基于蓝牙技术的智能家庭网络系统

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作者：贵州师范大学机械与电气工程学院刘宇刚时间：2007-11-11来源：电子产品世界收藏

　　摘要：构建了基于蓝牙技术的智能家庭网络;介绍了蓝牙模块和内部协议构架，设计了蓝牙模块的通信接口电路。

　　概述

　　智能家庭网络是指在家庭内部通过一定的传输介质(如电力线、双绞线、同轴电缆、无线电、红外等)将各种电气设备和电气子系统连接起来，采用统一的通信协议，对内实现资源共享，对外能通过网关与外部网(如Ethernet、ISDN、ATM等)互连进行信息交换。智能家庭网络包括低速的控制网和高速的信息网。控制网主要实现设备的自动控制、监测、自动拨号报警、能源管理(如电、天然气)等;信息网主要实现场景监测、视频点播和视频会议等。智能家庭网络的特点就是多元信息处理，包括各类信息的采集、加工、管理、存储、交互等。因此有必要建立一个功能强大的信息处理平台。在智能家庭网络中，家庭网关担当了信息处理平台的角色。它一方面完成家庭网络中各种不同通信协议之间的转换和信息共享，以及同外部通信网络之间的数据交换功能，另一方面负责对家庭中各个信息家电的管理和控制。各个信息家电也可通过家庭网关与外部网络相联，从而实现信息的交互和共享。

　　构造智能家庭网络首先要涉及到网络的互联。由于实现目的和采用的技术不同，家庭网络分为外部网络接入和内部网络连接两部分。家庭网络内部设备的连接有很多种方式，可分为有线和无线两大类。有线方案主要包括电话线连接、电力线连接、以态网等。有线技术数据传输的速率相对来说较高，可靠性强，但灵活性差，布线复杂，它主要适合固定的家电设备。无线方案主要包括IEEE802.11、HomeRF、蓝牙、红外技术等。由于家庭环境不可能像企业环境那样布置大量的电缆连线，因此可以说无线技术是一种非常理想的家庭内部联网技术。对于家庭用户来说，采用无线通信技术可以免去在家庭内部布线的烦恼，新增的家电设备也可以很方便加入家庭网络之中，从而解决移动设备的联网问题。在这些家庭无线联网方案中，蓝牙技术更加适合家庭内部联网技术。在家庭局域网中使用蓝牙技术的优势主要体现在以下几个方面：

　　*蓝牙适用于在短距离(大约10m)范围内替代电缆，如果增大发射功率，它的传输距离可达100m，而家庭中各个家电之间的相隔距离一般不会超过此距离。

　　*蓝牙的传输速率对于家庭网络中各种家电间中等速率的数据传输，完全可以满足;

　　*蓝牙的抗干扰能力强，它的快速跳频使系统更加稳定，它的前向纠错能力可以限制噪声的影响，这样家庭中的各种蓝牙家电可以互不干扰地正常工作;

　　*蓝牙系统具有连接的普遍性、标准的开放性以及很强的扩展性，可以满足家庭网络中更多的需要;

　　*蓝牙芯片的成本相对较低，因而可大大降低网络家电的成本;

　　*中国无线电管理委员会已对蓝牙技术开放了相应的频段，为大面积的推广应用提供了前提和条件。

　　系统组成

　　家庭网络是一种复杂的网络模式，其特征是：终端类型千差万别，完成功能各不相同，接入方式多样。更重要的是家庭网络应该是一个动态的网络，对于设备的加入和移走，系统应该能够自动地完成检测并自动重设系统。另外，家庭中设备摆放的位置可能会发生变化，这对于需要综合布线的系统来说将会遇到很大的困难，但如果有蓝牙技术支持，在通信有效范围内的位置移动就不会影响整个网络的结构。

　　家庭网关是家庭网络的核心，是整个家居设备控制和家庭信息控制的核心。智能家居中的家庭网关是基于蓝牙模块设计。采用了蓝牙主机—主机控制器模式。因此，该家庭网关的硬件组成包括：蓝牙通信模块、振铃检测电路、自动摘挂机电路、键盘、显示接口电路、外部存储器模块等。家庭网关总体组成如图1所示。

图1 智能家庭网络

　　其中主控制器(DSP)采用TI的TMS320VC5402DSP，它是整个家庭网络蓝牙网关硬件设计的核心部分，要完成信息无线网络中各种不同通信协议之间的转换和信息共享，以及同外部Internet之间的数据交换功能，同时还负责家庭网络中设备的管理和控制。

　　蓝牙技术在家庭无线网络中的应用

　　本系统的构成在硬件上分为两个部分：蓝牙基带和射频部分采用爱立信公司的蓝牙模块ROK101007;嵌入式控制器采用TI公司的TMS320VC54X系列的DSP数字信号处理器。

　　蓝牙模块ROK101007

　　ROK101007是根据蓝牙规范1.0版而设计的短距离蓝牙通信模块，它包括三个主要部分：基带控制芯片、Flash存储器和Radio芯片。它工作在2.4GHz~2.5GHz的ISM频段，支持声音和数据的传输，其主要功能参数有：Bluetooth 1.0B预认证;2级RF射频功率输出;提供FCC和ETSI纠错处理;最大460KB/s UART数据传输速率;提供UART、USB、PCM、I2C等多种HCI接口;提供内部晶振;内部预制HCI框架;点到点、点到多点操作;嵌入式屏蔽保护。其内含的蓝牙协议构架如图2所示。

图2 ROK 101007内部协议架够

　　蓝牙模块通信接口电路

　　蓝牙模块ROK101007内部提供了一个最重要的主机控制器接口(HCI)，该接口通过UART实现主控制器和主机之间在传输层上的数据通信。在图(1)所示的系统中，蓝牙模块和DSP的接口采用HCI-UART接口，其中的RS232接口芯片选用MAXIM公司MAX3232E，这部分的硬件连接如图3所示。