桂林師范高等?？茖W(xué)校物理與信息技術(shù)系 羊日飛 溫守轟

1.引言

在如今的信息化數(shù)字化時代，人們對于文本、數(shù)據(jù)、圖像、視頻等數(shù)字化信息的展示需求越來越大，各種顯示系統(tǒng)在軍事、教育、商務(wù)、娛樂等各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。其中投影顯示系統(tǒng)相比液晶、等離子等顯示系統(tǒng)在需要大屏幕顯示時更具優(yōu)勢。

從上世紀(jì)80年代以來，投影顯示技術(shù)飛速發(fā)展，其間誕生了兩種主流的投影顯示技術(shù)：LCD(Liquid Crystal Display)投影技術(shù)和DLP(Digital Lighting Process)投影技術(shù)。DLP也稱數(shù)字光處理，是一種基于美國德州儀器公司開發(fā)的DMD(Digital Micromirror Device)數(shù)字微反射鏡器件的反射式投影技術(shù)。相比LCD投影技術(shù)，作為“后起之秀”的DLP投影技術(shù)具有圖像清晰度高、視覺效果好，響應(yīng)速度快，光利用率高等特點。DLP投影技術(shù)具有結(jié)構(gòu)相當(dāng)緊湊的光學(xué)系統(tǒng)，因此“便攜移動”是DLP投影顯示系統(tǒng)的一大優(yōu)勢，也是DLP投影系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。本文研究將藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用于DLP投影系統(tǒng)，設(shè)計開發(fā)了一套以藍(lán)牙手機(jī)作為控制器的無線DLP投影系統(tǒng)，進(jìn)一步提高了DLP投影系統(tǒng)使用的靈活性。

2.系統(tǒng)總體方案

2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，由兩大部分組成：藍(lán)牙手機(jī)無線控制器和DLP投影機(jī)。在具有藍(lán)牙功能的手機(jī)底層藍(lán)牙軟硬件的基礎(chǔ)上利用Java平臺開發(fā)了一套客戶端控制器程序，用于搜索、連接和控制DLP投影機(jī)。DLP投影機(jī)內(nèi)部包含藍(lán)牙模塊，該藍(lán)牙模塊主要由藍(lán)牙芯片和運(yùn)行在芯片中的服務(wù)端程序構(gòu)成。手機(jī)上的客戶端程序與DLP投影機(jī)的服務(wù)器端程序通過建立藍(lán)牙SPP服務(wù)進(jìn)行通信，傳輸控制信號，DLP投影機(jī)中的藍(lán)牙模塊再將控制信號傳輸給DLP主控芯片DDP2000。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2.2 系統(tǒng)硬件架構(gòu)

本系統(tǒng)DLP投影機(jī)部分硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，選用TI公司的DDP2000作為主控制器和視頻圖像處理器，并且通過它的輸入輸出接口與其它外圍芯片相連接。模擬視頻RGB信號經(jīng)VGA接口輸入，通過ADC芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字視頻信號送DDP2000處理。ADC芯片的另一路輸入來源于ESS公司的ES6425多媒體解碼芯片，ES6425有SD卡和USB接口，能夠直接讀取這些存儲介質(zhì)中的視頻或圖像文件進(jìn)行解碼，輸出視頻信號。DDP2000將處理后的數(shù)字視頻信號送到DMD數(shù)字微反射鏡器件，通過DMD器件上200萬個微反射鏡的轉(zhuǎn)動反射投影出影像。DDP2000配置有用于存儲程序的Flash存儲器和用于緩存視頻圖像的RDRAM數(shù)據(jù)存儲器。DAD1000是DMD的電源/復(fù)位芯片，PMD1000是電源/電機(jī)驅(qū)動芯片用于驅(qū)動控制風(fēng)扇和色輪。藍(lán)牙模塊選用英國CSR公司開發(fā)的BlueCore3藍(lán)牙芯片，由BlueCore3發(fā)出的控制信號分別用于控制ES6425和DDP2000。

圖2 DLP投影機(jī)硬件結(jié)構(gòu)圖

3.藍(lán)牙模塊設(shè)計

藍(lán)牙模塊在本系統(tǒng)中被設(shè)計為DLP投影機(jī)內(nèi)部與外界聯(lián)系的通道。它將無線藍(lán)牙通訊中接收到的控制命令轉(zhuǎn)換為控制DDP2000和ES6425的信號，從而實現(xiàn)無線藍(lán)牙控制的功能。

3.1 藍(lán)牙芯片選型

模塊選用英國CSR公司開發(fā)的藍(lán)牙芯片——BlueCore3-Multimedia。該芯片是藍(lán)牙2.4GHz系統(tǒng)數(shù)據(jù)和語音傳輸?shù)纳漕l和基帶芯片，它提供了單芯片的藍(lán)牙模塊解決方案，且具有如下特性：

●藍(lán)牙v1.2規(guī)格的完全兼容；

●全速藍(lán)牙操作，完整藍(lán)牙微微網(wǎng)支持；

●集成Kalimba DSP開放平臺協(xié)處理器；

●最小的外圍部件；

●內(nèi)置16位立體聲音頻CODEC；

●提供包括UART、USB、SPI等各種外圍接口。

圖3 BlueCore3芯片功能框圖

3.2 藍(lán)牙模塊的軟件設(shè)計

藍(lán)牙模塊的軟件設(shè)計在CSR公司提供的開發(fā)環(huán)境BlueLab中進(jìn)行，并利用了BlueLab提供的開發(fā)庫。BlueLab開發(fā)庫位于用戶應(yīng)用程序與芯片固件(fireware)之間，其中包括了基礎(chǔ)(Foundation)庫、支持(Support)庫、應(yīng)用剖面(profile)庫和連接庫(connection library)。

軟件程序的功能是基于藍(lán)牙SPP應(yīng)用剖面實現(xiàn)的。SPP也稱串口應(yīng)用規(guī)范，它規(guī)定了藍(lán)牙串口應(yīng)用模型中用到的協(xié)議和過程。而藍(lán)牙串口應(yīng)用模型是指兩個對等設(shè)備間使用RFCOMM電纜替代協(xié)議建立一個仿真串口連接，在連接的過程中一個設(shè)備作為客戶端，另一個設(shè)備作為服務(wù)器端，服務(wù)器端等待客戶端發(fā)起連接請求。本設(shè)計中DLP投影機(jī)的藍(lán)牙模塊作為服務(wù)器端，手機(jī)作為客戶端。

程序設(shè)計時主要使用BlueLab應(yīng)用剖面庫中的SPP庫。從邏輯關(guān)系上看，用戶程序位于SPP庫的上層，其向下調(diào)用SPP庫中的庫函數(shù)，而SPP庫則向上給用戶程序發(fā)送消息。因此，程序設(shè)計時采用了以事件消息處理為中心的構(gòu)架。其主函數(shù)main()的流程如圖4所示。

圖4 主函數(shù)流程圖

主函數(shù)首先初始化芯片的PIO口，然后裝載芯片內(nèi)部DSP協(xié)處理器的代碼啟動DSP，之后注冊主消息處理函數(shù)，設(shè)置SPP連接狀態(tài)，初始化連接管理器，最后調(diào)用MessageLoop()函數(shù)啟動消息調(diào)度循環(huán)。主函數(shù)執(zhí)行完后程序進(jìn)入以消息事件為驅(qū)動的工作模式，由剛才注冊的主消息處理函數(shù)處理消息事件。

4.藍(lán)牙手機(jī)無線控制器設(shè)計

藍(lán)牙手機(jī)作為DLP投影系統(tǒng)的無線控制器，要實現(xiàn)搜索附近的DLP投影機(jī)、顯示當(dāng)前可連接的DLP投影機(jī)列表、連接指定的DLP投影機(jī)、向DLP投影機(jī)發(fā)送各種控制命令等功能，為此需要設(shè)計實現(xiàn)一個運(yùn)行在藍(lán)牙手機(jī)上的客戶端控制器程序。選擇JavaTMME作為開發(fā)平臺可以使我們設(shè)計的控制器程序能夠在各個廠商、各種型號的藍(lán)牙手機(jī)上運(yùn)行。JavaTMME開發(fā)平臺的體系結(jié)構(gòu)如圖5所示：最底層的是手機(jī)操作系統(tǒng)，比如Symbian S60，其上是Java虛擬機(jī)和CLDC 1.1配置，配置是對設(shè)備“縱向”的分類，CLDC對應(yīng)低端設(shè)備，再上層是MIDP 2.0移動信息設(shè)備簡表，它包含了支持移動信息設(shè)備各種應(yīng)用功能的API，最上層是JSR-82藍(lán)牙可選開發(fā)包?？刂破鞒绦蚪⒃谡麄€開發(fā)平臺的基礎(chǔ)上。

圖5 JavaTM ME平臺體系結(jié)構(gòu)

控制器程序的結(jié)構(gòu)由一個主類和其它幾個相關(guān)的類組成，主類繼承自MIDlet類，其中實現(xiàn)了程序生命周期的三個方法，主類中還定義了一個命令監(jiān)聽器，用于整個程序的命令處理和界面切換。另外有兩個類用于無線藍(lán)牙通信，其中一個用于設(shè)備搜索；另一個用于設(shè)備連接及數(shù)據(jù)通信。其余的類用于實現(xiàn)一些界面元素，如標(biāo)簽、按鈕、表格、表格元素等。

負(fù)責(zé)設(shè)備搜索的類名為RemoteDeviceDiscovery，當(dāng)在控制器程序界面按下“Search”命令后，程序創(chuàng)建該類的對象，執(zhí)行該類的構(gòu)造函數(shù)，構(gòu)造函數(shù)主要由啟動設(shè)備搜索的代碼組成，該部分代碼調(diào)用JSR-82提供的API函數(shù)實現(xiàn)其功能，例如調(diào)用getLocalDevice()方法獲得本地藍(lán)牙設(shè)備，調(diào)用getDiscoveryAgent()方法取得搜索代理，調(diào)用startInquiry()方法啟動設(shè)備搜索。搜索到藍(lán)牙設(shè)備后接下來搜索該藍(lán)牙設(shè)備提供的服務(wù)，在調(diào)用searchServices()方法時，提供給參數(shù)searchUuidSet的值為“0x1101”，指明搜索的服務(wù)類型為仿真串口服務(wù)。服務(wù)器返回的服務(wù)記錄為URL地址字符串：

“btspp://00025B00A5A5:1;authenticate=false;encrypt=false;master=false”

其中“btspp”為JavaTMME通用連接框架(GCF)定義的連接協(xié)議，具體指藍(lán)牙SPP連接；“00025B00A5A5”是DLP投影機(jī)設(shè)備的藍(lán)牙地址，“1”是RFCOMM服務(wù)通道號，authenticate、encrypt、master是三個連接可選參數(shù)，其值分別表示無需認(rèn)證、不需要加密以及從設(shè)備。程序根據(jù)服務(wù)器返回的URL地址進(jìn)行連接，負(fù)責(zé)連接和數(shù)據(jù)通信的類名為SppConnect，當(dāng)用戶在控制器程序界面按下“Connect”命令后，程序創(chuàng)建該類的對象，調(diào)用構(gòu)造方法，該方法中調(diào)用通用連接框架的Connector.open()方法打開藍(lán)牙連接。該方法返回StreamConnection接口對象，StreamConnection接口對象用于實現(xiàn)雙向通信。之后調(diào)用openInputStream()方法打開輸入數(shù)據(jù)流，調(diào)用openOutputStream()方法打開輸出流，輸出流打開后，只要調(diào)用輸出流的write()方法就可以向DLP投影機(jī)藍(lán)牙模塊發(fā)送命令字符串，從而實現(xiàn)對投影機(jī)的無線控制。

5.結(jié)束語

本文介紹了基于藍(lán)牙技術(shù)的DLP投影系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)過程，包括系統(tǒng)總體設(shè)計、投影機(jī)硬件設(shè)計、藍(lán)牙模塊設(shè)計以及藍(lán)牙手機(jī)無線控制器設(shè)計。本系統(tǒng)基于藍(lán)牙技術(shù)使藍(lán)牙手機(jī)成為控制器，實現(xiàn)對DLP投影機(jī)的無線控制。藍(lán)牙手機(jī)控制器克服了傳統(tǒng)紅外遙控器作用距離短、需要正對接收端、容易受到阻礙的缺點，充分發(fā)揮了DLP投影機(jī)小巧輕便，移動靈活的特點，拓展了DLP投影系統(tǒng)的應(yīng)用場合。

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