蓝牙技术在住宅小区中的应用

摘要:介绍一种通过基于蓝牙技术,实现家庭将电器设备和设备监控系统作为一个客户段加入到小区的管理系统,并且通过Internet或电话或无线网络远程控制各种家用设备,以便于小区的安全管理和个人远程管理,使得人们的生活更加方便、快捷。

关键词:蓝牙技术;无线;管理

中图分类号:TP393文献标识码:B文章编号:1009-3044(2009)32-9085-03

Technology of Bluetooth in the Residential District

XIA Yue-guang

(Progenitor Vocational & Technical College, Huai"an 223400, China)

Abstract: This paper introduces the technology of Bluetooth which helps families add the electric equipment and BAS to the district management system and it will make security administration and personal remote management easier. The technology controls all kinds of family equipment through Internet or remote phone network and it makes it convenient and quicker for people"s life. It helps to make people"s life easier and more convent.

Key words: technology of bluetooth; wireless; management

随着电子信息技术和计算机网络技术的发展,实现家庭信息化、网络化是当今智能家居系统发展的新趋势.住宅智能化是人类住宅的又一场新的革命,它能够为人类提供更加轻松、有序、高效的现代生活方式,是未来居住模式的必然发展趋势。随之而来,智能家居系统也在逐渐成为一个新兴的研究领域。那就是蓝牙技术,蓝牙:bluetooth

蓝牙技术是由蓝牙SIG(Special Interest Group)联合制定的近距离无线通信技术标准,其目的是实现最高数据传输速率1Mb/s(有效数据传输速率是721kb/s)、最大传输距离为10米的无线通信。1998年5月,爱立信、诺基亚、东芝、IBM和英特尔等五家著名厂商在联合开展短程无线通信技术的标准化活动时提出了蓝牙技术(Bluetooth),其宗旨是提供一种短距离、低成本的无线传输应用技术。

蓝牙技术具有以下几个特点:工作于2.4GHz的ISM频段,无需申请频率许可证;采用1600hop/s的快速跳频技术;采用正向纠错编码(FEC)技术;采用FM调制方式,设备简单;支持点到点、点到多点通信;协议体系完备,充分支持现有高层协议;设备体积小,便于携带或移动,成本低廉.基于蓝牙技术的家居智能网络是用近距离的无线通信技术取代线缆,构建智能化的无线家居网络。

蓝牙采用快速跳频和时分多址等无线技术来代替电缆,提供了一种低成本、低功耗的无线接入方法.同时蓝牙简单可靠的实现特性为其系统的发展提供了有力的支撑。蓝牙的应用范围非常广泛,在信息家电、移动电话、嵌入式应用开发等诸多领域得到重视。未来的信息家电将以Internet和家庭网络为基础,以无线连接实现双向传输,是具有智能的3C(计算机、通信、消费)相结合的信息产品。在智能家庭网络中,蓝牙技术应用前景十分广阔。

1 基于蓝牙技术的小区系统组成及原理

蓝牙技术的小区系统是指在家庭内部通过一定的传输介质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,对外通过网关与外部网互连进行信息交换,为用户提供设备监控、网络传输、安全报警和总和信息服务的局域网络,也称为智能家居系统。由于家居环境的固有特点,以及家居设备安装的随机性,传统的有线网络表现出其局限性,使得无线家居网络的研究成为了热点。所以提出了一种基于蓝牙无线通信技术的小区管理设计计解决方案。这样可以将各种家用设备和家用监控系统,如PC、PDA、电视机、空调机、洗衣机、传真机、电脑、煤气泄漏及安防报警系统等,通过快速、安全、可靠的无线链路连接到一个家庭计算机上,再由该计算机将智能家居局域网与互连网和PSTN相连,组成智能家居控制网,控制网络主要实现以下功能:

1)智能安防系统。实现家庭的防火、防盗和防煤气泄漏。通过无线连接,在特定情况下由智能监控系统通过电话网向主人报警或通过Internet向监控中心报警。

2)智能家居布线系统。将家庭内的各种网络信息家电、三表系统、各类开关、电话、传真、电脑、煤气泄漏及安防报警设备等,进行有序的统一规划,以便实现统一管理,使之功能更强大、使用更方便。

2 硬件设计

2.1 模块硬件设计

一般的蓝牙通信模块主要由微处理器、存储器、蓝牙通信模块、通信接口等几部分组成。本文以NIOSⅡ嵌入式处理器等为主要硬件组成部分。

1) NIOSⅡ嵌入式处理器是FPGA生产厂商Altera公司推出的软核CPU,是一种面向用户的、可以灵活定制的通用RISC(精简指令集架构)嵌入式CPU。NIOSⅡ以软核方式提供给用户,并专为Altera的FPGA上实现做了优化,用于SOPC集成,最后在FPGA上实现。为完成设计要求,需要对处理器芯片进行配置。

SOPC设计包括以32位NIOS Ⅱ软核处理器为核心的嵌入式硬件配置、硬件设计、硬件仿真、软件设计和软件调试等。在SOPC Builder中定义了CPU、存储器接口(FLASH和SDRAM)、标准外围接口(蓝牙接口)、三态桥、硬软件程序下载口和定时器。

2) 蓝牙模块:蓝牙模块选用以Bluecore02为内核的蓝牙芯片,型号:BCM-04,此蓝牙芯片体积小,功耗低,提供了多种通信接口,如USB口、UART口、Ic口以及语音接口。本文中采用了蓝牙的UART口实现数据通信,蓝牙模块的串口与CPU的串口1连接。

3) RAM存储器:SDRAM用于存放用户的数据和代码,为了方便以后软件的更改,系统外扩了64K的RAM,为程序运行和保存临时文件提供了更大的空间。本文中存储器选用的是IS62LV2568。

CPU丰富的端口资源也使得设计者可以拿出多的I/O口来接LED程序指示灯,由指示灯的状态显示硬件电路不同部分出现的问题,极大方便了软件的调试。

2.2 通信硬件设计

1)家庭单户蓝牙通信组成系统

蓝牙主设备部分由蓝牙模块、MCU、外部RAM和家庭计算机等组成,如图3所示。以MCU为中心,采用爱立信蓝牙模块ROK101007,通过蓝牙无线电通道与蓝牙从设备相连。图3中所示的紧急开关供主人在室内遇到紧急情况时使用。如果发生火灾、盗窃或煤气泄漏等事件,则由蓝牙模块接收来自蓝牙从设备的数据,由MCU对这些数据经过处理之后,通过无线连接,由智能监控系统通过PSTN(电话交换网)向主人报警或通过Internet向监控中心报警。

蓝牙从设备由蓝牙模块,MCU和内嵌蓝牙模块的传感器网络和被控电器组成。传感器网络由红外线传感器或烟雾传感器和三表传感器构成,该网络对各种火灾、煤气泄漏以及盗窃等灾情信号实现现场采集。

2)小区整套系统设计:

① 住宅单元子系统在每一个住宅单元设置一个家庭布线系统接线箱,作为与户外布线系统连接的界面,对户内外布线系统的变动带来极大的方便。接线箱可安装各种系统接线模块,包括数据和语音通信模块、家庭安防系统模块、可视对讲系统模块等等,根据需要自由组合安装。户内数据通信布线采用5类以上UTP(非屏蔽对绞线),信息插座采用RJ45制式接口。

② 楼层管理间和垂直干线子系统:垂直主干布线采用新型拓扑方法,由设备间主配线架敷设至各楼层管理间的干线电缆构成,系统采用五类以上4对UTP作为系统主干电缆。楼层管理间设置桥式模块板。通过不同跳线实现水平线缆与垂直干线的连接。

③ 设备间子系统:设备间子系统内安置交换式集线器和主配线架,所有主干线缆都端接在主配线架上,通过跳线与交换式集线器连接。

3 系统软件设计

3.1 蓝牙通信软件

蓝牙通信模块的软件设计主要集中在NIOS Ⅱ软核的驱动开发和蓝牙协议的转换上。Altera公司提供了包括硬件抽象层中字符模式器件、定时器件、文件子系统、以太网器件、DMA器件和Flash器件,并为每个器件提供一系列统一的初始化函数和访问函数接口。通过对这些接口的读写,可完成NIOS Ⅱ软核的驱动开发的开发。

测试上位机如果存在故障,转去故障处理程序,否则建立无线通信链路。建立无线通信链路之后,上位机启动巡检程序,查看是否存在报警、操表、控制任务三项操作任务,如果存在,转去执行相对应的报警处理程序、操表处理程序和控制处理程序。

蓝牙设备之间进行数据通信是通过HCI分组来实现,HCI分组有数据分组、命令分组和事件分组。蓝牙数据通信处理一般包括以下6个步骤:蓝牙模块初始化、HCI流量控制设置、查询、建立链接、数据传输和断开链接。这部分程序主要借助爱立信的EBDK开发包,在Windows XP环境下用C语言开发实现。

3.2 小区整体系统管理

在单个的家庭中,通过蓝牙通信系统直接连接到家庭计算机中,家庭的计算机接入小区的局域网,最为小区中的一个终端。这样小区管理中心把若干台微机工作站集成在一个局域网上,其中有一台微机完成对所有终端机的管理和数据交换,如果在每个客户端上安装上远程控制软件。使服务器端直接监控和控制每个家庭电脑的客户端的电脑运行清况,建立一个特殊的远程服务,然后通过这个远程服务,使用各种远程控制功能发送远程控制命令,控制被控端电脑中的各种应用程序运行。如果将小区的局域网接入因特网,我们就可以在外面直接通过因特网软件直接控制家中的电器设备。(可参考图4)

4 结束语

采用本方案设计的小区管理系统网络,基于蓝牙技术的单个家庭的电器设备的联网监控,并作为小区管理系统中的一个终端,便于管理和监控。这种设计摆脱了布线系统的束缚,体高系统的抗干扰能力。并且通过Internet或电话网络远程控制各种家用设备,使得人们的生活更加方便、快捷。实现表明该系统的通用性、可扩充性很好。

参考文献:

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