藍牙在汽車(chē)中的應用

　　一、引言

    經(jīng)過(guò)數年的發(fā)展和諸多技術(shù)的克服，藍牙最終進(jìn)入它的成熟時(shí)期。在過(guò)去的6年里，藍牙取得了量和多樣性的突破。隨著(zhù)向各個(gè)市場(chǎng)領(lǐng)域（如移動(dòng)電話(huà)，基于PC的應用，以及像工業(yè)和汽車(chē)應用等新興領(lǐng)域）的推進(jìn)，藍牙的應用前景是光明的！在亞洲，SIG暗示，藍牙無(wú)線(xiàn)在汽車(chē)中的應用，將會(huì )是把藍牙技術(shù)帶向大眾消費者的合理的下一步，市場(chǎng)蘊藏著(zhù)巨大的商機。

    本文將介紹藍牙在汽車(chē)中的一個(gè)應用方案。本文的目標是集成Bluetooth、GPS和其他傳感器技術(shù)在一個(gè)啟用藍牙技術(shù)的車(chē)載終端或手持終端上實(shí)現多個(gè)汽車(chē)參數的顯示，包括位置、行駛速度及汽車(chē)本身運行情況的一些參數，如發(fā)動(dòng)機溫度、輪胎壓力等，從而實(shí)現汽車(chē)的智能化升級，更深遠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(wèn)題：其一，藍牙是如何適應汽車(chē)環(huán)境；其二，同其他替代技術(shù)的比較。

    （一）藍牙如何適應汽車(chē)環(huán)境

    藍牙在汽車(chē)中的應用，即替代汽車(chē)中的部分電纜，其中有幾個(gè)問(wèn)題顯得尤為重要：傳輸帶寬，抗干擾問(wèn)題，信息安全問(wèn)題，成本問(wèn)題，這些都是在汽車(chē)工業(yè)必須考慮的。

    1．藍牙帶寬

    藍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11Mbps，但是802.11b的實(shí)現成本高，而且802.11b的硬件實(shí)現所需的空間較大，不能像藍牙一樣植入電子設備中，另外一點(diǎn)，藍牙1Mbps的傳輸速率對于傳輸音頻和數據顯得綽綽有余。

    2．抗干擾

    工作在ISM頻段的無(wú)線(xiàn)電設備有很多種，為了很好地抵抗來(lái)自這些設備的干擾，藍牙采取了跳頻（Frequency Hopping）方式來(lái)擴展頻譜（Spread Spectrum），將頻段分成79個(gè)頻點(diǎn)，相鄰頻點(diǎn)間隔1MHz。藍牙設備在某個(gè)頻點(diǎn)發(fā)送數據后，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的，每秒鐘頻率改變1600次，每個(gè)頻率持續625μs。

    3．信息安全

    藍牙無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )安全管理任務(wù)體現在三個(gè)方面：服務(wù)的可獲取性、授權與密鑰管理、身份識別與完整性，而這三個(gè)方面最終體現在鑒權和授權兩個(gè)問(wèn)題上。鑒權是驗證請求者是誰(shuí)的過(guò)程，利用藍牙設備地址來(lái)實(shí)現。授權是允許請求者究竟可以做哪些事情的過(guò)程。

    針對藍牙無(wú)線(xiàn)信道的開(kāi)放性，需要對所有射頻信道數據進(jìn)行加密傳輸，而正確解密的前提是用戶(hù)身份的認證。只有在完備的身份認證機制的基礎上，才可實(shí)現數據的完整性保護。

　?。ǘ┩渌娲夹g(shù)的比較

    藍牙技術(shù)是一種理想的汽車(chē)PAN 通信協(xié)議，但并不意味著(zhù)該技術(shù)是萬(wàn)能的，其他多種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)正在被評估，以決定是否適合于汽車(chē)內、外的安全、遠程通信、商務(wù)、信息傳遞以及娛樂(lè )等方面的應用。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 規范（也稱(chēng)為802.11b）, 是目前WLAN 的主要技術(shù)標準，他的工作頻率也是2.4GHz，與無(wú)繩電話(huà)、藍牙等許多不需頻率使用許可證的無(wú)線(xiàn)設備共享同一頻段。802.11b元件昂貴,兼容性不好, 安全性也不能令人滿(mǎn)意。

    2．專(zhuān)用短程通信

    專(zhuān)用短程通信（Dedicated Short-Range Communications，簡(jiǎn)稱(chēng)DSRC）系統是專(zhuān)門(mén)適用于ITS領(lǐng)域短距離間的通信系統，它為智能交通系統中的部分應用提供路-車(chē)、車(chē)-車(chē)之間的通信基礎。

    DSRC工作于5.9GHz，帶寬為75MHz。 目前DSRC主要應用于自動(dòng)收費站和加油站及停車(chē)場(chǎng)的自動(dòng)付款等。藍牙同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(lái)的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。UWB 通過(guò)基帶脈沖作用于天線(xiàn)的方式發(fā)送數據。他主要應用在小范圍、高分辨率、能夠穿透墻壁、地面和身體的雷達和圖像系統中。

    UWB 原來(lái)針對軍事應用，直到2002 年2 月14 日，美國FCC（聯(lián)邦通信委員會(huì )）才準許該技術(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、系統設計思想與框架

    在本部分將闡述兩部分內容，首先對藍牙在汽車(chē)中的應用方案的設計思想做一較為詳細的論述，其次根據設計思想，給出原理框圖，結合各部分功能，論述涉及的關(guān)鍵技術(shù)。

　?。ㄒ唬┫到y設計思想

    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)啟用藍牙技術(shù)的車(chē)載終端或手持終端上實(shí)現多個(gè)汽車(chē)參數的顯示，包括位置、行使速度、以及汽車(chē)本身運行情況的一些參數，如發(fā)動(dòng)機溫度，輪胎壓力等，從而實(shí)現汽車(chē)的智能化升級。

    這里可以舉一個(gè)具體的例子，來(lái)幫助筆者闡述本文的設計思想。在世界汽車(chē)拉力錦標賽上，如果在汽車(chē)上有這樣一個(gè)裝置，那么對參賽者取的好成績(jì)將有極大的幫助。該裝置可以固定在汽車(chē)駕駛室內，在汽車(chē)高速行駛的過(guò)程中，可以實(shí)時(shí)的顯示當前時(shí)間，所在位置，行駛速度；為了能讓駕駛員能了解行進(jìn)過(guò)程中汽車(chē)本身的一些性能，提高安全系數，該裝置還能顯示諸如發(fā)動(dòng)機溫度，輪胎壓力等參數，并可以對這些參數做分析，如有異常，比如發(fā)動(dòng)機過(guò)熱，輪胎破損等情況出現，可以馬上發(fā)出警報；所有這些參數可以顯示在顯示屏上，也可以聲音提示，以便駕駛員更加專(zhuān)心的操作。

    （二）系統框圖

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

    GPS接收模塊可以采用專(zhuān)用的GPS接收機，溫度傳感器、壓力傳感器均采用汽車(chē)專(zhuān)用的傳感器；微控制器一方面控制GPS接收模塊，專(zhuān)用傳感器，另一方面，作為藍牙模塊的主機，對接收到的數據進(jìn)行處理，并控制藍牙模塊的信息收發(fā)；車(chē)載終端集成了藍牙收發(fā)模塊，可以固定在車(chē)上，也可做成手持裝置。

    （三）關(guān)鍵技術(shù)分析

    1．GPS在某些場(chǎng)合的應用，如行駛在繁華城市與隧道中的車(chē)輛導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(jiǎn)稱(chēng)DR）和GPS的組合導航系統，即GPS/DR系統，可以彌補GPS信息在短期因受高樓、隧道遮擋而無(wú)法正常定位的缺陷。

    2．應用藍牙技術(shù)的輪胎壓力監控系統（TPMS）在國內還沒(méi)有相應產(chǎn)品，是很新的一項技術(shù)，因為輪胎模塊使用電池供電，所以在測量，處理數據和傳輸上，必須采用高效的算法。

    3． 因為在汽車(chē)上將有多個(gè)點(diǎn)向車(chē)載終端發(fā)送數據，藍牙模塊必須支持點(diǎn)對多點(diǎn)的。

    四、系統實(shí)現

    在本系統中，藍牙收發(fā)模塊選用愛(ài)立信ROK101007模塊，該模塊性能穩定，支持7個(gè)子單元，同時(shí)還配有板載固件，為基于主機的產(chǎn)品提供標準化主機控制接口（HCI）。該模塊還支持語(yǔ)音和數據應用，為USB、UART、及PCM等業(yè)界協(xié)議提供擴展的I/O支持功能。該模塊符合藍牙v1.1標準，也獲得了FCC及ETSI要求的型號認證，可以簡(jiǎn)化并加速終端產(chǎn)品的認證程序。

    GPS接收機筆者選用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、導航及授時(shí)系統的部件。該接收器能通過(guò)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(zhuān)用于滿(mǎn)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字輸出功能。套件內的媒介保護過(guò)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，C8051F0021是基于CIP-51內核的、增強了性能的單片機。

    五、藍牙在汽車(chē)中的應用展望

    藍牙在汽車(chē)中有其他無(wú)線(xiàn)傳輸方式不可替代的應用優(yōu)勢，它的低功耗，小體積，低價(jià)位等特點(diǎn)使其在汽車(chē)工業(yè)中具有很強的競爭力，目前藍牙的應用主要表現在把便攜電子產(chǎn)品，比如PDA、蜂窩電話(huà)同車(chē)載設備連接起來(lái)，但是藍牙未來(lái)的應用更趨向與同車(chē)載設備集成在一起，通過(guò)藍牙來(lái)連接車(chē)輛上的多個(gè)系統，比如電源管理系統，制動(dòng)系統，減震系統和后座娛樂(lè )系統等，從而減輕車(chē)輛重量和車(chē)內布線(xiàn)的復雜度，實(shí)現汽車(chē)的智能化。