蓝牙技术在智能家居中的应用研究

蓝牙技术在智能家居中的应用研究

摘要：本文简要介绍了蓝牙技术的由来、技术特点、系统组成和应用范围，以及智能家居的由来、系统构成、控制功能和发展前景。提出了目前基于蓝牙技术的智能家居系统的缺点和不足。

关键词：智能家居；蓝牙技术；远程控制

自上世纪90年代后期以来,各种短距离的无线通信技术标准纷纷涌现,其中蓝牙技术作为一种很有竞争力的小范围无线通信协议，以其全球统一的标准性、数据和语音传输方面的优越性、低功耗、低成本和高安全性等特点，目前得到越来越广泛的应用。

随着网络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发展的主流。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。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。智能家居中的无线联网与通信已成为蓝牙技术的一个重要应用领域。

1.蓝牙技术综述

1.1 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。所谓蓝牙(Bluetooth)技术，实际上是一种短距离无线电技术，利用“蓝牙”技术，能够有效地简化掌上电脑、笔记本电脑和移动电话手机等移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化以上这些设备与因特网Internet之间的通信，从而使这些现代通信设备与因特网之间的数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。

1.2 蓝牙的起源

瑞典爱立信公司早在1994年就已进行研发。1998年2月，5个跨国大公司，包括爱立信、诺基亚、IBM、东芝及Intel组成了一个特殊兴趣小组（SIG），他们共同的目标是建立一个全球性的小范围无线通信技术，即现在的蓝牙。

1.3蓝牙技术的特点

1.3.1 特性

蓝牙设备的工作频段选在全球通用的2．4GHz的ISM(I业、科学、医学)频段，这样用户不必经过申请便可以在2400～2500MHz范围内选用适当的蓝牙无线电收发器频段。频道采用23个或79个，频道间隔均为1MHz，采用时分双工方式。调制方式为BT=0．5的GFSK，调制指数为0．28～0．35。蓝牙的无线发射机采用FM调制方式，从而能降低设备的复杂性。最大发射功率分为三个等级，100mW(20dBm)，2．5mW(4dBm)，l mw(0dB m)，在4~20dBm 范围内要求采用功率控制，因此，蓝牙设备之间的有效通讯距离大约为10～100m。

1.3.2 TMDA结构

蓝牙的数据传输率为1Mb/ S，采用数据包的形式按时隙传送每时隙0．625 s。蓝牙系统支持实时的同步定向联接和非实时的异步不定向联接，蓝牙技术支持一个异步数据通道或一个并发的同步语音通道或一个同时传送异步数据和同步语音通道。每一个语音通道支持64KB／S的同步语音，异步通道支持最大速率为721KB／S，反向应答速度为57．6KB／s的非对称连接，或者一是速率为432．6KB ／S的对称连接。

1.3.3 使用跳频技术

跳频是蓝牙使用的关键技术之一。对于单时隙包，蓝牙的跳频速率为1600跳／秒；对于多时隙包，跳频速率有所降低；但在建链时则提高为3200跳／秒。

1.3.4 蓝牙设备的组网

蓝牙根据网络的概念提供点对点和点对多点的无线连接，在任意一个有效通讯范围内，所有的设备都是平等的，并且遵循相同的工作方式。

1.3.5 软件的层次结构

和许多通讯系统一样，蓝牙的通讯协议采用层次式结构，其程序写在一个9ram×9ram的微芯片中。其底层为各类应用所通用，高层则视具体应用而有所不同，大体分为计算机背景和非计算机背景两种方式，前者通过主机控制接口HCI(Host Con—trol Interface)实现高、低层的连接。后者则不需要HCI。层次结构使其设备具有最大的通用性和灵活性。

1.4 蓝牙系统的组成

蓝牙系统一般由无线单元、链路控制(硬件)单元、链路管理(软件)单元和蓝牙软件协议栈)单元等四个功能单元组成。

1.4.1 天线单元

蓝牙技术的天线部分体积十分小巧、重量轻，属于微带大线。蓝牙空中接口建立在0dBm(1mW)的基础上，最大可达20dBm(100mWl，遵循VCC(美国联邦通信委员会)有关电平为0dBm的ISM频段的标准。

1.4.2 链路控制(硬件)单元

目前蓝牙产品的链路控制硬件单元包括3个集成器件：连接控制器、基带处理器以及射频传输／接收器，此外还使用了3～5个单独调谐件。基带链路控制器负责处理基带协议和其它一些低层常规协议。蓝牙基带协议是电路交换与分组交换的结合，采用时分双工实现全双工传输。

1.4.3 链路管理(软件)单元

链路管理(LM)软件模块携带了链路的数据设置、鉴权、链路硬件配置和其他一些协议。LM能够发现其它远端LM并通过LMP(链路管理协议)与之通信。

1.4.4 软件(协议栈)单元

蓝牙规范接口可以直接集成到笔记本电脑上，或者通过PC卡或USB接口连接，或者直接集成到蜂窝电话中或通过附加设备连接。蓝牙的软件(协议栈)单元是一个独立的操作系统，不与任何操作系统捆绑，它符合己经制定好的蓝牙规范。适用于集中不同商用操作系统(Windows，unix，PocketPC)的蓝牙技术规范正在完善中。

1.5 蓝牙技术的应用

蓝牙能够使蜂窝电话系统、无绳通信系统、无线局域网和互联网等现有网络增添新功能，使各类计算机、传真机、打印机设备增添无线传输和组网功能。下面介绍几种主要应用领域。

(1)通讯

第一代蓝牙产品主要集中在语音通信方面。如：移动电话使用的无线耳机。第二代产品是带有嵌入式蓝牙技术模块的数据通信产品，它们能够在单个设备之间，如：膝上计算机与PDA间传送数据或文件。

(2)计算机