基于藍牙模塊ROK 101 007/1的小區安全監控系統設計

引言

藍牙是一種正在發(fā)展中的短距離無(wú)線(xiàn)時(shí)分多址通信技術(shù)（也叫個(gè)域網(wǎng)技術(shù)），這是一種直接面對個(gè)人和商務(wù)的無(wú)線(xiàn)應用連接技術(shù)，并以其低成本、低功耗、高速率和方便靈活等特點(diǎn)在眾多無(wú)線(xiàn)應用方案中脫穎而出，藍牙工作在2.4GHz的ISM頻段，采用調頻/時(shí)分復用技術(shù)，傳輸速率高達1Mbit/s，能實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)和點(diǎn)對多點(diǎn)通信，并能以無(wú)線(xiàn)方式將區域內各個(gè)數據或語(yǔ)音設備相連接以組成微微網(wǎng)，同時(shí)在嵌有藍牙模塊的電子設備之間能方便快捷地通信，目前，藍牙在通信、電子和網(wǎng)絡(luò )等領(lǐng)域中已得到了廣泛的應用。

本文所介紹的小區安全監控系統主要采用藍牙技術(shù)，并以Ericsson公司生產(chǎn)的模塊ROK101 007/1為藍牙硬件基礎，通過(guò)無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現各監控點(diǎn)的互連，從而實(shí)現小區監控臺與各個(gè)監控點(diǎn)的實(shí)時(shí)通信、該系統具有費用及其低廉、安裝維護方便和抗干擾能力強，利用率高等優(yōu)點(diǎn)。

藍牙模塊ROK 101 007/1

◇ 硬件結構

藍牙模塊是實(shí)現無(wú)線(xiàn)通信的硬件基礎，ROK 101 007/1模塊是由Ericsson公司生產(chǎn)可各式電子設備中實(shí)現藍牙功能的短距離通信模塊，其主要特點(diǎn)是：支持USB、UART和IIC：具有聲音和數據傳輸功能；符合藍牙1.1版本，并通過(guò)了FCC/ETST類(lèi)型認證。

ROK 101 007/1藍牙模塊的硬件結構原理圖如圖1所示，主要包括三個(gè)部分：基帶控制器、閃速存儲器和射頻模塊?；鶐Э刂破髦饕撠煂?shí)現藍牙基帶部分的功能，其主要作用是完成對基地及鏈路的管理，包括對同步（SCO）和異步（ALC）連接方式的支持、差錯控制、物理層的認證和加密、鏈路管理等；閃速存儲器的功能是存放基帶、鏈路管理層和主機控制接口軟件以及一些API程序，以用于對芯片進(jìn)行配置；射頻模塊的主要功能是實(shí)現藍牙設計間的無(wú)線(xiàn)連接，具體要求是完成頻率的合成，以及基帶模塊數據比特信號到無(wú)線(xiàn)信號的轉換過(guò)濾，并負責將無(wú)線(xiàn)電信號以一定的功率和調頻頻率發(fā)送出去。

◇ HCI及其規范

藍牙模塊ROK 101 007/1中的主機控制接口（HCI）在藍牙技術(shù)規范中有嚴格的定義，HCI標準主要是定義主機控制藍牙模塊的各個(gè)指令意義，其功能部件可分為三個(gè)部分：第一部分為傳輸固件，位于藍牙模塊中（如ROK 101 007/1的閃存內），其主要功能是控制藍牙模塊內的硬件（主機控制器）；第二部分為主機驅動(dòng)程序，位于主機內；第三部分為實(shí)際的傳輸總線(xiàn)，由于藍牙模塊常用于工控、智能儀器儀表等行業(yè)中，其最典型的應用背景是與單片機的串口通信，傳輸總線(xiàn)可能是USB、PC卡或RS232接口，它們的主要功能是從主機向主控制器發(fā)送HCI指令，HCI數據以及從主控制器接收HCI指令和數據。

系統體系結構

基于藍牙技術(shù)的小區安全監控系統由監控臺、各住戶(hù)樓主控制器和各樓層控制器（或住戶(hù)控制器），以及監控點(diǎn)終端設備等組成，其結構示意圖如圖2所示，其中主控臺與各住戶(hù)樓主控制器之間，以及各住戶(hù)樓主控制器與相應住戶(hù)樓內各樓層控制器（或住戶(hù)控制器）之間通過(guò)有線(xiàn)方式連接，而住戶(hù)樓內各樓層控制器與相應樓層監控點(diǎn)終端設計之間則通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式連接、這樣，各住戶(hù)樓之間、各住戶(hù)樓內各樓層之間，以及各個(gè)監控點(diǎn)終端設備之間，就具有相對的獨立性，從而形成了一個(gè)無(wú)線(xiàn)與有線(xiàn)方式相結合的分布式通信網(wǎng)絡(luò )，該系統中的一個(gè)設備出現異?；蚰硞€(gè)監控點(diǎn)失效，一般不會(huì )影響其他設備或監控點(diǎn)的正常工作。

在該系統中，監控點(diǎn)終端設備負責對監控對象（包括水、電、天然氣、以及門(mén)窗等）狀態(tài)變化情況的收集與處理，并將所獲得的信息傳送給樓層控制器（或住戶(hù)控制器）；同時(shí)也接收樓層控制器（或住戶(hù)控制器）所傳送的信息，在網(wǎng)絡(luò )中每個(gè)監控點(diǎn)終端設備對應一個(gè)唯一編號，它在樓層微微網(wǎng)中一般作為從設備、可靈活移動(dòng)，根據實(shí)際需要放置在樓層的相應位置，如住戶(hù)長(cháng)期出差在外，家里無(wú)人照看，則可以申請租用多個(gè)監控點(diǎn)終端設備，對家中門(mén)窗或重要物品進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，一旦發(fā)生以外情況，監控點(diǎn)終端設備就會(huì )向監控臺發(fā)送報警信號，值班人員馬上進(jìn)行相應處理，樓層控制器（或住戶(hù)控制器）主要負責對監控點(diǎn)中端設備之間進(jìn)行管理，并在住戶(hù)樓主控制器和監控點(diǎn)終端設備之間進(jìn)行中斷通信，以交換二者的數據信息，實(shí)際上，網(wǎng)絡(luò )中樓層控制器（或住戶(hù)控制器）的編號也是唯一的，一般作為各樓層微微網(wǎng)的主設備，根據通信效果和實(shí)際需要，同一樓層可安裝多個(gè)樓層控制器，若經(jīng)濟條件允許，每住戶(hù)可分別都安裝住戶(hù)控制器。住戶(hù)樓主控制器可對整個(gè)住戶(hù)類(lèi)內的樓層控制器（或住戶(hù)控制器）進(jìn)行管理，并在監控臺和樓層控制器（或住戶(hù)控制器）之間進(jìn)行中繼通信，以交換二者信息，在網(wǎng)絡(luò )中，各住戶(hù)樓控制器的編號也是唯一的，為確保系統能安全可靠地工作，各住戶(hù)樓必須配備有備用住戶(hù)樓主控制器，主控臺位于小區保安值班室，至少應配備兩臺計算機進(jìn)行管理，同時(shí)實(shí)時(shí)接收各類(lèi)信息，以對整個(gè)小區的情況進(jìn)行監視處理。

系統中各設備之間的無(wú)線(xiàn)通信均通過(guò)ROK 101 007/1來(lái)實(shí)現，故各設備都必須安裝ROK 101 007/1模塊。

系統藍牙電路設計

該系統設計包括兩個(gè)方面：硬件設計和軟件設計，硬件設計包括網(wǎng)絡(luò )設計和各種相應設備改造或設計；軟件設計主要包括各種應用程序的開(kāi)發(fā)，這里主要討論系統藍牙電路的設計，即與藍牙模塊ROK 101 007/1有關(guān)的電路工作機理。

◇ 監控點(diǎn)終端的設計

監控點(diǎn)終端設備的主要功能是接收前端傳感器所探測的監控對象的有關(guān)信息，以及住戶(hù)的呼叫信息，并通過(guò)藍牙模塊與樓層控制器（住戶(hù)控制器）進(jìn)行信息交換，其硬件結構示意圖如圖3所示，核心部件是AT89C51型單片機和藍牙模塊ROK 101 007/1，二者之間是通過(guò)串口寫(xiě)入HCI指令來(lái)實(shí)現交互通信；其外圍電路主要有語(yǔ)音編解碼電路、顯示電路、報警電路和呼叫按鈕電路等，其中語(yǔ)音編解碼電路是對住戶(hù)語(yǔ)音信號進(jìn)行編碼或接收的話(huà)音編碼信號進(jìn)行解碼，從而實(shí)現住戶(hù)與主控臺值班保安的實(shí)時(shí)對話(huà)；顯示電路用于顯示住戶(hù)報警或緊急情況呼叫，緊急呼叫具有最高優(yōu)先級，呼叫按鈕電路可供用戶(hù)進(jìn)行一般呼叫操作。

監控點(diǎn)終端設備對應的應用程序需要在A(yíng)T89C51單片機上實(shí)現，編程語(yǔ)言主要基于匯編進(jìn)行，其實(shí)現的功能是對外圍電路所輸入的數據信息進(jìn)行打包處理，以將其轉換為藍牙模塊可接受的HCI-RS232信息格式，最后通過(guò)RS232與藍牙模塊實(shí)現信息交換，同時(shí)控制藍牙模塊與樓層控制器的數據接收和發(fā)送，在設計該程序時(shí)，首先要完成藍牙模塊的初始化設置工作。圖4所示是該監控點(diǎn)終端設備的應用程序流程圖。

◇ 樓層控制器設計

樓層控制器（住戶(hù)控制器）的主要功能是通過(guò)藍牙模塊，以無(wú)線(xiàn)方式接收監控點(diǎn)終端設備傳輸的上行數據信息，并以有線(xiàn)方式傳輸給住戶(hù)樓主控制器，同時(shí)以有線(xiàn)方式接收住戶(hù)樓主控制器所傳輸的下行數據信息，并再通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式轉發(fā)給監控點(diǎn)終端設備。樓層控制器（住戶(hù)控制器）的基本組成部分是AT89C51單片機和藍牙模塊ROK 101 007/1，其結構示意圖如圖5所示。

樓層控制器應用軟件實(shí)現的功能是與住戶(hù)樓主控制器和監控點(diǎn)終端設備的通信，并對信息進(jìn)行識別轉發(fā)，同時(shí)要接收住戶(hù)樓主控制器命令，對自身參數和監控點(diǎn)終端設備參數進(jìn)行修改，此外，還要完成自身藍牙模塊的初始化和設置工作。應用軟件需在 AT89C51單片機上進(jìn)行開(kāi)發(fā)，編程語(yǔ)言主要基于匯編，其程序流程圖如圖6所示。

結束語(yǔ)

基于藍牙模塊ROK 101 007/1的小區安全監控系統在設計過(guò)程中，可在現有有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的基礎上，充分考慮藍牙技術(shù)的優(yōu)勢，該系統的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )部分較為固定，但無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )部分組網(wǎng)靈活簡(jiǎn)便，且各組成部件便于模塊化設計，并能重復和移動(dòng)使用，因此，各住戶(hù)可根據自身安全情況和財力狀況，靈活選擇合乎自身安全級別的設備，由此可見(jiàn)該系統在各居民小區，特別是各種高檔小區具有潛在的應用價(jià)值，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和藍牙技術(shù)的飛速發(fā)展和不斷完善，該系統必將得到廣泛的應用。