基于藍(lán)牙的汽車物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與開發(fā) - 全文

　　 引言

　　物聯(lián)網(wǎng)在國際上又稱為傳感網(wǎng)，從某種程度上說，它是繼計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮。近幾年，汽車的消費(fèi)成高速增長態(tài)勢，由于道路發(fā)展滯后及管理水平的低下，城市擁堵現(xiàn)象非常嚴(yán)重，在物聯(lián)網(wǎng)概念下汽車物聯(lián)技術(shù)的運(yùn)用將有助于城市交通管理智能化水平的提高，有效改善城市交通狀況。而藍(lán)牙技術(shù)包含了傳感器技術(shù)、識別技術(shù)、移動通信技術(shù)等，這些技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)密切相關(guān)。因些，藍(lán)牙用于智能交通中的汽車物聯(lián)網(wǎng)具有十分廣闊的前景。

　　1 藍(lán)牙的技術(shù)特點(diǎn)

　　1998年5月，瑞典愛立信、芬蘭諾基亞、日本東芝、美國IBM和英特爾公司五家著名廠商，在聯(lián)合拓展短距離無線通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化活動時提出了藍(lán)牙技術(shù)的概念。藍(lán)牙工作在無需許可的2.4 GHz工業(yè)頻段(SIM)之上(我國的頻段范圍為2 400.O～2 483.5 MHz)。藍(lán)牙每個頻道帶寬為1 MHz，相鄰頻道中心頻率間隔為1 MHz。為避免帶外輻射和其他干擾，規(guī)定上、下保護(hù)頻帶分別為3.5MHz和2 MHz。藍(lán)牙采用跳頻擴(kuò)展頻譜技術(shù)，在工作頻段內(nèi)共設(shè)置79個跳頻點(diǎn)，在一個30 s的時間段內(nèi)，任何一個頻點(diǎn)的使用時間不超過0.4 s，且跳頻過程是偽隨機(jī)的。根據(jù)藍(lán)牙射頻功率的大小可分為3個功率級別，即1級功率100 mW，2級功率2.5 mW，3級功率1 mW。藍(lán)牙技術(shù)所具備的這些特征能夠較好地承擔(dān)起物聯(lián)網(wǎng)末端智能傳感和微微網(wǎng)移動通信功能，特別適合汽車物聯(lián)的概念和技術(shù)要求。

　　每個計算機(jī)網(wǎng)卡都有一個媒體訪問控制地址，即MAC地址，它可以區(qū)別網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)的源端和目的端。與此類似，全世界每個藍(lán)牙收發(fā)器都被惟一地分配了一個遵循IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)的48位藍(lán)牙設(shè)備地址。藍(lán)牙設(shè)備地址的地址空間為232(約42.9億個)。各個藍(lán)牙設(shè)備制造商有權(quán)對自己生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行編號，由此可以認(rèn)為全世界的藍(lán)牙設(shè)備地址是惟一的，這就給汽車物聯(lián)網(wǎng)用戶無線識別提供了技術(shù)方案，如汽車定位，汽車身份鑒別，汽車信息查詢，汽車不停車交費(fèi)，汽車搖控車門及點(diǎn)火，汽車防盜等。

　　2 藍(lán)牙在智能汽車方面的應(yīng)用

　　2.1 基于藍(lán)牙的汽車物聯(lián)

　　藍(lán)牙技術(shù)出現(xiàn)十多年來受到多方關(guān)注。近年來，藍(lán)牙技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)智能交通領(lǐng)域的應(yīng)用前景非?？春谩＼囕d電子系統(tǒng)正向智能化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，汽車市場已經(jīng)成為我國經(jīng)濟(jì)重要的增長點(diǎn)，無線通信技術(shù)在汽車等移動系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用前景。起初，藍(lán)牙技術(shù)主要應(yīng)用在汽車的電話通信方面。但隨著研究和應(yīng)用的不斷深入，在汽車智能化方面將有更多的藍(lán)牙應(yīng)用：如遠(yuǎn)程車輛狀況診斷，車輛安全系統(tǒng)，車對車通信，多媒體下載等。這些已是物聯(lián)網(wǎng)智能汽車的初步概念了。汽車物聯(lián)網(wǎng)是各個國家和我國極為重視的領(lǐng)域，歐盟在2010年10月份注資3億歐元用于研究智能汽車，智能汽車要用很多傳感器的技術(shù)，有的汽車會用200多個傳感器，將來會越來越多，這些有傳感器的汽車每一個部件，都需要跟網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來，所以汽車在運(yùn)行的時候可以通過后臺告警，顯示哪個地方會出現(xiàn)故障，同時可以減少汽車追尾、解決等待時間以及尾氣排放等問題，這就是智能交通，也是“智慧”城市必不可少的一部分。而藍(lán)牙完全可以承擔(dān)起傳感器角色，它的微型化，高度集成化，休眠功能，廉價性，開放性是傳感器無線傳輸?shù)幕咎卣?。概括起來，目前藍(lán)牙技術(shù)在汽車上的拓展應(yīng)用場景集中體現(xiàn)在以下幾個方面。

　　2.2 應(yīng)用場景

　　免提電話當(dāng)用戶進(jìn)入車內(nèi)，車載系統(tǒng)會自動連接上用戶手機(jī)。用戶在駕車行駛過程中，無須用手操作就可以用聲控完成撥號、接聽、掛斷和音量調(diào)節(jié)等功能，可通過車內(nèi)麥克風(fēng)和音響系統(tǒng)進(jìn)行全雙工免提通話，實(shí)際上就是與車內(nèi)藍(lán)牙設(shè)備完全構(gòu)成車內(nèi)微微網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息交互。

　　汽車遙控 用戶可以在10 m范圍內(nèi)用附有藍(lán)牙的手機(jī)控制車門和車中的各類開關(guān)，包括汽車的點(diǎn)火控制等。本應(yīng)用實(shí)際是利用藍(lán)牙鑒權(quán)“綁定”和藍(lán)牙地址“惟一”的特點(diǎn)，強(qiáng)化無線搖控的可靠性和安全性。

　　音樂下載 用戶可以通過手機(jī)加藍(lán)牙下載音樂到汽車音響中播放。其優(yōu)點(diǎn)在于無線鏈接的智能化和高速傳輸。

　　電子導(dǎo)航用戶可以通過手機(jī)加藍(lán)牙下載電子地圖等數(shù)據(jù)到車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)中，導(dǎo)航系統(tǒng)得到當(dāng)前坐標(biāo)參數(shù)由藍(lán)牙再通過手機(jī)短信傳回導(dǎo)航中心，實(shí)現(xiàn)實(shí)時車輛定位和導(dǎo)航。

　　汽車自動故障診斷系統(tǒng)車載系統(tǒng)可以通過手機(jī)加藍(lán)牙將故障代碼等信息發(fā)往維修中心，維修中心派人前來修理時可以按故障代碼等信息準(zhǔn)備好相應(yīng)的配件和修理工具，現(xiàn)場排除故障。

　　車輛定位藍(lán)牙地址惟一性特點(diǎn)，給車輛的身份確認(rèn)和定位提供了技術(shù)解決方案。首先，汽車上的藍(lán)牙可以通過周邊附有藍(lán)牙設(shè)備的固定物體，如路邊指示牌、路燈、橋梁、大樓等作為參照，再由電子地圖確認(rèn)自身的準(zhǔn)確位置。其次，以藍(lán)牙微微網(wǎng)加移動通信構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)可以在需要時實(shí)時查找汽車位置信息。

　　汽車擁堵目前，汽車擁堵在大城市已是一個非常突出的問題，特別是在我國，已到了非治理不可的地步了，這其中除了車輛增長過快以外，沒有一個智能化的信息平臺也是一個重要的方面。藍(lán)牙芯片價格便宜，又具有地址功能，所以用藍(lán)牙在城市構(gòu)成微微網(wǎng)，可以迅速組網(wǎng)，從而用最少的經(jīng)費(fèi)實(shí)現(xiàn)交通管理信息化的要求。一方面，交管部門可以通過附有藍(lán)牙的汽車掌握流量信息并及時發(fā)布(而不是實(shí)況視頻)實(shí)現(xiàn)智能管理，車載藍(lán)牙實(shí)時系統(tǒng)可以提示駕駛員避開擁堵路段繞過行駛。

　　2.3 應(yīng)用現(xiàn)狀

　　德爾福汽車系統(tǒng)公司已經(jīng)開發(fā)出可以讓駕乘人員用語音進(jìn)行操控的車載藍(lán)牙設(shè)備;豐田汽車、日本電裝、NTTDOCOMO、松下電器產(chǎn)業(yè)、日產(chǎn)汽車和東芝等六家公司共同制訂了利用藍(lán)牙技術(shù)的車內(nèi)無線免提規(guī)格——“CCAP”。利用該規(guī)格的技術(shù)方案，手機(jī)通過藍(lán)牙技術(shù)無線連接車載音響等設(shè)備，在行車時可以構(gòu)筑更加安全的通話系統(tǒng)。摩托羅拉公司還為汽車生產(chǎn)商推出了一種基于藍(lán)牙的汽車工具包。有了它，用戶操控手持藍(lán)牙設(shè)備，就能夠與汽車設(shè)備之間進(jìn)行無線聯(lián)系，比如無線遙控打開車門、搖控點(diǎn)火，與車內(nèi)車輛檢測系統(tǒng)無線交換數(shù)據(jù)庫。采用藍(lán)牙技術(shù)的車載裝置將使人們很容易在車內(nèi)通過英特網(wǎng)下載音樂、錄像和發(fā)送電子郵件。

　　然而到目前為止，汽車電子采用藍(lán)牙技術(shù)的步伐仍然很緩慢，汽車物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)用階段還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有形成，主要原因是汽車工業(yè)對可靠性的要求和面臨的環(huán)境挑戰(zhàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他情況下的器件運(yùn)用，而藍(lán)牙的初忠是為了解決諸如電腦的連線問題，沒有過多考慮惡劣的使用環(huán)境。從用戶心理考慮，至少花費(fèi)了十多萬購買的汽車，一般來說很難容忍一些小的設(shè)備故障，而對普通設(shè)備系統(tǒng)來說這些問題卻可被接受。而現(xiàn)實(shí)是，汽車行駛時會遇到凹凸不平的路面，振動很強(qiáng)烈，有時灰塵也很大。同時，溫度有可能也有很大的變化，不同的外部環(huán)境下，車內(nèi)外的溫度變化范圍可能從-40～50℃，這對車載電子設(shè)備來說都是十分不利的。好在許多藍(lán)牙芯片制造商順應(yīng)了藍(lán)牙技術(shù)的拓展運(yùn)用，研究開發(fā)了新版本的藍(lán)牙芯片，使得藍(lán)牙芯片的適應(yīng)性更強(qiáng)，藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用將更加廣泛。如CSR公司已推出第六代BlueCore藍(lán)牙芯片。BlueCore6可提供行業(yè)領(lǐng)先的無線電性能和低功耗，并完全支持最新版藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范(v2.1+EDR)。BlueCore 6包含了CSR公司的AuriStream技術(shù)，Auri Str-eam技術(shù)可提供更高的語音質(zhì)量，與標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)牙語音傳輸方式相比，BlueCore6-ROM功耗降低了40%。

　　本研究從藍(lán)牙在汽車車門搖控和汽車點(diǎn)火控制與閉鎖人手，探索藍(lán)牙的二次開發(fā)運(yùn)用，應(yīng)用的基本框架是：藍(lán)牙搖控器作主設(shè)備，藍(lán)牙從設(shè)備置于車門控制電路和點(diǎn)火開關(guān)電路之中，控制器可以發(fā)出兩個指令，即車門開啟和火點(diǎn)搖控閉鎖。由于本次匹配采用“綁定”方式，接通速度大大提高，減少了誤動作，增強(qiáng)了可靠性，一般很難截獲無線信號，同時，藍(lán)牙設(shè)備可與手機(jī)保持聯(lián)絡(luò)，構(gòu)成報警系統(tǒng)。電路圖如圖1所示。

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　　本藍(lán)牙芯片型號為：CSR BC4(v2.0+EDR)，8 MbFLASH，具有PIO0～PIO11，AIO0，A101，USB，PCM，UART及SPI接口，模塊內(nèi)置8 Mb FLASH，功能強(qiáng)大，用戶可定制軟件，適用于各種藍(lán)牙應(yīng)用。板載天線，便于嵌入式應(yīng)用，藍(lán)牙協(xié)議版本為v2.0，兼容v1.2，USB協(xié)議USB 1.1，兼容USB 2.0(全速模式)，其主要技術(shù)指標(biāo)為：頻率2.4 GHz(ISM band);調(diào)制方式GFSK(Gaussian Frequency Shift Keying);發(fā)射功率≤4 dBm，ClassⅡ;靈敏度≤-84 dBm@0.1%BER;通信速率Asynchronous：723.2 Kb/s，(Max)/57.6 Kb/sSynchronous：433.9 Kb/s/433.9 Kb/s;安全特性：Authentication and encryption;應(yīng)用框架支持HFP 1.5，HFP 1.0，SPP等;供電電源為3.3 V;工作溫度為-20～+55℃。

　　3 結(jié)語

　　基于藍(lán)牙技術(shù)的汽車物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用具有十分明顯的優(yōu)勢，在國外已受到高度重視，應(yīng)用也不斷深入。而國內(nèi)這方面的研究與應(yīng)用進(jìn)展比較緩慢，即使是藍(lán)牙在汽車電子上的應(yīng)用還只是停留在概念上的較多。汽車上的電子系統(tǒng)基本還是原有的解決方案，這就給藍(lán)牙的技術(shù)應(yīng)用提供了廣闊空間。根據(jù)工信部的計劃，汽車物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目已被列為我國重大專項(xiàng)，將獲財政扶持資金，“十二五”期間，工信部將從產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等多方面著手，加大對車載信息服務(wù)的支持力度，以推進(jìn)汽車物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的全面鋪開。