基于藍(lán)牙技術(shù)的智能家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
摘要: 構(gòu)建了基于藍(lán)牙技術(shù)的智能家庭網(wǎng)絡(luò);介紹了藍(lán)牙模塊和內(nèi)部協(xié)議構(gòu)架,設(shè)計了藍(lán)牙模塊的通信接口電路。
關(guān)鍵詞: 智能家庭網(wǎng)絡(luò);藍(lán)牙技術(shù);藍(lán)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(nèi)部通過一定的傳輸介質(zhì)(如電力線、雙絞線、同軸電纜、無線電、紅外等)將各種電氣設(shè)備和電氣子系統(tǒng)連接起來,采用統(tǒng)一的通信協(xié)議,對內(nèi)實現(xiàn)資源共享,對外能通過網(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)。控制網(wǎng)主要實現(xiàn)設(shè)備的自動控制、監(jiān)測、自動撥號報警、能源管理(如電、天然氣)等;信息網(wǎng)主要實現(xiàn)場景監(jiān)測、視頻點播和視頻會議等。智能家庭網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)中,家庭網(wǎng)關(guān)擔(dān)當(dāng)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(zhuǎn)換和信息共享,以及同外部通信網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交換功能,另一方面負(fù)責(zé)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(wǎng)關(guān)與外部網(wǎng)絡(luò)相聯(lián),從而實現(xiàn)信息的交互和共享。
構(gòu)造智能家庭網(wǎng)絡(luò)首先要涉及到網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。由于實現(xiàn)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(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接兩部分。家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部設(shè)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(tài)網(wǎng)等。有線技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾氏鄬碚f較高,可靠性強,但靈活性差,布線復(fù)雜,它主要適合固定的家電設(shè)備。無線方案主要包括IEEE802.11、HomeRF、藍(lán)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,因此可以說無線技術(shù)是一種非常理想的家庭內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。對于家庭用戶來說,采用無線通信技術(shù)可以免去在家庭內(nèi)部布線的煩惱,新增的家電設(shè)備也可以很方便加入家庭網(wǎng)絡(luò)之中,從而解決移動設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)問題。在這些家庭無線聯(lián)網(wǎng)方案中,藍(lán)牙技術(shù)更加適合家庭內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。在家庭局域網(wǎng)中使用藍(lán)牙技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
*藍(lán)牙適用于在短距離(大約10m)范圍內(nèi)替代電纜,如果增大發(fā)射功率,它的傳輸距離可達(dá)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(lán)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(shù)據(jù)傳輸,完全可以滿足;
*藍(lán)牙的抗干擾能力強,它的快速跳頻使系統(tǒng)更加穩(wěn)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(lán)牙家電可以互不干擾地正常工作;
*藍(lán)牙系統(tǒng)具有連接的普遍性、標(biāo)準(zhǔn)的開放性以及很強的擴(kuò)展性,可以滿足家庭網(wǎng)絡(luò)中更多的需要;
*藍(lán)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;
*中國無線電管理委員會已對藍(lán)牙技術(shù)開放了相應(yīng)的頻段,為大面積的推廣應(yīng)用提供了前提和條件。
系統(tǒng)組成
家庭網(wǎng)絡(luò)是一種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是一個動態(tài)的網(wǎng)絡(luò),對于設(shè)備的加入和移走,系統(tǒng)應(yīng)該能夠自動地完成檢測并自動重設(shè)系統(tǒng)。另外,家庭中設(shè)備擺放的位置可能會發(fā)生變化,這對于需要綜合布線的系統(tǒng)來說將會遇到很大的困難,但如果有藍(lán)牙技術(shù)支持,在通信有效范圍內(nèi)的位置移動就不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。
家庭網(wǎng)關(guān)是家庭網(wǎng)絡(luò)的核心,是整個家居設(shè)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(lán)牙模塊設(shè)計。采用了藍(lán)牙主機(jī)—主機(jī)控制器模式。因此,該家庭網(wǎng)關(guān)的硬件組成包括:藍(lán)牙通信模塊、振鈴檢測電路、自動摘掛機(jī)電路、鍵盤、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,它是整個家庭網(wǎng)絡(luò)藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計的核心部分,要完成信息無線網(wǎng)絡(luò)中各種不同通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換和信息共享,以及同外部Internet之間的數(shù)據(jù)交換功能,同時還負(fù)責(zé)家庭網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的管理和控制。
藍(lán)牙技術(shù)在家庭無線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用
本系統(tǒng)的構(gòu)成在硬件上分為兩個部分:藍(lán)牙基帶和射頻部分采用愛立信公司的藍(lán)牙模塊ROK101007;嵌入式控制器采用TI公司的TMS320VC54X系列的DSP數(shù)字信號處理器。
藍(lán)牙模塊ROK101007
ROK101007是根據(jù)藍(lán)牙規(guī)范1.0版而設(shè)計的短距離藍(lán)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(shù)據(jù)的傳輸,其主要功能參數(shù)有:Bluetooth 1.0B預(yù)認(rèn)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(shù)據(jù)傳輸速率;提供UART、USB、PCM、I2C等多種HCI接口;提供內(nèi)部晶振;內(nèi)部預(yù)制HCI框架;點到點、點到多點操作;嵌入式屏蔽保護(hù)。其內(nèi)含的藍(lán)牙協(xié)議構(gòu)架如圖2所示。
圖2 ROK 101007內(nèi)部協(xié)議架夠
藍(lán)牙模塊通信接口電路
藍(lán)牙模塊ROK101007內(nèi)部提供了一個最重要的主機(jī)控制器接口(HCI),該接口通過UART實現(xiàn)主控制器和主機(jī)之間在傳輸層上的數(shù)據(jù)通信。在圖(1)所示的系統(tǒng)中,藍(lán)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(jié)語
隨著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)中一個研究熱點。基于藍(lán)牙技術(shù)的智能家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),是適合中國國情的智能家居系統(tǒng)。其中藍(lán)牙通信技術(shù)的應(yīng)用,使數(shù)據(jù)采集和家庭安防監(jiān)控靈活方便,擺脫了布線系統(tǒng)的束縛,藍(lán)牙的跳頻技術(shù)大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。
參考文獻(xiàn):
1. 葉朝輝、楊士元,智能家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研究,計算機(jī)應(yīng)用研究,2001.9
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