蓝牙在汽车中的应用

一 引言 经过数年的发展和诸多技术的克服，蓝牙最终进入它的成熟时期。在过去的6年里，蓝牙取得了量和多样性的突破。随着向各个市场领域（如移动电话，基于PC的应用，以及像工业和汽车应用等新兴领域）的推进，蓝牙的应用前景是光明的！ 在亚洲，SIG暗示，蓝牙无线在汽车中的应用，将会是把蓝牙技术带向大众消费者的合理的下一步，市场蕴藏着巨大的商机。 本文将介绍蓝牙在汽车中的一个应用方案。本文的目标是集成Bluetooth、GPS和其他传感器技术在一个启用蓝牙技术的车载终端或手持终端上实现多个汽车参数的显示，包括位置、行驶速度及汽车本身运行情况的一些参数，如发动机温度、轮胎压力等，从而实现汽车的智能化升级，更深远的意义在于驾驶本身的便捷和安全。 二、为什么选择Bluetooth 本部分将主要论述两个问题：其一，蓝牙是如何适应汽车环境；其二，同其他替代技术的比较。 2.1 蓝牙如何适应汽车环境 蓝牙在汽车中的应用，即替代汽车中的部分电缆，其中有几个问题显得尤为重要：传输带宽，抗干扰问题，信息安全问题，成本问题，这些都是在汽车工业必须考虑的。 2.1.1 蓝牙带宽 蓝牙在理论上的最高传输速率为1Mbps，虽然802.11b的传输速率最高可达11Mbps，但是802.11b的实现成本高，而且802.11b的硬件实现所需的空间较大，不能像蓝牙一样植入电子设备中，另外一点，蓝牙1Mbps的传输速率对于传输音频和数据显得绰绰有余。 2.1.2 抗干扰 工作在ISM频段的无线电设备有很多种，为了很好地抵抗来自这些设备的干扰，蓝牙采取了跳频（Frequency Hopping）方式来扩展频谱（Spread Spectrum），将频段分成79个频点，相邻频点间隔1MHz。蓝牙设备在某个频点发送数据后，再跳到另一个频点发送，而频点的排列顺序是伪随机的，每秒钟频率改变1600次，每个频率持续625μs。 2.1.3 信息安全 蓝牙无线网络安全管理任务体现在三个方面：服务的可获取性、授权与密钥管理、身份识别与完整性，而这三个方面最终体现在鉴权和授权两个问题上。鉴权是验证请求者是谁的过程，利用蓝牙设备地址来实现。授权是允许请求者究竟可以做哪些事情的过程。 针对蓝牙无线信道的开放性，需要对所有射频信道数据进行加密传输，而正确解密的前提是用户身份的认证。只有在完备的身份认证机制的基础上，才可实现数据的完整性保护。 2.2 同其他替代技术的比较 蓝牙技术是一种理想的汽车PAN 通信协议，但并不意味着该技术是万能的，其他多种无线通信技术正在被评估，以决定是否适合于汽车内、外的安全、远程通信、商务、信息传递以及娱乐等方面的应用。这些通信技术包括超宽带(Ultra Wideband)、DSRC、802.11等等。 2.2.1 IEEE802.11 最初的IEEE802.11 规范（也称为802.11b）, 是目前WLAN 的主要技术标准, 他的工作频率也是2.4GHz, 与无绳电话、蓝牙等许多不需频率使用许可证的无线设备共享同一频段。802.11b元件昂贵,兼容性不好, 安全性也不能令人满意。 2.2.2 专用短程通信 专用短程通信（Dedicated Short-Range Communications，简称DSRC）系统是专门适用于ITS领域短距离间的通信系统，它为智能交通系统中的部分应用提供路-车、车-车之间的通信基础。 DSRC工作于5.9GHz，带宽为75MHz。 目前DSRC主要应用于自动收费站和加油站及停车场的自动付款等。蓝牙同DSRC相比，更具全球通用性，价格上更便宜。 2.2.3 超宽带UWB 超宽带技术UWB (UltraWideband) 是另一个新发展起来的无线通信技术。UWB 通过基带脉冲作用于天线的方式发送数据。他主要应用在小范围、高分辨率、能够穿透墙壁、地面和身体的雷达和图像系统中。 UWB 原来针对军事应用，直到2002 年2 月14 日, 美国FCC(联邦通信委员会)才准许该技术进入民用领域。所以该技术非常的新，虽然应用前景很广，但是在抗干扰，信息安全等方面还有待进一步的研究。 三、系统设计思想与框架 在本部分将阐述两部分内容，首先对蓝牙在汽车中的应用方案的设计思想做一较为详细的论述，其次根据设计思想，给出原理框图，结合各部分功能，论述涉及的关键技术。 3.1 系统设计思想 本文的基本思想是集成Bluetooth、GPS和其他传感器技术在一个启用蓝牙技术的车载终端或手持终端上实现多个汽车参数的显示，包括位置、行使速度、以及汽车本身运行情况的一些参数，如发动机温度，轮胎压力等，从而实现汽车的智能化升级。 这里可以举一个具体的例子，来帮助笔者阐述本文的设计思想。在世界汽车拉力锦标赛上，如果在汽车上有这样一个装置，那么对参赛者取的好成绩将有极大的帮助。该装置可以固定在汽车驾驶室内，在汽车高速行驶的过程中，可以实时的显示当前时间，所在位置，行驶速度；为了能让驾驶员能了解行进过程中汽车本身的一些性能，提高安全系数，该装置还能显示诸如发动机温度，轮胎压力等参数，并可以对这些参数做分析，如有异常，比如发动机过热，轮胎破损等情况出现，可以马上发出警报；所有这些参数可以显示在显示屏上，也可以声音提示，以便驾驶员更加专心的操作。 3.2 系统框图 本系统主要由GPS接收模块，温度、压力等传感器，微控制器，蓝牙模块和启用蓝牙的车载终端组成。 GPS接收模块可以采用专用的GPS接收机，温度传感器、压力传感器均采用汽车专用的传感器；微控制器一方面控制GPS接收模块，专用传感器，另一方面，作为蓝牙模块的主机，对接收到的数据进行处理，并控制蓝牙模块的信息收发；车载终端集成了蓝牙收发模块，可以固定在车上，也可做成手持装置。 3.3 关键技术分析 ● GPS在某些场合的应用，如行驶在繁华城市与隧道中的车辆导航和不间断的精确定位还受到限制。基于速率陀螺仪与里程表信息的航位推算（Dead Reckoning，简称DR）和GPS的组合导航系统，即GPS/DR系统，可以弥补GPS信息在短期因受高楼、隧道遮挡而无法正常定位的缺陷。 ● 应用蓝牙技术的轮胎压力监控系统（TPMS）在国内还没有相应产品，是很新的一项技术，因为轮胎模块使用电池供电，所以在测量，处理数据和传输上，必须采用高效的算法。 ● 因为在汽车上将有多个点向车载终端发送数据，蓝牙模块必须支持点对多点的。 四、系统实现 在本系统中，蓝牙收发模块选用爱立信ROK101007模块，该模块性能稳定，支持7个子单元，同时还配有板载固件，为基于主机的产品提供标准化主机控制接口（HCI）。该模块还支持语音和数据应用，为USB、UART、及PCM等业界协议提供扩展的I/O支持功能。该模块符合蓝牙v1.1标准，也获得了FCC及ETSI要求的型号认证，可以简化并加速终端产品的认证程序。 GPS接收机笔者选用Motorola Oncore接收器，Motorola Oncore接收器是一种智能型GPS传感器，作为精确定位、导航及授时系统的部件。该接收器能通过一个反相TTL串行接口提供自身位置、速度、及时间信息。 压力传感器选用Motorola的MPXY8020A，MPXY8020A是电容型MEMS压力传感器，专用于满足TPMS在温度和媒介兼容方面的要求。它是一个单体压力和温度传感器，并具备电源管理和数字输出功能。套件内的媒介保护过滤器可以使其硅片免受环境影响 微控制器选用C8051F0021单片机，C8051F0021是基于CIP-51内核的、增强了性能的单片机。 系统实现的原理框图如图2。 五、蓝牙在汽车中的应用展望 蓝牙在汽车中有其他无线传输方式不可替代的应用优势，它的低功耗，小体积，低价位等特点使其在汽车工业中具有很强的竞争力，目前蓝牙的应用主要表现在把便携电子产品，比如PDA、蜂窝电话同车载设备连接起来，但是蓝牙未来的应用更趋向与同车载设备集成在一起，通过蓝牙来连接车辆上的多个系统，比如电源管理系统，制动系统，减震系统和后座娱乐系统等，从而减轻车辆重量和车内布线的复杂度，实现汽车的智能化。 参考文献 1 金纯，许光辰. 蓝牙技术. 北京：电子工业出版社，2001 2 张禄林，雷春鹃等肖婕等.蓝牙协议及其实现. 北京：人民邮电出版社，2001 3 宋铁成，沈连丰，肖婕等. 蓝牙技术的几种应用. 移动通信，2003（8） 4 张其善，吴今培等. 智能车辆定位导航系统及应用. 北京：科学出版社，2002 信息来源于：广嵌商务平台