智能家庭網(wǎng)絡(luò);藍(lán)牙技術(shù);藍(lán)牙模塊;家庭網(wǎng)關(guān)

　　概述

　　智能家庭網(wǎng)絡(luò)是指在家庭內(nèi)部通過(guò)一定的傳輸介質(zhì)(如電力線、雙絞線、同軸電纜、無(wú)線電、紅外等)將各種電氣設(shè)備和電氣子系統(tǒng)連接起來(lái)，采用統(tǒng)一的通信協(xié)議，對(duì)內(nèi)實(shí)現(xiàn)資源共享，對(duì)外能通過(guò)網(wǎng)關(guān)與外部網(wǎng)(如Ethernet、ISDN、ATM等)互連進(jìn)行信息交換。智能家庭網(wǎng)絡(luò)包括低速的控制網(wǎng)和高速的信息網(wǎng)?？刂凭W(wǎng)主要實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)控制、監(jiān)測(cè)、自動(dòng)撥號(hào)報(bào)警、能源管理(如電、天然氣)等;信息網(wǎng)主要實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景監(jiān)測(cè)、視頻點(diǎn)播和視頻會(huì)議等。智能家庭網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)就是多元信息處理，包括各類信息的采集、加工、管理、存儲(chǔ)、交互等。因此有必要建立一個(gè)功能強(qiáng)大的信息處理平臺(tái)。在智能家庭網(wǎng)絡(luò)中，家庭網(wǎng)關(guān)擔(dān)當(dāng)了信息處理平臺(tái)的角色。它一方面完成家庭網(wǎng)絡(luò)中各種不同通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換和信息共享，以及同外部通信網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交換功能，另一方面負(fù)責(zé)對(duì)家庭中各個(gè)信息家電的管理和控制。各個(gè)信息家電也可通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)與外部網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)信息的交互和共享。

　　構(gòu)造智能家庭網(wǎng)絡(luò)首先要涉及到網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。由于實(shí)現(xiàn)目的和采用的技術(shù)不同，家庭網(wǎng)絡(luò)分為外部網(wǎng)絡(luò)接入和內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接兩部分。家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部設(shè)備的連接有很多種方式，可分為有線和無(wú)線兩大類。有線方案主要包括電話線連接、電力線連接、以態(tài)網(wǎng)等。有線技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾氏鄬?duì)來(lái)說(shuō)較高，可靠性強(qiáng)，但靈活性差，布線復(fù)雜，它主要適合固定的家電設(shè)備。無(wú)線方案主要包括IEEE802.11、HomeRF、藍(lán)牙、紅外技術(shù)等。由于家庭環(huán)境不可能像企業(yè)環(huán)境那樣布置大量的電纜連線，因此可以說(shuō)無(wú)線技術(shù)是一種非常理想的家庭內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。對(duì)于家庭用戶來(lái)說(shuō)，采用無(wú)線通信技術(shù)可以免去在家庭內(nèi)部布線的煩惱，新增的家電設(shè)備也可以很方便加入家庭網(wǎng)絡(luò)之中，從而解決移動(dòng)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)問(wèn)題。在這些家庭無(wú)線聯(lián)網(wǎng)方案中，藍(lán)牙技術(shù)更加適合家庭內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。在家庭局域網(wǎng)中使用藍(lán)牙技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　*藍(lán)牙適用于在短距離(大約10m)范圍內(nèi)替代電纜，如果增大發(fā)射功率，它的傳輸距離可達(dá)100m，而家庭中各個(gè)家電之間的相隔距離一般不會(huì)超過(guò)此距離。

　　*藍(lán)牙的傳輸速率對(duì)于家庭網(wǎng)絡(luò)中各種家電間中等速率的數(shù)據(jù)傳輸，完全可以滿足;

　　*藍(lán)牙的抗干擾能力強(qiáng)，它的快速跳頻使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，它的前向糾錯(cuò)能力可以限制噪聲的影響，這樣家庭中的各種藍(lán)牙家電可以互不干擾地正常工作;

　　*藍(lán)牙系統(tǒng)具有連接的普遍性、標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放性以及很強(qiáng)的擴(kuò)展性，可以滿足家庭網(wǎng)絡(luò)中更多的需要;

　　*藍(lán)牙芯片的成本相對(duì)較低，因而可大大降低網(wǎng)絡(luò)家電的成本;

　　*中國(guó)無(wú)線電管理委員會(huì)已對(duì)藍(lán)牙技術(shù)開(kāi)放了相應(yīng)的頻段，為大面積的推廣應(yīng)用提供了前提和條件。

　　系統(tǒng)組成

　　家庭網(wǎng)絡(luò)是一種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)模式，其特征是：終端類型千差萬(wàn)別，完成功能各不相同，接入方式多樣。更重要的是家庭網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是一個(gè)動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于設(shè)備的加入和移走，系統(tǒng)應(yīng)該能夠自動(dòng)地完成檢測(cè)并自動(dòng)重設(shè)系統(tǒng)。另外，家庭中設(shè)備擺放的位置可能會(huì)發(fā)生變化，這對(duì)于需要綜合布線的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)將會(huì)遇到很大的困難，但如果有藍(lán)牙技術(shù)支持，在通信有效范圍內(nèi)的位置移動(dòng)就不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。

　　家庭網(wǎng)關(guān)是家庭網(wǎng)絡(luò)的核心，是整個(gè)家居設(shè)備控制和家庭信息控制的核心。智能家居中的家庭網(wǎng)關(guān)是基于藍(lán)牙模塊設(shè)計(jì)。采用了藍(lán)牙主機(jī)—主機(jī)控制器模式。因此，該家庭網(wǎng)關(guān)的硬件組成包括：藍(lán)牙通信模塊、振鈴檢測(cè)電路、自動(dòng)摘掛機(jī)電路、鍵盤、顯示接口電路、外部存儲(chǔ)器模塊等。家庭網(wǎng)關(guān)總體組成如圖1所示。

圖1  智能家庭網(wǎng)絡(luò)

　　其中主控制器(DSP)采用TI的TMS320VC5402DSP，它是整個(gè)家庭網(wǎng)絡(luò)藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計(jì)的核心部分，要完成信息無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中各種不同通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換和信息共享，以及同外部Internet之間的數(shù)據(jù)交換功能，同時(shí)還負(fù)責(zé)家庭網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的管理和控制。

　　藍(lán)牙技術(shù)在家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

　　本系統(tǒng)的構(gòu)成在硬件上分為兩個(gè)部分：藍(lán)牙基帶和射頻部分采用愛(ài)立信公司的藍(lán)牙模塊ROK101007;嵌入式控制器采用TI公司的TMS320VC54X系列的DSP數(shù)字信號(hào)處理器。

　　藍(lán)牙模塊ROK101007

　　ROK101007是根據(jù)藍(lán)牙規(guī)范1.0版而設(shè)計(jì)的短距離藍(lán)牙通信模塊，它包括三個(gè)主要部分：基帶控制芯片、Flash存儲(chǔ)器和Radio芯片。它工作在2.4GHz~2.5GHz的ISM頻段，支持聲音和數(shù)據(jù)的傳輸，其主要功能參數(shù)有：Bluetooth 1.0B預(yù)認(rèn)證;2級(jí)RF射頻功率輸出;提供FCC和ETSI糾錯(cuò)處理;最大460KB/s UART數(shù)據(jù)傳輸速率;提供UART、USB、PCM、I2C等多種HCI接口;提供內(nèi)部晶振;內(nèi)部預(yù)制HCI框架;點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)操作;嵌入式屏蔽保護(hù)。其內(nèi)含的藍(lán)牙協(xié)議構(gòu)架如圖2所示。

圖2 ROK 101007內(nèi)部協(xié)議架夠

　　藍(lán)牙模塊通信接口電路

　　藍(lán)牙模塊ROK101007內(nèi)部提供了一個(gè)最重要的主機(jī)控制器接口(HCI)，該接口通過(guò)UART實(shí)現(xiàn)主控制器和主機(jī)之間在傳輸層上的數(shù)據(jù)通信。在圖(1)所示的系統(tǒng)中，藍(lán)牙模塊和DSP的接口采用HCI-UART接口，其中的RS232接口芯片選用MAXIM公司MAX3232E，這部分的硬件連接如圖3所示。

圖3 ROK 101007 UART通信接口電路

　　結(jié)語(yǔ)

　　隨著Internet的快速發(fā)展，智能家庭網(wǎng)絡(luò)研究已經(jīng)成為信息產(chǎn)業(yè)中一個(gè)研究熱點(diǎn)。基于藍(lán)牙技術(shù)的智能家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是適合中國(guó)國(guó)情的智能家居系統(tǒng)。其中藍(lán)牙通信技術(shù)的應(yīng)用，使數(shù)據(jù)采集和家庭安防監(jiān)控靈活方便，擺脫了布線系統(tǒng)的束縛，藍(lán)牙的跳頻技術(shù)大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。

　　參考文獻(xiàn)：

　　1. 葉朝輝、楊士元，智能家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研究，計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2001.9