基于藍牙技術的智能家庭網絡系統

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作者：貴州師范大學機械與電氣工程學院劉宇剛時間：2007-11-11 來源：電子產品世界

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　　摘要：構建了基于藍牙技術的智能家庭網絡;介紹了藍牙模塊和內部協議構架，設計了藍牙模塊的通信接口電路。

　　概述

　　智能家庭網絡是指在家庭內部通過一定的傳輸介質(如電力線、雙絞線、同軸電纜、無線電、紅外等)將各種電氣設備和電氣子系統連接起來，采用統一的通信協議，對內實現資源共享，對外能通過網關與外部網(如Ethernet、ISDN、ATM等)互連進行信息交換。智能家庭網絡包括低速的控制網和高速的信息網。控制網主要實現設備的自動控制、監測、自動撥號報警、能源管理(如電、天然氣)等;信息網主要實現場景監測、視頻點播和視頻會議等。智能家庭網絡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。在智能家庭網絡中，家庭網關擔當了信息處理平臺的角色。它一方面完成家庭網絡中各種不同通信協議之間的轉換和信息共享，以及同外部通信網絡之間的數據交換功能，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關與外部網絡相聯，從而實現信息的交互和共享。

　　構造智能家庭網絡首先要涉及到網絡的互聯。由于實現目的和采用的技術不同，家庭網絡分為外部網絡接入和內部網絡連接兩部分。家庭網絡內部設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、以態網等。有線技術數據傳輸的速率相對來說較高，可靠性強，但靈活性差，布線復雜，它主要適合固定的家電設備。無線方案主要包括IEEE802.11、HomeRF、藍牙、紅外技術等。由于家庭環境不可能像企業環境那樣布置大量的電纜連線，因此可以說無線技術是一種非常理想的家庭內部聯網技術。對于家庭用戶來說，采用無線通信技術可以免去在家庭內部布線的煩惱，新增的家電設備也可以很方便加入家庭網絡之中，從而解決移動設備的聯網問題。在這些家庭無線聯網方案中，藍牙技術更加適合家庭內部聯網技術。在家庭局域網中使用藍牙技術的優勢主要體現在以下幾個方面：

　　*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絡中各種家電間中等速率的數據傳輸，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、標準的開放性以及很強的擴展性，可以滿足家庭網絡中更多的需要;

　　*藍牙芯片的成本相對較低，因而可大大降低網絡家電的成本;

　　*中國無線電管理委員會已對藍牙技術開放了相應的頻段，為大面積的推廣應用提供了前提和條件。

　　系統組成

　　家庭網絡是一種復雜的網絡模式，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。更重要的是家庭網絡應該是一個動態的網絡，對于設備的加入和移走，系統應該能夠自動地完成檢測并自動重設系統。另外，家庭中設備擺放的位置可能會發生變化，這對于需要綜合布線的系統來說將會遇到很大的困難，但如果有藍牙技術支持，在通信有效范圍內的位置移動就不會影響整個網絡的結構。

　　家庭網關是家庭網絡的核心，是整個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關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，該家庭網關的硬件組成包括：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。家庭網關總體組成如圖1所示。

圖1 智能家庭網絡

　　其中主控制器(DSP)采用TI的TMS320VC5402DSP，它是整個家庭網絡藍牙網關硬件設計的核心部分，要完成信息無線網絡中各種不同通信協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，同時還負責家庭網絡中設備的管理和控制。

　　藍牙技術在家庭無線網絡中的應用

　　本系統的構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;點到點、點到多點操作;嵌入式屏蔽保護。其內含的藍牙協議構架如圖2所示。

圖2 ROK 101007內部協議架夠

　　藍牙模塊通信接口電路

　　藍牙模塊ROK101007內部提供了一個最重要的主機控制器接口(HCI)，該接口通過UART實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。