藍牙技術使用

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當今信息化的一個重要方面就是因特網(Internet)和移動通信(mobilecommunication)的迅猛發展。它使得人們的生活方式、工作方式以及思維方式都發生了巨大的變化，同時也刺激人們對電腦以外的各種數據源和網絡服務的需求日益增長。智能家庭網絡的出現和發展給信息社會注入了新的生機和活力，而藍牙(Bluetooth)技術的日趨成熟無疑給這個新的浪潮起到了推波助瀾的作用。

一、藍牙網絡的前景

家庭網絡是指在家庭和社會的信息網絡相連之前，將家庭內部所有的信息設備連接起來而形成的網絡。顯然，連接家庭網絡最理想的技術是無線通信技術，它用微波取代了傳統網絡中錯綜復雜的電纜。目前，關于該技術有不少產品和標準，如Butterfly,Diamond,Proxim,Shavewave等公司的產品，其中最具有代表性的是Bluetooth和HomeRF兩種技術。Bluetooth的優勢在于全球標準的統一，具有互操作性，以及能非常方便地實現快速、靈活、安全、低成本、低功耗的數據和語音通信，因此Bluetooth技術在家庭無線網絡系統中的發展潛力巨大。系統設計藍牙的載波選用在全球公用的2.4GHz工科醫學（ISM）頻帶，并采用跳頻擴譜技術（FHSS）。跳頻速率為1600次/s，以2.45GHz為中心頻率最多可得到79個1MHz帶寬的信道。藍牙設備采用的是GFSK調制技術，其傳輸速率為1Mb/s，實際有效速率最高可達721Kb/s，傳輸距離為10m。語音傳輸采用連續可變斜率調制編碼（CVSD）技術，通信協議則采用時分多址（TDMA）協議。遵循Bluetooth協議的各類數據和語音設備都能夠以無線方式接入到公共網絡系統中（如Internet,Intranet）序的干擾。

二、藍牙技術

藍牙技術是一種無線數據與語音通信的開放性全球規范，它以低成本的近距離無線連接為基礎，為固定與移動設備通信環境建立一個特別連接。其程序寫在一個9x9mm的微芯片中。例如，如果把藍牙技術引入到移動電話和膝上型電腦中，就可以去掉移動電話與膝上型電腦之間的令人討厭的連接電纜而而通過無線使其建立通信。打印機、PDA、桌上型電腦、傳真機、鍵盤、游戲操縱桿以及所有其它的數字設備都可以成為藍牙系統的一部分。除此之外，藍牙無線技術還為已存在的數字網絡和外設提供通用接口以組建一個遠離固定網絡的個人特別連接設備群。藍牙工作在全球通用的2.4GHzISM(即工業、科學、醫學）頻段。藍牙的數據速率為1Mb/s。時分雙工傳輸方案被用來實現全雙工傳輸。ISM頻帶是對所有無線電系統都開放的頻帶，因此使用其中的某個頻段都會遇到不可預測的干擾源。例如某些家電、無繩電話、汽車房開門器、微波爐等等，都可能是干擾。為此，藍牙特別設計了快速確認和跳頻方案以確保鏈路穩定。跳頻技術是把頻帶分成若干個跳頻信道（hopchannel），在一次連接中，無線電收發器按一定的碼序列（即一定的規律，技術上叫做"偽隨機碼"，就是"假"的隨機碼）不斷地從一個信道"跳"到另一個信道，只有收發雙方是按這個規律進行通信的，而其他的干擾不可能按同樣的規律進行干擾；跳頻的瞬時帶寬是很窄的，但通過擴展頻譜技術使這個窄帶寬成百倍地擴展成寬頻帶，使干擾可能的影響變成很小。與其它工作在相同頻段的系統相比，藍牙跳頻更快，數據包更短，這使藍牙比其它系統都更穩定。FEC（ForwardErrorCorrection，前向糾錯）的使用抑制了長距離鏈路的隨機噪音。應用了二進制調頻（FM）技術的跳頻收發器被用來抑制干擾和防止衰落。藍牙基帶協議是電路交換與分組交換的結合。在被保留的時隙中可以傳輸同步數據包，每個數據包以不同的頻率發送。一個數據包名義上占用一個時隙，但實際上可以被擴展到占用5個時隙。藍牙可以支持異步數據信道、多達3個的同時進行的同步話音信道，還可以用一個信道同時傳送異步數據和同步話音。每個話音信道支持64kb/s同步話音鏈路。異步信道可以支持一端最大速率為721kb/s而另一端速率為57.6kb/s的不對稱連接，也可以支持43.2kb/s的對稱連接。

三、藍牙網絡系統組成

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所示。

四、藍牙網絡硬件要求

以雙機組建無線局域網為例，只需要兩臺PC（廢話，只有一臺PC神仙也建不成局域網），和兩只藍牙收發器（dongle）即可。藍牙dongle的安裝，在前面seabreeze的文章里已經詳細寫過了，這里不再贅述。只是再說一下PC的藍牙收發器的種類。從形態上分，市場上的藍牙接口有兩種，一種是USB接口的，像個U盤一樣的dongle。多數都是這樣的。還有一種是接主板USB插針的主板擴展模塊。這個比上面那個便宜許多，但最大的缺點是不能隨身攜帶。家庭使用，如果想節約投入，可兩者兼顧。從功率上分（其實是傳輸距離），Dongle目前主要有兩類，Class1和Class2。Class1是100米的（直線距離300米），Class2是10米的（直線距離30米）。但，如果中間隔著墻，這個距離會大幅度下降。我用一個10米一個100米的試過，總距離是13米。中間穿三堵墻基本上就信號非常弱了。用兩個100米的，穿三堵墻則沒問題。兩堵墻都沒問題。

五、藍牙網絡原理

藍牙技術支持點對點和點對多點連接。幾個piconet可以被連接在一起，靠跳頻順序識別每個piconet。同一piconet所有用戶都與這個跳頻順序同步。其拓撲結構可以被描述為"多piconet"結構。在一個"多piconet"結構中，在帶有10個全負載的獨立的piconet的情況下，全雙工數據速率超過6Mb/s。

話音話音信道采用連續可變斜率增量調制（CVSD）話音編碼方案，并且從不重發話音數據包。CVSD編碼擅長處理丟失和被損壞的語音采樣，即使比特錯誤率達到4%，CVSD編碼的語音還是可聽的。無線藍牙空中接口是建立在天線電平為0dBm的基礎上的。空中接口遵循FCC(美國聯邦通信委員會）有關電平為0dBm的ISM頻段的標準。如果全球電平達到100mW以上，可以使用擴展頻譜功能來增加一些補充業務。頻譜擴展功能是通過起始頻率為2.402，終止頻率為2.480，間隔為1MHz的79個跳頻頻點來實現的。出于某些本地規定的考慮，日本、法國和西班牙都縮減了帶寬。最大的跳頻速率為1660跳/秒。理想的連接范圍為10厘米--10米，但是通過增大發送電平可以將距離延長至100米?；鶐Р糠置枋隽擞布?-基帶鏈路控制器的數字信號處理規范?；鶐ф溌房刂破髫撠熖幚砘鶐f議和其它一些低層常規協議。建立網絡連接在piconet內的連接被建立之前，所有的設備都處于standby（待令）狀態。在這種模式下，未連接單元每隔1.28秒周期性地"監聽"信息。每當一個設備被激活，它就監聽規劃給該單元的32個跳頻頻點。跳頻頻點的數目因地理區域的不同而異，32這個數字只適用于除日本、法國和西班牙之外的大多數國家。作為master的設備首先初始化連接程序，如果地址已知，則通過尋呼（page）消息建立連接，如果地址未知，則通過一個后接page消息的inquiry（查詢）消息建立連接。在最初的尋呼狀態，master單元將在分配給被尋呼單元的16個跳頻頻點上發送一串16個相同的page消息。如果沒有應答，master則按照激活次序在剩余16個頻點上繼續尋呼。Slave收到從master發來的消息的最大延遲時間為激活周期的2倍（2.56秒），平均延遲時間是激活周期的一半（0.6秒）。Inquiry消息主要用來尋找藍牙設備，如共享打印機、傳真機和其它一些地址未知的類似設備。Inquiry消息和page消息很相象，但是inquiry消息需要一個額外的數據串周期來收集所有的響應。

如果piconet中已經處于連接的設備在較長一段時間內沒有數據傳輸，藍牙還支持節能工作模式。master可以把slave置為hold(保持)模式，在這種模式下，只有一個內部計數器在工作。slave也可以主動要求被置為hold模式。一旦處于hold模式的單元被激活，則數據傳遞也立即重新開始。Hold模式一般被用于連接好幾個piconet的情況下或者耗能低的設備，如溫度傳感器。除hold模式外，藍牙還支持另外兩種節能工作模式：sniff(呼吸)模式和park(暫停)模式。在sniff模式下，slave降低了從piconet"收聽"消息的速率，"呼吸"間隔可以依應用要求做適當調整。在park模式下，設備依然與piconet同步但沒有數據傳送。工作在park模式下的設備放棄了MAC地址，偶爾收聽master的消息并恢復同步、檢查廣播消息。如果我們把這幾種工作模式按照節能效率以升序排一下隊，那么依次是：呼吸模式、保持模式和暫停模式。

六、藍牙網絡家庭中的應用

在數字家庭系統中，除了網絡視頻、新潮電子和視聽享受之外，家庭自動化與安防設備也扮演著重要的角色。所謂家庭自動化，是指利用電子技術來集成或控制家中的電子電器產品或系統(例如照明燈、咖啡爐、電腦設備、保安系統、暖氣及冷氣系統、視訊及音響系統等)。其功能實現主要通過一個中央管理平臺接收來自傳感器(能夠感應外界環境的變化，如日升日落所造成的光線變化等)的信息，再以既定的程序控制其它電子電器產品。除了能夠通過各種界面(鍵盤、觸摸屏、按鈕、電腦、電話、遙控器等)來控制家中的電器產品外，房屋主人還可發送控制信號給中央處理設備并同時接受來自中央處理設備的信息。

家庭安防設備已經搭上了數字化的列車。現代傳感技術、數字信息處理技術、數字通信技術、計算機技術、多媒體技術和網絡技術是其中的推動因素。而最新的安防設備也已經演進為能夠實現各種安防信息的采集、處理、傳輸以及顯示的高集成系統。一個完整的安防系統主要包含門禁、報警和監控三大部分，網絡監控是其中的主要設備。全球加大打擊恐怖組織活動、煤礦瓦斯爆炸和其他突發公共安全事故的抬頭都對網絡監控設備提出了越來越高的要求。此外，客戶服務現場、客戶行為分析等應用也在推動網絡監控設備的發展。在這些需求的推動下，網絡監控設備也經歷了全模擬、部分數字化兩個發展階段，正在大踏步邁入全面數字化的發展新階段。

參考文獻：

[1]于永權.單片機應用系統的功率接口技術.北京航空航天大學出版社，2002

[2]孫育才.MCS—51系列單片微型計算機及其應用.東南大學出版社，2002

[3]陳偉人.MCS-51系列單片機實用子程序集錦.清華大學出版社，2002

[4]李華.單片機實用接口技術.北京航空航天大學出版社，2002

[5]陳汝全.實用微機與單片機控制技術.電子出版社，2002

[6]高鋒.單片微機應用系統設計及應用技術.機械工業出版社，2004

[7]竇振中.單片機外圍器件實用手冊.北京航空航天大學出版社，2002

[8]李朝青.單片機原理及接口技術.北京航空航天大學出版社，2002

[9]張洪潤，易濤.單片機應用技術教程.清華大學出版社，2003

[10]余錫存，曹國華.單片機原理及接口技術.西安電子科技大學出版社，2002

[11]Bouerlun.BluetoothTechnique.Albionpublisher，2003