基于藍牙技術(shù)的智能家庭網(wǎng)絡(luò )系統

　　摘要： 構建了基于藍牙技術(shù)的智能家庭網(wǎng)絡(luò );介紹了藍牙模塊和內部協(xié)議構架，設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 )是指在家庭內部通過(guò)一定的傳輸介質(zhì)(如電力線(xiàn)、雙絞線(xiàn)、同軸電纜、無(wú)線(xiàn)電、紅外等)將各種電氣設備和電氣子系統連接起來(lái)，采用統一的通信協(xié)議，對內實(shí)現資源共享，對外能通過(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)現設備的自動(dòng)控制、監測、自動(dòng)撥號報警、能源管理(如電、天然氣)等;信息網(wǎng)主要實(shí)現場(chǎng)景監測、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(lèi)信息的采集、加工、管理、存儲、交互等。因此有必要建立一個(gè)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)議之間的轉換和信息共享，以及同外部通信網(wǎng)絡(luò )之間的數據交換功能，另一方面負責對家庭中各個(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)現信息的交互和共享。

　　構造智能家庭網(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 )接入和內部網(wǎng)絡(luò )連接兩部分。家庭網(wǎng)絡(luò )內部設備的連接有很多種方式，可分為有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)兩大類(lèi)。有線(xiàn)方案主要包括電話(huà)線(xiàn)連接、電力線(xiàn)連接、以態(tài)網(wǎng)等。有線(xiàn)技術(shù)數據傳輸的速率相對來(lái)說(shuō)較高，可靠性強，但靈活性差，布線(xiàn)復雜，它主要適合固定的家電設備。無(wú)線(xiàn)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(xiàn)，因此可以說(shuō)無(wú)線(xiàn)技術(shù)是一種非常理想的家庭內部聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。對于家庭用戶(hù)來(lái)說(shuō)，采用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)可以免去在家庭內部布線(xiàn)的煩惱，新增的家電設備也可以很方便加入家庭網(wǎng)絡(luò )之中，從而解決移動(dòng)設備的聯(lián)網(wǎng)問(wèn)題。在這些家庭無(wú)線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)方案中，藍牙技術(shù)更加適合家庭內部聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。在家庭局域網(wǎng)中使用藍牙技術(shù)的優(yōu)勢主要體現在以下幾個(gè)方面：

　　*藍牙適用于在短距離(大約10m)范圍內替代電纜，如果增大發(fā)射功率，它的傳輸距離可達100m，而家庭中各個(gè)家電之間的相隔距離一般不會(huì )超過(guò)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據傳輸，完全可以滿(mǎn)足;

　　*藍牙的抗干擾能力強，它的快速跳頻使系統更加穩定，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;

　　*藍牙系統具有連接的普遍性、標準的開(kāi)放性以及很強的擴展性，可以滿(mǎn)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(wú)線(xiàn)電管理委員會(huì )已對藍牙技術(shù)開(kāi)放了相應的頻段，為大面積的推廣應用提供了前提和條件。

　　系統組成

　　家庭網(wǎng)絡(luò )是一種復雜的網(wǎng)絡(luò )模式，其特征是：終端類(lèi)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 )應該是一個(gè)動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò )，對于設備的加入和移走，系統應該能夠自動(dòng)地完成檢測并自動(dòng)重設系統。另外，家庭中設備擺放的位置可能會(huì )發(fā)生變化，這對于需要綜合布線(xiàn)的系統來(lái)說(shuō)將會(huì )遇到很大的困難，但如果有藍牙技術(shù)支持，在通信有效范圍內的位置移動(dòng)就不會(huì )影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的結構。

　　家庭網(wǎng)關(guān)是家庭網(wǎng)絡(luò )的核心，是整個(gè)家居設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(dòng)摘掛機電路、鍵盤(pán)、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(gè)家庭網(wǎng)絡(luò )藍牙網(wǎng)關(guān)硬件設計的核心部分，要完成信息無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中各種不同通信協(xié)議之間的轉換和信息共享，以及同外部Internet之間的數據交換功能，同時(shí)還負責家庭網(wǎng)絡(luò )中設備的管理和控制。

　　藍牙技術(shù)在家庭無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中的應用

　　本系統的構成在硬件上分為兩個(gè)部分：藍牙基帶和射頻部分采用愛(ài)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數字信號處理器。

　　藍牙模塊ROK101007

　　ROK101007是根據藍牙規范1.0版而設計的短距離藍牙通信模塊，它包括三個(gè)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，支持聲音和數據的傳輸，其主要功能參數有：Bluetooth 1.0B預認證;2級RF射頻功率輸出;提供FCC和ETSI糾錯處理;最大460KB/s UART數據傳輸速率;提供UART、USB、PCM、I2C等多種HCI接口;提供內部晶振;內部預制HCI框架;點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)操作;嵌入式屏蔽保護。其內含的藍牙協(xié)議構架如圖2所示。

圖2 ROK 101007內部協(xié)議架夠

　　藍牙模塊通信接口電路

　　藍牙模塊ROK101007內部提供了一個(gè)最重要的主機控制器接口(HCI)，該接口通過(guò)UART實(shí)現主控制器和主機之間在傳輸層上的數據通信。在圖(1)所示的系統中，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

　　結語(yǔ)

　　隨著(zhù)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)?；谒{牙技術(shù)的智能家庭網(wǎng)絡(luò )系統，是適合中國國情的智能家居系統。其中藍牙通信技術(shù)的應用，使數據采集和家庭安防監控靈活方便，擺脫了布線(xiàn)系統的束縛，藍牙的跳頻技術(shù)大大提高了系統的抗干擾能力。

　　參考文獻：

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