藍牙在汽車中的應用

　　一、引言

    經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展和諸多技術的克服，藍牙最終進入它的成熟時期。在過去的6年里，藍牙取得了量和多樣性的突破。隨著向各個市場領域（如移動電話，基于PC的應用，以及像工業(yè)和汽車應用等新興領域）的推進，藍牙的應用前景是光明的！在亞洲，SIG暗示，藍牙無線在汽車中的應用，將會是把藍牙技術帶向大眾消費者的合理的下一步，市場蘊藏著巨大的商機。

    本文將介紹藍牙在汽車中的一個應用方案。本文的目標是集成Bluetooth、GPS和其他傳感器技術在一個啟用藍牙技術的車載終端或手持終端上實現(xiàn)多個汽車參數(shù)的顯示，包括位置、行駛速度及汽車本身運行情況的一些參數(shù)，如發(fā)動機溫度、輪胎壓力等，從而實現(xiàn)汽車的智能化升級，更深遠的意義在于駕駛本身的便捷和安全。

    二、為什么選擇Bluetooth

    本部分將主要論述兩個問題：其一，藍牙是如何適應汽車環(huán)境；其二，同其他替代技術的比較。

    （一）藍牙如何適應汽車環(huán)境

    藍牙在汽車中的應用，即替代汽車中的部分電纜，其中有幾個問題顯得尤為重要：傳輸帶寬，抗干擾問題，信息安全問題，成本問題，這些都是在汽車工業(yè)必須考慮的。

    1．藍牙帶寬

    藍牙在理論上的最高傳輸速率為1Mbps，雖然802.11b的傳輸速率最高可達11Mbps，但是802.11b的實現(xiàn)成本高，而且802.11b的硬件實現(xiàn)所需的空間較大，不能像藍牙一樣植入電子設備中，另外一點，藍牙1Mbps的傳輸速率對于傳輸音頻和數(shù)據(jù)顯得綽綽有余。

    2．抗干擾

    工作在ISM頻段的無線電設備有很多種，為了很好地抵抗來自這些設備的干擾，藍牙采取了跳頻（Frequency Hopping）方式來擴展頻譜（Spread Spectrum），將頻段分成79個頻點，相鄰頻點間隔1MHz。藍牙設備在某個頻點發(fā)送數(shù)據(jù)后，再跳到另一個頻點發(fā)送，而頻點的排列順序是偽隨機的，每秒鐘頻率改變1600次，每個頻率持續(xù)625μs。

    3．信息安全

    藍牙無線網(wǎng)絡安全管理任務體現(xiàn)在三個方面：服務的可獲取性、授權與密鑰管理、身份識別與完整性，而這三個方面最終體現(xiàn)在鑒權和授權兩個問題上。鑒權是驗證請求者是誰的過程，利用藍牙設備地址來實現(xiàn)。授權是允許請求者究竟可以做哪些事情的過程。

    針對藍牙無線信道的開放性，需要對所有射頻信道數(shù)據(jù)進行加密傳輸，而正確解密的前提是用戶身份的認證。只有在完備的身份認證機制的基礎上，才可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的完整性保護。

　?。ǘ┩渌娲夹g的比較

    藍牙技術是一種理想的汽車PAN 通信協(xié)議，但并不意味著該技術是萬能的，其他多種無線通信技術正在被評估，以決定是否適合于汽車內(nèi)、外的安全、遠程通信、商務、信息傳遞以及娛樂等方面的應用。這些通信技術包括超寬帶(Ultra Wideband)、DSRC、802.11等等。

    1． IEEE802.11

    最初的IEEE802.11 規(guī)范（也稱為802.11b）, 是目前WLAN 的主要技術標準，他的工作頻率也是2.4GHz，與無繩電話、藍牙等許多不需頻率使用許可證的無線設備共享同一頻段。802.11b元件昂貴,兼容性不好, 安全性也不能令人滿意。

    2．專用短程通信

    專用短程通信（Dedicated Short-Range Communications，簡稱DSRC）系統(tǒng)是專門適用于ITS領域短距離間的通信系統(tǒng)，它為智能交通系統(tǒng)中的部分應用提供路-車、車-車之間的通信基礎。

    DSRC工作于5.9GHz，帶寬為75MHz。 目前DSRC主要應用于自動收費站和加油站及停車場的自動付款等。藍牙同DSRC相比，更具全球通用性，價格上更便宜。

    3．超寬帶UWB

    超寬帶技術UWB （Ultra Wide band）是另一個新發(fā)展起來的無線通信技術。UWB 通過基帶脈沖作用于天線的方式發(fā)送數(shù)據(jù)。他主要應用在小范圍、高分辨率、能夠穿透墻壁、地面和身體的雷達和圖像系統(tǒng)中。

    UWB 原來針對軍事應用，直到2002 年2 月14 日，美國FCC（聯(lián)邦通信委員會）才準許該技術進入民用領域。所以該技術非常的新，雖然應用前景很廣，但是在抗干擾，信息安全等方面還有待進一步的研究。

    三、系統(tǒng)設計思想與框架

    在本部分將闡述兩部分內(nèi)容，首先對藍牙在汽車中的應用方案的設計思想做一較為詳細的論述，其次根據(jù)設計思想，給出原理框圖，結合各部分功能，論述涉及的關鍵技術。

　　（一）系統(tǒng)設計思想

    本文的基本思想是集成Bluetooth、GPS和其他傳感器技術在一個啟用藍牙技術的車載終端或手持終端上實現(xiàn)多個汽車參數(shù)的顯示，包括位置、行使速度、以及汽車本身運行情況的一些參數(shù)，如發(fā)動機溫度，輪胎壓力等，從而實現(xiàn)汽車的智能化升級。

    這里可以舉一個具體的例子，來幫助筆者闡述本文的設計思想。在世界汽車拉力錦標賽上，如果在汽車上有這樣一個裝置，那么對參賽者取的好成績將有極大的幫助。該裝置可以固定在汽車駕駛室內(nèi)，在汽車高速行駛的過程中，可以實時的顯示當前時間，所在位置，行駛速度；為了能讓駕駛員能了解行進過程中汽車本身的一些性能，提高安全系數(shù)，該裝置還能顯示諸如發(fā)動機溫度，輪胎壓力等參數(shù)，并可以對這些參數(shù)做分析，如有異常，比如發(fā)動機過熱，輪胎破損等情況出現(xiàn)，可以馬上發(fā)出警報；所有這些參數(shù)可以顯示在顯示屏上，也可以聲音提示，以便駕駛員更加專心的操作。

    （二）系統(tǒng)框圖

    本系統(tǒng)主要由GPS接收模塊，溫度、壓力等傳感器，微控制器，藍牙模塊和啟用藍牙的車載終端組成。

    GPS接收模塊可以采用專用的GPS接收機，溫度傳感器、壓力傳感器均采用汽車專用的傳感器；微控制器一方面控制GPS接收模塊，專用傳感器，另一方面，作為藍牙模塊的主機，對接收到的數(shù)據(jù)進行處理，并控制藍牙模塊的信息收發(fā)；車載終端集成了藍牙收發(fā)模塊，可以固定在車上，也可做成手持裝置。

    （三）關鍵技術分析

    1．GPS在某些場合的應用，如行駛在繁華城市與隧道中的車輛導航和不間斷的精確定位還受到限制。基于速率陀螺儀與里程表信息的航位推算（Dead Reckoning，簡稱DR）和GPS的組合導航系統(tǒng)，即GPS/DR系統(tǒng)，可以彌補GPS信息在短期因受高樓、隧道遮擋而無法正常定位的缺陷。

    2．應用藍牙技術的輪胎壓力監(jiān)控系統(tǒng)（TPMS）在國內(nèi)還沒有相應產(chǎn)品，是很新的一項技術，因為輪胎模塊使用電池供電，所以在測量，處理數(shù)據(jù)和傳輸上，必須采用高效的算法。

    3． 因為在汽車上將有多個點向車載終端發(fā)送數(shù)據(jù)，藍牙模塊必須支持點對多點的。

    四、系統(tǒng)實現(xiàn)

    在本系統(tǒng)中，藍牙收發(fā)模塊選用愛立信ROK101007模塊，該模塊性能穩(wěn)定，支持7個子單元，同時還配有板載固件，為基于主機的產(chǎn)品提供標準化主機控制接口（HCI）。該模塊還支持語音和數(shù)據(jù)應用，為USB、UART、及PCM等業(yè)界協(xié)議提供擴展的I/O支持功能。該模塊符合藍牙v1.1標準，也獲得了FCC及ETSI要求的型號認證，可以簡化并加速終端產(chǎn)品的認證程序。

    GPS接收機筆者選用Motorola Oncore接收器，Motorola Oncore接收器是一種智能型GPS傳感器，作為精確定位、導航及授時系統(tǒng)的部件。該接收器能通過一個反相TTL串行接口提供自身位置、速度、及時間信息。

    壓力傳感器選用Motorola的MPXY8020A，MPXY8020A是電容型MEMS壓力傳感器，專用于滿足TPMS在溫度和媒介兼容方面的要求。它是一個單體壓力和溫度傳感器，并具備電源管理和數(shù)字輸出功能。套件內(nèi)的媒介保護過濾器可以使其硅片免受環(huán)境影響

    微控制器選用C8051F0021單片機，C8051F0021是基于CIP-51內(nèi)核的、增強了性能的單片機。

    五、藍牙在汽車中的應用展望

    藍牙在汽車中有其他無線傳輸方式不可替代的應用優(yōu)勢，它的低功耗，小體積，低價位等特點使其在汽車工業(yè)中具有很強的競爭力，目前藍牙的應用主要表現(xiàn)在把便攜電子產(chǎn)品，比如PDA、蜂窩電話同車載設備連接起來，但是藍牙未來的應用更趨向與同車載設備集成在一起，通過藍牙來連接車輛上的多個系統(tǒng)，比如電源管理系統(tǒng)，制動系統(tǒng)，減震系統(tǒng)和后座娛樂系統(tǒng)等，從而減輕車輛重量和車內(nèi)布線的復雜度，實現(xiàn)汽車的智能化。