基于藍牙技術(shù)的智能家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

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

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

　　概述

　　智能家庭網(wǎng)絡(luò)是指在家庭內(nèi)部通過一定的傳輸介質(zhì)(如電力線、雙絞線、同軸電纜、無線電、紅外等)將各種電氣設(shè)備和電氣子系統(tǒng)連接起來，采用統(tǒng)一的通信協(xié)議，對內(nèi)實現(xiàn)資源共享，對外能通過網(wǎng)關(guān)與外部網(wǎng)(如Ethernet、ISDN、ATM等)互連進行信息交換。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)主要實現(xiàn)設(shè)備的自動控制、監(jiān)測、自動撥號報警、能源管理(如電、天然氣)等;信息網(wǎng)主要實現(xiàn)場景監(jiān)測、視頻點播和視頻會議等。智能家庭網(wǎng)絡(luò)的特點就是多元信息處理，包括各類信息的采集、加工、管理、存儲、交互等。因此有必要建立一個功能強大的信息處理平臺。在智能家庭網(wǎng)絡(luò)中，家庭網(wǎng)關(guān)擔當了信息處理平臺的角色。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，另一方面負責對家庭中各個信息家電的管理和控制。各個信息家電也可通過家庭網(wǎng)關(guān)與外部網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)，從而實現(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碚f較高，可靠性強，但靈活性差，布線復(fù)雜，它主要適合固定的家電設(shè)備。無線方案主要包括IEEE802.11、HomeRF、藍牙、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，因此可以說無線技術(shù)是一種非常理想的家庭內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。對于家庭用戶來說，采用無線通信技術(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，從而解決移動設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)問題。在這些家庭無線聯(lián)網(wǎng)方案中，藍牙技術(shù)更加適合家庭內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。在家庭局域網(wǎng)中使用藍牙技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

　　*藍牙適用于在短距離(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100m，而家庭中各個家電之間的相隔距離一般不會超過此距離。

　　*藍牙的傳輸速率對于家庭網(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;

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

　　*藍牙系統(tǒng)具有連接的普遍性、標準的開放性以及很強的擴展性，可以滿足家庭網(wǎng)絡(luò)中更多的需要;

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

　　*中國無線電管理委員會已對藍牙技術(shù)開放了相應(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)該是一個動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，對于設(shè)備的加入和移走，系統(tǒng)應(yīng)該能夠自動地完成檢測并自動重設(shè)系統(tǒng)。另外，家庭中設(shè)備擺放的位置可能會發(fā)生變化，這對于需要綜合布線的系統(tǒng)來說將會遇到很大的困難，但如果有藍牙技術(shù)支持，在通信有效范圍內(nèi)的位置移動就不會影響整個網(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)是基于藍牙模塊設(shè)計。采用了藍牙主機—主機控制器模式。因此，該家庭網(wǎng)關(guān)的硬件組成包括：藍牙通信模塊、振鈴檢測電路、自動摘掛機電路、鍵盤、顯示接口電路、外部存儲器模塊等。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，它是整個家庭網(wǎng)絡(luò)藍牙網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計的核心部分，要完成信息無線網(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，同時還負責家庭網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的管理和控制。

　　藍牙技術(shù)在家庭無線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

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

　　藍牙模塊ROK101007

　　ROK101007是根據(jù)藍牙規(guī)范1.0版而設(shè)計的短距離藍牙通信模塊，它包括三個主要部分：基帶控制芯片、Flash存儲器和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)認證;2級RF射頻功率輸出;提供FCC和ETSI糾錯處理;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;點到點、點到多點操作;嵌入式屏蔽保護。其內(nèi)含的藍牙協(xié)議構(gòu)架如圖2所示。

圖2 ROK 101007內(nèi)部協(xié)議架夠

　　藍牙模塊通信接口電路

　　藍牙模塊ROK101007內(nèi)部提供了一個最重要的主機控制器接口(HCI)，該接口通過UART實現(xiàn)主控制器和主機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

　　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)中一個研究熱點。基于藍牙技術(shù)的智能家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是適合中國國情的智能家居系統(tǒng)。其中藍牙通信技術(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：

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