基于藍牙模塊ROK 101 007/1的小區(qū)安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

引言

藍牙是一種正在發(fā)展中的短距離無線時分多址通信技術(shù)（也叫個域網(wǎng)技術(shù)），這是一種直接面對個人和商務(wù)的無線應(yīng)用連接技術(shù)，并以其低成本、低功耗、高速率和方便靈活等特點在眾多無線應(yīng)用方案中脫穎而出，藍牙工作在2.4GHz的ISM頻段，采用調(diào)頻/時分復(fù)用技術(shù)，傳輸速率高達1Mbit/s，能實現(xiàn)點對點和點對多點通信，并能以無線方式將區(qū)域內(nèi)各個數(shù)據(jù)或語音設(shè)備相連接以組成微微網(wǎng)，同時在嵌有藍牙模塊的電子設(shè)備之間能方便快捷地通信，目前，藍牙在通信、電子和網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域中已得到了廣泛的應(yīng)用。

本文所介紹的小區(qū)安全監(jiān)控系統(tǒng)主要采用藍牙技術(shù)，并以Ericsson公司生產(chǎn)的模塊ROK101 007/1為藍牙硬件基礎(chǔ)，通過無線和有線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)各監(jiān)控點的互連，從而實現(xiàn)小區(qū)監(jiān)控臺與各個監(jiān)控點的實時通信、該系統(tǒng)具有費用及其低廉、安裝維護方便和抗干擾能力強，利用率高等優(yōu)點。

藍牙模塊ROK 101 007/1

◇ 硬件結(jié)構(gòu)

藍牙模塊是實現(xiàn)無線通信的硬件基礎(chǔ)，ROK 101 007/1模塊是由Ericsson公司生產(chǎn)可各式電子設(shè)備中實現(xiàn)藍牙功能的短距離通信模塊，其主要特點是：支持USB、UART和IIC：具有聲音和數(shù)據(jù)傳輸功能；符合藍牙1.1版本，并通過了FCC/ETST類型認證。

ROK 101 007/1藍牙模塊的硬件結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示，主要包括三個部分：基帶控制器、閃速存儲器和射頻模塊?；鶐Э刂破髦饕撠?zé)實現(xiàn)藍牙基帶部分的功能，其主要作用是完成對基地及鏈路的管理，包括對同步（SCO）和異步（ALC）連接方式的支持、差錯控制、物理層的認證和加密、鏈路管理等；閃速存儲器的功能是存放基帶、鏈路管理層和主機控制接口軟件以及一些API程序，以用于對芯片進行配置；射頻模塊的主要功能是實現(xiàn)藍牙設(shè)計間的無線連接，具體要求是完成頻率的合成，以及基帶模塊數(shù)據(jù)比特信號到無線信號的轉(zhuǎn)換過濾，并負責(zé)將無線電信號以一定的功率和調(diào)頻頻率發(fā)送出去。

◇ HCI及其規(guī)范

藍牙模塊ROK 101 007/1中的主機控制接口（HCI）在藍牙技術(shù)規(guī)范中有嚴格的定義，HCI標準主要是定義主機控制藍牙模塊的各個指令意義，其功能部件可分為三個部分：第一部分為傳輸固件，位于藍牙模塊中（如ROK 101 007/1的閃存內(nèi)），其主要功能是控制藍牙模塊內(nèi)的硬件（主機控制器）；第二部分為主機驅(qū)動程序，位于主機內(nèi)；第三部分為實際的傳輸總線，由于藍牙模塊常用于工控、智能儀器儀表等行業(yè)中，其最典型的應(yīng)用背景是與單片機的串口通信，傳輸總線可能是USB、PC卡或RS232接口，它們的主要功能是從主機向主控制器發(fā)送HCI指令，HCI數(shù)據(jù)以及從主控制器接收HCI指令和數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

基于藍牙技術(shù)的小區(qū)安全監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控臺、各住戶樓主控制器和各樓層控制器（或住戶控制器），以及監(jiān)控點終端設(shè)備等組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，其中主控臺與各住戶樓主控制器之間，以及各住戶樓主控制器與相應(yīng)住戶樓內(nèi)各樓層控制器（或住戶控制器）之間通過有線方式連接，而住戶樓內(nèi)各樓層控制器與相應(yīng)樓層監(jiān)控點終端設(shè)計之間則通過無線方式連接、這樣，各住戶樓之間、各住戶樓內(nèi)各樓層之間，以及各個監(jiān)控點終端設(shè)備之間，就具有相對的獨立性，從而形成了一個無線與有線方式相結(jié)合的分布式通信網(wǎng)絡(luò)，該系統(tǒng)中的一個設(shè)備出現(xiàn)異?；蚰硞€監(jiān)控點失效，一般不會影響其他設(shè)備或監(jiān)控點的正常工作。

在該系統(tǒng)中，監(jiān)控點終端設(shè)備負責(zé)對監(jiān)控對象（包括水、電、天然氣、以及門窗等）狀態(tài)變化情況的收集與處理，并將所獲得的信息傳送給樓層控制器（或住戶控制器）；同時也接收樓層控制器（或住戶控制器）所傳送的信息，在網(wǎng)絡(luò)中每個監(jiān)控點終端設(shè)備對應(yīng)一個唯一編號，它在樓層微微網(wǎng)中一般作為從設(shè)備、可靈活移動，根據(jù)實際需要放置在樓層的相應(yīng)位置，如住戶長期出差在外，家里無人照看，則可以申請租用多個監(jiān)控點終端設(shè)備，對家中門窗或重要物品進行實時監(jiān)控，一旦發(fā)生以外情況，監(jiān)控點終端設(shè)備就會向監(jiān)控臺發(fā)送報警信號，值班人員馬上進行相應(yīng)處理，樓層控制器（或住戶控制器）主要負責(zé)對監(jiān)控點中端設(shè)備之間進行管理，并在住戶樓主控制器和監(jiān)控點終端設(shè)備之間進行中斷通信，以交換二者的數(shù)據(jù)信息，實際上，網(wǎng)絡(luò)中樓層控制器（或住戶控制器）的編號也是唯一的，一般作為各樓層微微網(wǎng)的主設(shè)備，根據(jù)通信效果和實際需要，同一樓層可安裝多個樓層控制器，若經(jīng)濟條件允許，每住戶可分別都安裝住戶控制器。住戶樓主控制器可對整個住戶類內(nèi)的樓層控制器（或住戶控制器）進行管理，并在監(jiān)控臺和樓層控制器（或住戶控制器）之間進行中繼通信，以交換二者信息，在網(wǎng)絡(luò)中，各住戶樓控制器的編號也是唯一的，為確保系統(tǒng)能安全可靠地工作，各住戶樓必須配備有備用住戶樓主控制器，主控臺位于小區(qū)保安值班室，至少應(yīng)配備兩臺計算機進行管理，同時實時接收各類信息，以對整個小區(qū)的情況進行監(jiān)視處理。

系統(tǒng)中各設(shè)備之間的無線通信均通過ROK 101 007/1來實現(xiàn)，故各設(shè)備都必須安裝ROK 101 007/1模塊。

系統(tǒng)藍牙電路設(shè)計

該系統(tǒng)設(shè)計包括兩個方面：硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，硬件設(shè)計包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和各種相應(yīng)設(shè)備改造或設(shè)計；軟件設(shè)計主要包括各種應(yīng)用程序的開發(fā)，這里主要討論系統(tǒng)藍牙電路的設(shè)計，即與藍牙模塊ROK 101 007/1有關(guān)的電路工作機理。

◇ 監(jiān)控點終端的設(shè)計

監(jiān)控點終端設(shè)備的主要功能是接收前端傳感器所探測的監(jiān)控對象的有關(guān)信息，以及住戶的呼叫信息，并通過藍牙模塊與樓層控制器（住戶控制器）進行信息交換，其硬件結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，核心部件是AT89C51型單片機和藍牙模塊ROK 101 007/1，二者之間是通過串口寫入HCI指令來實現(xiàn)交互通信；其外圍電路主要有語音編解碼電路、顯示電路、報警電路和呼叫按鈕電路等，其中語音編解碼電路是對住戶語音信號進行編碼或接收的話音編碼信號進行解碼，從而實現(xiàn)住戶與主控臺值班保安的實時對話；顯示電路用于顯示住戶報警或緊急情況呼叫，緊急呼叫具有最高優(yōu)先級，呼叫按鈕電路可供用戶進行一般呼叫操作。

監(jiān)控點終端設(shè)備對應(yīng)的應(yīng)用程序需要在AT89C51單片機上實現(xiàn)，編程語言主要基于匯編進行，其實現(xiàn)的功能是對外圍電路所輸入的數(shù)據(jù)信息進行打包處理，以將其轉(zhuǎn)換為藍牙模塊可接受的HCI-RS232信息格式，最后通過RS232與藍牙模塊實現(xiàn)信息交換，同時控制藍牙模塊與樓層控制器的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送，在設(shè)計該程序時，首先要完成藍牙模塊的初始化設(shè)置工作。圖4所示是該監(jiān)控點終端設(shè)備的應(yīng)用程序流程圖。

◇ 樓層控制器設(shè)計

樓層控制器（住戶控制器）的主要功能是通過藍牙模塊，以無線方式接收監(jiān)控點終端設(shè)備傳輸?shù)纳闲袛?shù)據(jù)信息，并以有線方式傳輸給住戶樓主控制器，同時以有線方式接收住戶樓主控制器所傳輸?shù)南滦袛?shù)據(jù)信息，并再通過無線方式轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)控點終端設(shè)備。樓層控制器（住戶控制器）的基本組成部分是AT89C51單片機和藍牙模塊ROK 101 007/1，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。

樓層控制器應(yīng)用軟件實現(xiàn)的功能是與住戶樓主控制器和監(jiān)控點終端設(shè)備的通信，并對信息進行識別轉(zhuǎn)發(fā)，同時要接收住戶樓主控制器命令，對自身參數(shù)和監(jiān)控點終端設(shè)備參數(shù)進行修改，此外，還要完成自身藍牙模塊的初始化和設(shè)置工作。應(yīng)用軟件需在 AT89C51單片機上進行開發(fā)，編程語言主要基于匯編，其程序流程圖如圖6所示。

結(jié)束語

基于藍牙模塊ROK 101 007/1的小區(qū)安全監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計過程中，可在現(xiàn)有有線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，充分考慮藍牙技術(shù)的優(yōu)勢，該系統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)部分較為固定，但無線網(wǎng)絡(luò)部分組網(wǎng)靈活簡便，且各組成部件便于模塊化設(shè)計，并能重復(fù)和移動使用，因此，各住戶可根據(jù)自身安全情況和財力狀況，靈活選擇合乎自身安全級別的設(shè)備，由此可見該系統(tǒng)在各居民小區(qū)，特別是各種高檔小區(qū)具有潛在的應(yīng)用價值，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和藍牙技術(shù)的飛速發(fā)展和不斷完善，該系統(tǒng)必將得到廣泛的應(yīng)用。