陳楠　王琦

摘要：藍(lán)牙技術(shù)是一種短程無(wú)線數(shù)據(jù)與語(yǔ)音通信技術(shù)，具有使用方便、可靠性高、低成本、低功耗的特性，非常適合在智能家居中組建小型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。在分析藍(lán)牙技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了采用藍(lán)牙技術(shù)的智能家居應(yīng)用方案，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及軟件設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：藍(lán)牙技術(shù)，智能家居

中圖分類號(hào)：TU855 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1001-9138-（2015）08-0071-73 收稿日期：2015-07-07

1 概述

“智能家居”（Smart Home），又稱智能住宅，通俗地說(shuō)，是以住宅為平臺(tái)，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡(luò)通訊、信息家電、設(shè)備自動(dòng)化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理為一體的舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。

在眾多無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，藍(lán)牙技術(shù)作為一種低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的技術(shù)，非常適合于家庭自動(dòng)化、安全保障系統(tǒng)及進(jìn)行低數(shù)據(jù)速率傳輸?shù)牡统杀驹O(shè)備之間，符合信息家電發(fā)展的優(yōu)選技術(shù)和家居智能化的要求，必將在未來(lái)的智能家居中獲得廣泛應(yīng)用。

2 藍(lán)牙技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

基于藍(lán)牙技術(shù)的智能家居系統(tǒng)，其硬件組成主要包括藍(lán)牙模塊、MCU、傳感器網(wǎng)絡(luò)和家庭計(jì)算機(jī)，從機(jī)由藍(lán)牙模塊、MCU、傳感器組以及外部RAM等組成?？紤]到電話普及率高以及不同家庭的需要，系統(tǒng)可以通過(guò)電話線或互聯(lián)網(wǎng)與外界連接。其中，與互聯(lián)網(wǎng)連接可以通過(guò)嵌入式Modem直接連接，也可以通過(guò)家庭計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)連接，后者可以由家庭計(jì)算機(jī)保存數(shù)據(jù)以及進(jìn)行傳感網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)融合處理。

因此，在系統(tǒng)中，藍(lán)牙模塊主要用于與控制中心交換數(shù)據(jù)和管理藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)鏈路；緊急開(kāi)關(guān)供主人在室內(nèi)遇到緊急情況時(shí)使用；存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)。從機(jī)組組成藍(lán)牙傳感網(wǎng)絡(luò)，使數(shù)據(jù)采集和家庭安防監(jiān)控靈活方便，擺脫了布線系統(tǒng)的束縛。通過(guò)這種設(shè)計(jì)，用戶可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或電話控制家里電器的運(yùn)作并獲得其運(yùn)作信息。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

為了避免同頻干擾的問(wèn)題，系統(tǒng)采用時(shí)分TDMA（Time Division Multiple Access）復(fù)用技術(shù)，把系統(tǒng)主機(jī)與任意一臺(tái)從機(jī)之間的通信采用時(shí)分的方式分開(kāi)，主機(jī)通過(guò)掃描的方式與各從機(jī)進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。

2.2.1 軟件結(jié)構(gòu)

圖1所示為主機(jī)主程序流程圖。主機(jī)不僅負(fù)責(zé)各種不同類型子網(wǎng)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，而且還要完成家居智能控制和互聯(lián)網(wǎng)接入功能。它通過(guò)多種途徑（互聯(lián)網(wǎng)、有線電話、手機(jī)等）從多樣的外部網(wǎng)絡(luò)接收通信信號(hào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息交互。

圖2為從機(jī)藍(lán)牙數(shù)據(jù)處理程序流程圖。初始化階段，模塊先發(fā)送HCI命令，實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙設(shè)備的復(fù)位、啟動(dòng)、地址查詢、自動(dòng)巡檢和跳頻算法等初始化操作，與主機(jī)建立藍(lán)牙物理鏈路和L2CAP鏈路。藍(lán)牙設(shè)備之間的無(wú)線數(shù)據(jù)通信通過(guò)HCI分組來(lái)實(shí)現(xiàn)。初始化程序還要通過(guò)MCU對(duì)藍(lán)牙設(shè)備發(fā)送命令分組。MCU每發(fā)送一個(gè)HCI命令分組后，都要接收從藍(lán)牙設(shè)備返回的事件分組、判斷命令、分析命令執(zhí)行情況，直到完成初始化操作。

2.2.2 數(shù)據(jù)包處理程序

由于傳感網(wǎng)絡(luò)中除數(shù)字（開(kāi)關(guān)）量傳感器外，還有模擬量傳感器，所以，數(shù)據(jù)在傳送之前需要進(jìn)行相應(yīng)處理。需要將主要數(shù)據(jù)分割成一定格式的數(shù)據(jù)，并增加諸如糾錯(cuò)等一些額外的信息（開(kāi)銷比特），這個(gè)過(guò)程叫打包。解包是將有效的數(shù)據(jù)從噪聲和隨機(jī)數(shù)據(jù)中區(qū)別出來(lái)的過(guò)程，解包程序的好壞直接影響到系統(tǒng)識(shí)別有效數(shù)據(jù)的能力。解包程序應(yīng)能有效地辨別正確數(shù)據(jù)，降低誤碼率，提高系統(tǒng)通信速率。

2.2.3 數(shù)據(jù)融合處理

由于本系統(tǒng)監(jiān)控中心通過(guò)藍(lán)牙模塊與無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)相連接，需要處理的數(shù)據(jù)有上傳的抄表數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)和下傳的控制命令。為了提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，降低誤報(bào)率，本系統(tǒng)對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式數(shù)據(jù)融合處理。

對(duì)以上數(shù)據(jù)，各單傳感器通過(guò)信號(hào)處理電路后，由MCU先對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，然后將處理結(jié)果送到控制中心存儲(chǔ)，由家庭計(jì)算機(jī)進(jìn)行融合運(yùn)算。由于數(shù)據(jù)較為簡(jiǎn)單，因而采用傳統(tǒng)的“近鄰法（NN）”進(jìn)行處理。對(duì)安全防衛(wèi)性傳感器所得數(shù)據(jù)，則由從機(jī)采用“門限法（GT）”進(jìn)行融合預(yù)處理，然后由主機(jī)進(jìn)行決策級(jí)融合處理，若判定為告警數(shù)據(jù)，則通過(guò)有線電話（也可通過(guò)移動(dòng)電話）或互聯(lián)網(wǎng)向所設(shè)定對(duì)象發(fā)出報(bào)警信息。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種基于藍(lán)牙技術(shù)的智能家居設(shè)計(jì)方案，利用該設(shè)計(jì)方案可以使數(shù)據(jù)采集和家庭安防監(jiān)控靈活方便，擺脫了布線系統(tǒng)的束縛，同時(shí)藍(lán)牙的跳頻技術(shù)大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。但是，目前藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用還存在不足，比如信道兼容性、可靠性和安全性欠缺，無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正的“漫游”。不過(guò)，隨著藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展，組建家庭無(wú)線近距離網(wǎng)會(huì)越來(lái)越經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

參考文獻(xiàn)：

1.金永賢 周家慶.基于藍(lán)牙的無(wú)線校園網(wǎng)接入模式研究.計(jì)算機(jī)科學(xué).2003

2.蔣小洛 朱海濤.智能家庭網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn).計(jì)算機(jī)工程.2003.7

3.王楠等.IEEE802.11無(wú)線局域網(wǎng)業(yè)務(wù)量特性分析及其自相似性研究.微電子學(xué)與計(jì)算機(jī).2003.5

4.冼偉銓等.藍(lán)牙在數(shù)字化信息家電中的應(yīng)用.計(jì)算機(jī)應(yīng)用.2001.4

作者簡(jiǎn)介：

陳楠，沈陽(yáng)建筑大學(xué)實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)闄z測(cè)技術(shù)及自動(dòng)化裝置。

王琦，沈陽(yáng)建筑大學(xué)講師，研究方向?yàn)榻ㄖ?jié)能。

Abstract：Bluetooth is a technology on wireless date and audio communication in short distance.It features convenience for use，high-dependability，low-cost，and low-power.It fits smart home for setting up mini wireless network.On the base of analyzing the technology of Bluetooth，the smart home application scheme with Bluetooth is put forward，the systems hardware and software structure is described in particular.

Keywords：Bluetooth，Smart home

陳品祿/責(zé)任編輯