蓝牙技术及其在智能家庭网络中的实现

                          作者：曹建东 吕红芝 王永春

摘  要： 文章主要介绍蓝牙协议结构、功能及其蓝牙在智能家庭中如何实现。
关键词： 智能家庭网络；通讯协议；蓝牙技术；HIC
        1蓝牙技术简介
        ①蓝牙技术的定义。“蓝牙”是一种开放型的技术规范，它可以在世界上任何地方实现短距离的无线语音和数据通信。
        ②“蓝牙”采用的跳频技术。蓝牙不是工作在2.4GHz这一个频点，而是工作在2.40 GHz和2.48 GHz这个频段上（有的国家使用的频段较窄），即采用相隔1MHz的79个频点实现跳频。
        ③蓝牙网络的结构，蓝牙系统的网络拓扑有微微网和分散网两种形式。微微网（Piconet）由主设备单元和从设备单元构成。首先提出通信要求的设备称为主设备（Master）,被动进行通信的设备称为从设备（Slave）。一个主设备最多可以和7个从设备进行通讯。一个主设备和一个以上从设备构成的主从网络称为微微网，在必要的情况下设备的主从角色也可以转换。
        ④蓝牙协议的结构。蓝牙协议可以分为四层：核心协议、替代电缆协议、电话控制协议和选用协议。核心协议包括了基带、链路管理协议（LMP）、逻辑链路控制和适配协议（L2CAP）和服务发现协议（SDP）。所有蓝牙设备必须支持核心协议以及蓝牙无线接口，而其他协议可以根据需要来选用。除了四个基本层次外，蓝牙协议还包括了主机控制接口HCI（host controller interface）。它为基带控制器、链路控制器、访问硬件提供了命令接口。HCI上层协议通过传输层向下传送HCI 命令；而HCI 下层协议执行HCI 指令后, 执行结果将以事件的形式返回上层。
        ⑤蓝牙技术与其他无线通讯技术的比较。在智能家庭网络中，主要的通讯方式为有线通讯（包括双绞线、电力线等）和无线通讯（包括射频、红外线等）。无线技术不但可以让我们减少线缆的使用量，使我们的居住环境更加简洁，而且，可以让我们在自己家中的活动更加自由。所以，无线技术及相关协议是智能家庭网络中重要的组成部分。
        蓝牙技术具有价格适中、功能实用、受限因素少等特点。这些基本满足了智能家庭网络的要求，适合在家庭中使用。
        2蓝牙在智能家庭网络的实现
        蓝牙功能的实现分硬件实现和软件实现。
        ①硬件实现。在智能家庭网络中，要实现蓝牙功能就需要添加相关的蓝牙主机和蓝牙模块。蓝牙主机可以由PC、ARM或单片机担当,显然PC机过于昂贵了，因此，一般由arm或单片机担当蓝牙主机。蓝牙模块至少包括：RF模块、基带模块、控制模块和存储模块。现在很多蓝牙芯片都集成了多个、甚至全部模块的功能。
        ②软件实现。一个蓝牙系统被HCI(蓝牙主机控制接口)分为下层（蓝牙模块）和上层（蓝牙主机）两部分。HCI 提供访问蓝牙模块的统一指令方式,它主要定义了主机控制蓝牙模块的各个指令的意义，它为基带控制器、链接控制器、硬件状态和控制寄存器等提供命令接口，为主机提供向蓝牙模块发送HCI指令、HCI数据以及从蓝牙模块接受HCI事件和HCI数据的能力。主机与蓝牙模块之间通过HCI收、发分组方式进行信息交换，用指令—应答（Command_Response）方式实现控制。
        HCI传输层主要有3 种:HCI USB;HCI PCM; HCI UART。其中HCI PCM主要负责语音通讯。 HCI有4 种不同类型的包——HCI 命令、HCI 事件、ACL 数据和SCL 数据。ACL 数据和SCL 数据在蓝牙主机和蓝牙模块之间双向传输。蓝牙主机通过传输层向蓝牙主模块传送HCI 命令，蓝牙模块执行HCI 指令后, 将以事件的形式返回给蓝牙主机。
        我们举例来说明蓝牙主机和模块之间如何传递HCI命令和HCI事件。如果蓝牙主机要向蓝牙模块发送一条Reset 指令，则可以通过蓝牙主机的U A R T 串口发送一个十六进制数系列（01、03、0C、00）至蓝牙模块，蓝牙模块就能执行Reset指令功能。若复位成功，蓝牙模块将返回给蓝牙主机一个十六进制数串（04、0E、04、01、03、0C、00）的事件，表示完成复位。
        弄清HCI 指令和HCI 事件实现机制后，我们就可以开始编写各种HCI指令操作函数。HCI 以下由底层协议软件负责的物理链路的建立通常可以由蓝牙模块/适配器完成, 而实现L2CAP 以上的协议软件和高层应用则需要由开发者自行完成。
        3结语
        随着技术和自动化技术的普及，零散的、功能单一的家电设备会被逐步淘汰，智能家庭网络、智能家居必将成为我国今后的主流。由于目前蓝牙技术在我们的日常生活中最为常见，在今后的智能家庭中采用蓝牙无疑给客户带来巨大方便。比如现在常见的蓝牙手机就可以直接应用到有蓝牙功能的智能家体昂网络中。可以说蓝牙是智能家庭网络的理想选择。因此, 对基于蓝牙技术的无线家庭网络进行研究具有极大的理论和实际应用价值。
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[1]刘莉平,金瓯.蓝牙技术与应用[J].信息技术,2003,(10):4-6.
[2]牛伟,郭世泽,吴志军.无线局域网[M].北京:人民邮电出版社,2003.