智能家居中藍牙技術的應用

陳楠　王琦

摘要：藍牙技術是一種短程無線數(shù)據(jù)與語音通信技術，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線網(wǎng)絡。在分析藍牙技術的基礎上，提出了采用藍牙技術的智能家居應用方案，詳細介紹了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及軟件設計。

關鍵詞：藍牙技術，智能家居

中圖分類號：TU855 文獻標識碼：B

文章編號：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，是以住宅為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ⒕W(wǎng)絡通訊、信息家電、設備自動化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務、管理為一體的舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。

在眾多無線網(wǎng)絡技術中，藍牙技術作為一種低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的技術，非常適合于家庭自動化、安全保障系統(tǒng)及進行低數(shù)據(jù)速率傳輸?shù)牡统杀驹O備之間，符合信息家電發(fā)展的優(yōu)選技術和家居智能化的要求，必將在未來的智能家居中獲得廣泛應用。

2 藍牙技術在智能家居中的應用

2.1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

基于藍牙技術的智能家居系統(tǒng)，其硬件組成主要包括藍牙模塊、MCU、傳感器網(wǎng)絡和家庭計算機，從機由藍牙模塊、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)連接可以通過嵌入式Modem直接連接，也可以通過家庭計算機與互聯(lián)網(wǎng)連接，后者可以由家庭計算機保存數(shù)據(jù)以及進行傳感網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)融合處理。

因此，在系統(tǒng)中，藍牙模塊主要用于與控制中心交換數(shù)據(jù)和管理藍牙網(wǎng)絡鏈路；緊急開關供主人在室內(nèi)遇到緊急情況時使用；存儲器用于存儲各種數(shù)據(jù)。從機組組成藍牙傳感網(wǎng)絡，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。通過這種設計，用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)或電話控制家里電器的運作并獲得其運作信息。

2.2 軟件設計

為了避免同頻干擾的問題，系統(tǒng)采用時分TDMA（Time Division Multiple Access）復用技術，把系統(tǒng)主機與任意一臺從機之間的通信采用時分的方式分開，主機通過掃描的方式與各從機進行點對點通信。

2.2.1 軟件結(jié)構(gòu)

圖1所示為主機主程序流程圖。主機不僅負責各種不同類型子網(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。它通過多種途徑（互聯(lián)網(wǎng)、有線電話、手機等）從多樣的外部網(wǎng)絡接收通信信號，實現(xiàn)遠程信息交互。

圖2為從機藍牙數(shù)據(jù)處理程序流程圖。初始化階段，模塊先發(fā)送HCI命令，實現(xiàn)藍牙設備的復位、啟動、地址查詢、自動巡檢和跳頻算法等初始化操作，與主機建立藍牙物理鏈路和L2CAP鏈路。藍牙設備之間的無線數(shù)據(jù)通信通過HCI分組來實現(xiàn)。初始化程序還要通過MCU對藍牙設備發(fā)送命令分組。MCU每發(fā)送一個HCI命令分組后，都要接收從藍牙設備返回的事件分組、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)絡中除數(shù)字（開關）量傳感器外，還有模擬量傳感器，所以，數(shù)據(jù)在傳送之前需要進行相應處理。需要將主要數(shù)據(jù)分割成一定格式的數(shù)據(jù)，并增加諸如糾錯等一些額外的信息（開銷比特），這個過程叫打包。解包是將有效的數(shù)據(jù)從噪聲和隨機數(shù)據(jù)中區(qū)別出來的過程，解包程序的好壞直接影響到系統(tǒng)識別有效數(shù)據(jù)的能力。解包程序應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)控中心通過藍牙模塊與無線傳感網(wǎng)絡相連接，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)的準確度，降低誤報率，本系統(tǒng)對所得數(shù)據(jù)進行分布式數(shù)據(jù)融合處理。

對以上數(shù)據(jù)，各單傳感器通過信號處理電路后，由MCU先對所測數(shù)據(jù)進行預處理，然后將處理結(jié)果送到控制中心存儲，由家庭計算機進行融合運算。由于數(shù)據(jù)較為簡單，因而采用傳統(tǒng)的“近鄰法（NN）”進行處理。對安全防衛(wèi)性傳感器所得數(shù)據(jù)，則由從機采用“門限法（GT）”進行融合預處理，然后由主機進行決策級融合處理，若判定為告警數(shù)據(jù)，則通過有線電話（也可通過移動電話）或互聯(lián)網(wǎng)向所設定對象發(fā)出報警信息。

3 結(jié)束語

本文提出了一種基于藍牙技術的智能家居設計方案，利用該設計方案可以使數(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，同時藍牙的跳頻技術大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。但是，目前藍牙技術應用還存在不足，比如信道兼容性、可靠性和安全性欠缺，無法實現(xiàn)真正的“漫游”。不過，隨著藍牙技術的發(fā)展，組建家庭無線近距離網(wǎng)會越來越經(jīng)濟實用。

參考文獻：

1.金永賢 周家慶.基于藍牙的無線校園網(wǎng)接入模式研究.計算機科學.2003

2.蔣小洛 朱海濤.智能家庭網(wǎng)絡的實現(xiàn).計算機工程.2003.7

3.王楠等.IEEE802.11無線局域網(wǎng)業(yè)務量特性分析及其自相似性研究.微電子學與計算機.2003.5

4.冼偉銓等.藍牙在數(shù)字化信息家電中的應用.計算機應用.2001.4

作者簡介：

陳楠，沈陽建筑大學實驗師，研究方向為檢測技術及自動化裝置。

王琦，沈陽建筑大學講師，研究方向為建筑節(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/責任編輯