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基于蓝牙技术的智能家庭网络系统

发布时间:2020-07-01 00:01:44 阅读: 来源:冲压模厂家

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。

关键词: 智能家庭网络;蓝牙技术;蓝牙模块;家庭网关

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。

图3 ROK 101007 UART通信接口电路

结语

随着Internet的快速发展,智能家庭网络研究已经成为信息产业中一个研究热点。基于蓝牙技术的智能家庭网络系统,是适合中国国情的智能家居系统。其中蓝牙通信技术的应用,使数据采集和家庭安防监控灵活方便,摆脱了布线系统的束缚,蓝牙的跳频技术大大提高了系统的抗干扰能力。

参考文献:

1. 叶朝辉、杨士元,智能家庭网络系统的研究,计算机应用研究,2001.9

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