基于藍(lán)牙模塊ROK 101 007/1的小區(qū)安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

藍(lán)牙是一種正在發(fā)展中的短距離無線時(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)的無線應(yīng)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)在眾多無線應(yīng)用方案中脫穎而出，藍(lán)牙工作在2.4GHz的ISM頻段，采用調(diào)頻/時(shí)分復(fù)用技術(shù)，傳輸速率高達(dá)1Mbit/s，能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)和點(diǎn)對多點(diǎn)通信，并能以無線方式將區(qū)域內(nèi)各個(gè)數(shù)據(jù)或語音設(shè)備相連接以組成微微網(wǎng)，同時(shí)在嵌有藍(lán)牙模塊的電子設(shè)備之間能方便快捷地通信，目前，藍(lán)牙在通信、電子和網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域中已得到了廣泛的應(yīng)用。

本文所介紹的小區(qū)安全監(jiān)控系統(tǒng)主要采用藍(lán)牙技術(shù)，并以Ericsson公司生產(chǎn)的模塊ROK101 007/1為藍(lán)牙硬件基礎(chǔ)，通過無線和有線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)各監(jiān)控點(diǎn)的互連，從而實(shí)現(xiàn)小區(qū)監(jiān)控臺與各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)通信、該系統(tǒng)具有費(fèi)用及其低廉、安裝維護(hù)方便和抗干擾能力強(qiáng)，利用率高等優(yōu)點(diǎn)。

藍(lán)牙模塊ROK 101 007/1

◇ 硬件結(jié)構(gòu)

藍(lán)牙模塊是實(shí)現(xiàn)無線通信的硬件基礎(chǔ)，ROK 101 007/1模塊是由Ericsson公司生產(chǎn)可各式電子設(shè)備中實(shí)現(xiàn)藍(lán)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(shù)據(jù)傳輸功能；符合藍(lán)牙1.1版本，并通過了FCC/ETST類型認(rèn)證。

ROK 101 007/1藍(lán)牙模塊的硬件結(jié)構(gòu)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。基帶控制器主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)藍(lán)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(cuò)控制、物理層的認(rèn)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(jī)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(xiàn)藍(lán)牙設(shè)計(jì)間的無線連接，具體要求是完成頻率的合成，以及基帶模塊數(shù)據(jù)比特信號到無線信號的轉(zhuǎn)換過濾，并負(fù)責(zé)將無線電信號以一定的功率和調(diào)頻頻率發(fā)送出去。

◇ HCI及其規(guī)范

藍(lán)牙模塊ROK 101 007/1中的主機(jī)控制接口（HCI）在藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范中有嚴(yán)格的定義，HCI標(biāo)準(zhǔn)主要是定義主機(jī)控制藍(lán)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(lán)牙模塊中（如ROK 101 007/1的閃存內(nèi)），其主要功能是控制藍(lán)牙模塊內(nèi)的硬件（主機(jī)控制器）；第二部分為主機(jī)驅(qū)動程序，位于主機(jī)內(nèi)；第三部分為實(shí)際的傳輸總線，由于藍(lán)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(yīng)用背景是與單片機(jī)的串口通信，傳輸總線可能是USB、PC卡或RS232接口，它們的主要功能是從主機(jī)向主控制器發(fā)送HCI指令，HCI數(shù)據(jù)以及從主控制器接收HCI指令和數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

基于藍(lán)牙技術(shù)的小區(qū)安全監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控臺、各住戶樓主控制器和各樓層控制器（或住戶控制器），以及監(jiān)控點(diǎn)終端設(shè)備等組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，其中主控臺與各住戶樓主控制器之間，以及各住戶樓主控制器與相應(yīng)住戶樓內(nèi)各樓層控制器（或住戶控制器）之間通過有線方式連接，而住戶樓內(nèi)各樓層控制器與相應(yīng)樓層監(jiān)控點(diǎn)終端設(shè)計(jì)之間則通過無線方式連接、這樣，各住戶樓之間、各住戶樓內(nèi)各樓層之間，以及各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)終端設(shè)備之間，就具有相對的獨(dú)立性，從而形成了一個(gè)無線與有線方式相結(jié)合的分布式通信網(wǎng)絡(luò)，該系統(tǒng)中的一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)異常或某個(gè)監(jiān)控點(diǎn)失效，一般不會影響其他設(shè)備或監(jiān)控點(diǎn)的正常工作。

在該系統(tǒng)中，監(jiān)控點(diǎn)終端設(shè)備負(fù)責(zé)對監(jiān)控對象（包括水、電、天然氣、以及門窗等）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（或住戶控制器）；同時(shí)也接收樓層控制器（或住戶控制器）所傳送的信息，在網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)終端設(shè)備對應(yīng)一個(gè)唯一編號，它在樓層微微網(wǎng)中一般作為從設(shè)備、可靈活移動，根據(jù)實(shí)際需要放置在樓層的相應(yīng)位置，如住戶長期出差在外，家里無人照看，則可以申請租用多個(gè)監(jiān)控點(diǎn)終端設(shè)備，對家中門窗或重要物品進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦發(fā)生以外情況，監(jiān)控點(diǎn)終端設(shè)備就會向監(jiān)控臺發(fā)送報(bào)警信號，值班人員馬上進(jìn)行相應(yīng)處理，樓層控制器（或住戶控制器）主要負(fù)責(zé)對監(jiān)控點(diǎn)中端設(shè)備之間進(jìn)行管理，并在住戶樓主控制器和監(jiān)控點(diǎn)終端設(shè)備之間進(jìn)行中斷通信，以交換二者的數(shù)據(jù)信息，實(shí)際上，網(wǎng)絡(luò)中樓層控制器（或住戶控制器）的編號也是唯一的，一般作為各樓層微微網(wǎng)的主設(shè)備，根據(jù)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(jì)條件允許，每住戶可分別都安裝住戶控制器。住戶樓主控制器可對整個(gè)住戶類內(nèi)的樓層控制器（或住戶控制器）進(jìn)行管理，并在監(jiān)控臺和樓層控制器（或住戶控制器）之間進(jìn)行中繼通信，以交換二者信息，在網(wǎng)絡(luò)中，各住戶樓控制器的編號也是唯一的，為確保系統(tǒng)能安全可靠地工作，各住戶樓必須配備有備用住戶樓主控制器，主控臺位于小區(qū)保安值班室，至少應(yīng)配備兩臺計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理，同時(shí)實(shí)時(shí)接收各類信息，以對整個(gè)小區(qū)的情況進(jìn)行監(jiān)視處理。

系統(tǒng)中各設(shè)備之間的無線通信均通過ROK 101 007/1來實(shí)現(xiàn)，故各設(shè)備都必須安裝ROK 101 007/1模塊。

系統(tǒng)藍(lán)牙電路設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面：硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和各種相應(yīng)設(shè)備改造或設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)主要包括各種應(yīng)用程序的開發(fā)，這里主要討論系統(tǒng)藍(lán)牙電路的設(shè)計(jì)，即與藍(lán)牙模塊ROK 101 007/1有關(guān)的電路工作機(jī)理。

◇ 監(jiān)控點(diǎn)終端的設(shè)計(jì)

監(jiān)控點(diǎn)終端設(shè)備的主要功能是接收前端傳感器所探測的監(jiān)控對象的有關(guān)信息，以及住戶的呼叫信息，并通過藍(lán)牙模塊與樓層控制器（住戶控制器）進(jìn)行信息交換，其硬件結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，核心部件是AT89C51型單片機(jī)和藍(lán)牙模塊ROK 101 007/1，二者之間是通過串口寫入HCI指令來實(shí)現(xiàn)交互通信；其外圍電路主要有語音編解碼電路、顯示電路、報(bào)警電路和呼叫按鈕電路等，其中語音編解碼電路是對住戶語音信號進(jìn)行編碼或接收的話音編碼信號進(jìn)行解碼，從而實(shí)現(xiàn)住戶與主控臺值班保安的實(shí)時(shí)對話；顯示電路用于顯示住戶報(bào)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進(jìn)行一般呼叫操作。

監(jiān)控點(diǎn)終端設(shè)備對應(yīng)的應(yīng)用程序需要在AT89C51單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)，編程語言主要基于匯編進(jìn)行，其實(shí)現(xiàn)的功能是對外圍電路所輸入的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行打包處理，以將其轉(zhuǎn)換為藍(lán)牙模塊可接受的HCI-RS232信息格式，最后通過RS232與藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)信息交換，同時(shí)控制藍(lán)牙模塊與樓層控制器的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送，在設(shè)計(jì)該程序時(shí)，首先要完成藍(lán)牙模塊的初始化設(shè)置工作。圖4所示是該監(jiān)控點(diǎn)終端設(shè)備的應(yīng)用程序流程圖。

◇ 樓層控制器設(shè)計(jì)

樓層控制器（住戶控制器）的主要功能是通過藍(lán)牙模塊，以無線方式接收監(jiān)控點(diǎn)終端設(shè)備傳輸?shù)纳闲袛?shù)據(jù)信息，并以有線方式傳輸給住戶樓主控制器，同時(shí)以有線方式接收住戶樓主控制器所傳輸?shù)南滦袛?shù)據(jù)信息，并再通過無線方式轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)控點(diǎn)終端設(shè)備。樓層控制器（住戶控制器）的基本組成部分是AT89C51單片機(jī)和藍(lán)牙模塊ROK 101 007/1，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。

樓層控制器應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)的功能是與住戶樓主控制器和監(jiān)控點(diǎn)終端設(shè)備的通信，并對信息進(jìn)行識別轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)要接收住戶樓主控制器命令，對自身參數(shù)和監(jiān)控點(diǎn)終端設(shè)備參數(shù)進(jìn)行修改，此外，還要完成自身藍(lán)牙模塊的初始化和設(shè)置工作。應(yīng)用軟件需在 AT89C51單片機(jī)上進(jìn)行開發(fā)，編程語言主要基于匯編，其程序流程圖如圖6所示。

結(jié)束語

基于藍(lán)牙模塊ROK 101 007/1的小區(qū)安全監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中，可在現(xiàn)有有線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，充分考慮藍(lán)牙技術(shù)的優(yōu)勢，該系統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)部分較為固定，但無線網(wǎng)絡(luò)部分組網(wǎng)靈活簡便，且各組成部件便于模塊化設(shè)計(jì)，并能重復(fù)和移動使用，因此，各住戶可根據(jù)自身安全情況和財(cái)力狀況，靈活選擇合乎自身安全級別的設(shè)備，由此可見該系統(tǒng)在各居民小區(qū)，特別是各種高檔小區(qū)具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)的飛速發(fā)展和不斷完善，該系統(tǒng)必將得到廣泛的應(yīng)用。