淺議車載藍(lán)牙技術(shù)的運(yùn)用

陳娟，王曉友

(武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院，湖北武漢430070)

0 前言

藍(lán)牙技術(shù)是一種便攜式電子設(shè)備和固定式電子設(shè)備之間代替電纜連接的短距離無線通信的傳輸系統(tǒng)，具有體積小、便于集成，低功耗、對(duì)人體無害，很強(qiáng)的抗干擾能力和較高的通信效率，低成本的優(yōu)點(diǎn)。其目標(biāo)是在所有移動(dòng)設(shè)備之間，以及任何小范圍內(nèi)各種信息傳輸設(shè)備，乃至各種電器設(shè)備之間建立起無線鏈接。說得通俗一點(diǎn)，藍(lán)牙技術(shù)是不必借助電纜就能將各種移動(dòng)通信設(shè)備和電腦設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，此外還能將各種家電產(chǎn)品、消費(fèi)電子產(chǎn)品和汽車等，組成一個(gè)完整的無線通信網(wǎng)絡(luò)。

1 藍(lán)牙車載系統(tǒng)的工作原理及特點(diǎn)

1.1 藍(lán)牙車載系統(tǒng)的工作原理

藍(lán)牙車載系統(tǒng)工作原理如圖1所示。射頻芯片在2.4 GHz頻段提供數(shù)據(jù)和語音無線雙向傳送?；鶐酒l、信道加密解密、鑒權(quán)、SCO語音編解碼等硬件，以及鏈路管理、HCI接口等固件。處理器運(yùn)行藍(lán)牙上層協(xié)議棧、應(yīng)用規(guī)范和語音算法等核心軟件。為方便描述，將射頻、基帶和處理器部分稱為藍(lán)牙子系統(tǒng)。汽車音響通過車內(nèi)麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器為藍(lán)牙子系統(tǒng)提供聲音的輸入輸出。主控制器運(yùn)行人機(jī)接口 (MMI)等軟件，對(duì)藍(lán)牙子系統(tǒng)、汽車音響和其他車載電子設(shè)備進(jìn)行集中控制管理，并將有關(guān)信息顯示在圖形用戶界面 (GUI)上。藍(lán)牙子系統(tǒng)包含實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙車載應(yīng)用規(guī)范有關(guān)的軟硬件?；鶐酒ㄟ^UART和SSI接口連接處理器:HCI命令、數(shù)據(jù)和事件通過UART接口傳輸;SCO數(shù)據(jù)通過SSI接口傳輸。如前所述，處理器運(yùn)行藍(lán)牙上層協(xié)議棧、應(yīng)用規(guī)范和語音算法等核心軟件。還有藍(lán)牙免提應(yīng)用規(guī)范規(guī)定了在語音網(wǎng)關(guān)和免提設(shè)備之間建立藍(lán)牙數(shù)據(jù)和語音連接的過程，以及免提設(shè)備如何基于該連接對(duì)手機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，并訪問外部網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)電話功能。

藍(lán)牙技術(shù)工作在全球通用的2.4 GHz的ISM頻段，采用跳頻擴(kuò)譜、時(shí)分雙工 (TDD)工作方式、GFSK調(diào)制等關(guān)鍵技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸速率為1 Mbps，發(fā)射器的發(fā)射半徑為10 m，在特殊情況下通過附加信號(hào)放大器可以達(dá)到100 m。藍(lán)牙技術(shù)的實(shí)質(zhì)內(nèi)容是建立通用的無線通信空中接口及其控制軟件的公開標(biāo)準(zhǔn)，使通信和計(jì)算機(jī)進(jìn)一步結(jié)合。

1.2 藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)

藍(lán)牙技術(shù)支持“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”和“一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)”的通信，基本網(wǎng)絡(luò)組成是皮可網(wǎng) (Piconet)。通過藍(lán)牙技術(shù)連接在一起的所有儀器就是一個(gè)皮可網(wǎng)。由于具有藍(lán)牙技術(shù)的電子模塊尺寸較小，使其能夠安裝在小型電子儀器中，并具備發(fā)射器和接收器功能，一旦具有藍(lán)牙技術(shù)的兩個(gè)儀器相遇，便會(huì)自動(dòng)建立通信聯(lián)系，同時(shí)構(gòu)成皮可網(wǎng)，此間不需要用戶介入。一個(gè)皮可網(wǎng)最多可以為8個(gè)活躍的藍(lán)牙技術(shù)儀器提供地址，也可以最多同時(shí)排列256個(gè)非活躍的藍(lán)牙技術(shù)儀器。皮可網(wǎng)中需要有一個(gè)核心部件——指令器，由指令器構(gòu)造皮可網(wǎng)，其他的儀器需要與指令器適配同步。只有從指令器得到數(shù)據(jù)包的儀器才允許作出應(yīng)答，這樣在構(gòu)造皮可網(wǎng)時(shí)就不會(huì)混亂。2003款?yuàn)W迪A8轎車的電話/電子通信系統(tǒng)控制單元就是藍(lán)牙技術(shù)的指令器。

新一代的汽車將包含更多的通過兩個(gè)或更多的網(wǎng)絡(luò)連接起來的微處理器，其優(yōu)點(diǎn)是汽車參數(shù)可以通過軟件個(gè)別定制，并且汽車具有更大程度上的自診斷功能。為充分利用這些特點(diǎn)，應(yīng)在汽車系統(tǒng)和生產(chǎn)工具以及服務(wù)工具 (用以下載新軟件、新參數(shù)或上載汽車狀態(tài)、診斷信息等)間建立雙向通信。這些生產(chǎn)工具在很大程度上是基于PC機(jī)技術(shù)，汽車系統(tǒng)和生產(chǎn)工具間的連接是通過電纜、直接CAN總線或網(wǎng)關(guān)來實(shí)現(xiàn)，但從使用來說還是不夠方便。然而因藍(lán)牙技術(shù)可在汽車系統(tǒng)和生產(chǎn)工具間建立無線通信，所以有很大優(yōu)勢(shì)。

2 藍(lán)牙技術(shù)在汽車上的運(yùn)用

2.1 藍(lán)牙車載免提電話系統(tǒng)應(yīng)用

隨著人們生活水平的提高，汽車已經(jīng)成為許多人首選的交通工具，手機(jī)的普遍運(yùn)用，司機(jī)邊開車邊打電話的現(xiàn)象屢見不鮮，帶來了極大的交通安全隱患。免提電話系統(tǒng)是將手機(jī)的音頻信號(hào)用線纜引出或者進(jìn)行調(diào)制后發(fā)射，利用系統(tǒng)接收后解調(diào)，即實(shí)現(xiàn)車載免提功能，它能夠使得在開車的同時(shí)接聽電話。

藍(lán)牙車載免提系統(tǒng)，是用藍(lán)牙技術(shù)與進(jìn)入車內(nèi)的藍(lán)牙手機(jī)進(jìn)行無線通信，通過操作免提系統(tǒng)來完成與手機(jī)一樣的接聽電話及其他一些功能控制。在車載免提系統(tǒng)中，藍(lán)牙模塊主要負(fù)責(zé)與藍(lán)牙手機(jī)等其他藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行無線連接和數(shù)據(jù)傳輸，可以將其看作系統(tǒng)上加載一個(gè)無線收發(fā)裝置，它對(duì)系統(tǒng)起決定性作用。在應(yīng)用領(lǐng)域，藍(lán)牙無線電裝置、電話、信息娛樂和導(dǎo)航系統(tǒng)市場(chǎng)發(fā)展迅速，藍(lán)牙技術(shù)擁有各種抗干擾功能，可以將汽車駕駛室內(nèi)大量的射頻干擾信號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)流和連接的可靠性造成的不良影響減少到最低程度。

藍(lán)牙技術(shù)作為一項(xiàng)理想的線纜替代技術(shù)，利用其優(yōu)越的性能實(shí)現(xiàn)車載免提功能。其最大的優(yōu)點(diǎn)是在任何時(shí)候可以通過無線方式將手機(jī)音頻信號(hào)轉(zhuǎn)移到揚(yáng)聲器或車內(nèi)音響。藍(lán)牙車載免提的應(yīng)用場(chǎng)景如圖2所示。

藍(lán)牙車載免提電話系統(tǒng)由藍(lán)牙手機(jī)和車載免提裝置組成，藍(lán)牙手機(jī)是音頻網(wǎng)關(guān)，車載免提裝置利用藍(lán)牙無線鏈路連接到藍(lán)牙手機(jī)，無需操作手機(jī)便可實(shí)現(xiàn)對(duì)外部蜂窩網(wǎng)的控制，包括接聽來電和撥打電話。該系統(tǒng)為司機(jī)駕駛時(shí)過程中通話提供了一定的安全保障，可以在高速率行駛環(huán)境中保持良好的通話效果，并能提供一定的數(shù)據(jù)服務(wù)。

這種車載免提方案最大的缺點(diǎn)是當(dāng)用戶不是藍(lán)牙手機(jī)用戶時(shí)，基本上實(shí)現(xiàn)不了免提功能。藍(lán)牙車載自動(dòng)接聽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)極具人性化，充分考慮到汽車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與司機(jī)的要求，利用車內(nèi)電源為其供電，汽車音響為其輸出語音信號(hào)。藍(lán)牙車載自動(dòng)接聽系統(tǒng)的通話流程如圖3所示。

只要司機(jī)發(fā)動(dòng)汽車，該系統(tǒng)就可自行啟動(dòng)，并通過GSM模塊享用G網(wǎng)資源，進(jìn)行移動(dòng)通信。司機(jī)在駕駛汽車的過程中也不用為接聽手機(jī)而分神煩惱，只需通過汽車后視鏡上的顯示屏上的來電顯示判斷是否要接聽電話，如果不想接聽，只需按下無線鍵盤上的掛機(jī)鍵，如果需要接聽，不需進(jìn)行任何操作，只要耐心等待3秒鐘或者按下無線鍵盤上的接聽鍵，就可以通過汽車音響聽到對(duì)方的說話聲音。如果司機(jī)不希望其他乘客聽到對(duì)話的內(nèi)容，還可以使用耳機(jī)接聽電話。本系統(tǒng)還可以自動(dòng)讀出來電號(hào)碼和接收到的中文短信，這全都要?dú)w功于語音芯片的使用，該中文語音芯片通過異步串口接收待合成的文本，直接合成為語音輸出，為整個(gè)車載系統(tǒng)提供一套完整的物美價(jià)廉的語音解決方案。通過由單片機(jī)控制的數(shù)字電位器的調(diào)節(jié)，由語音芯片輸出的模擬聲音信號(hào)還可以進(jìn)行音量調(diào)節(jié)。當(dāng)司機(jī)不需要撥打或接聽電話時(shí)可以通過靜音開關(guān)自動(dòng)切換回汽車音響狀態(tài)，即可自由享受音樂與使用“手機(jī)”的雙重快樂與便利。

2.2 藍(lán)牙后視鏡

汽車后視鏡也能利用上藍(lán)牙，如圖4所示。

或許這個(gè)讓人有些費(fèi)解。LG公司曾展示了一款支持藍(lán)牙的汽車后視鏡，這款汽車后視鏡能夠通過藍(lán)牙和手機(jī)連接，在來電的時(shí)候?qū)⒃阽R面中間顯示來電號(hào)碼。除此以外，該后視鏡還集成了免提電話功能，可以通過汽車供電，同時(shí)也包含一個(gè)內(nèi)置的電池，支持150小時(shí)待機(jī)和7小時(shí)通話。或許今后你不必再冒著撞車的危險(xiǎn)低頭找電話，只要眼角往上一瞄，就能同時(shí)看清誰來電和后方車輛的動(dòng)向，安全又方便。

2.3 藍(lán)牙無線四輪定位儀

作為汽車檢測(cè)的基本設(shè)備，四輪定位儀是專門用來測(cè)量車輪定位參數(shù)的設(shè)備。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上常見的四輪定位儀主要是拉線式和無線測(cè)量有線傳輸式兩種，未來的發(fā)展趨勢(shì)是全無線式。

傳統(tǒng)的汽車四輪定位儀是依靠有線方式與主電腦通信的，使用起來有諸多不便，具有藍(lán)牙模塊的車輪定位儀僅添加了無線收發(fā)單元的軟硬件，既避免了汽車維修站的二次投資，也可以極大地提高操作的工作效率。藍(lán)牙模塊體積小，不受障礙物和角度的限制，價(jià)格也相對(duì)低廉，其工作原理如圖5所示。

藍(lán)牙主設(shè)備是具有無線收發(fā)功能的主控電腦，負(fù)責(zé)查詢四輪的狀態(tài)，并且向四輪發(fā)送調(diào)整指令;藍(lán)牙從設(shè)備是四個(gè)安裝在汽車車輪上的測(cè)量傳感器，負(fù)責(zé)測(cè)量四輪的狀態(tài)參數(shù)，并把測(cè)量得到的參數(shù)無線傳回主控電腦。主控電腦里存儲(chǔ)了該車型的標(biāo)準(zhǔn)資料，它無線接收四輪傳來的數(shù)據(jù) (汽車現(xiàn)在的四輪定位參數(shù))，并與該車型的存儲(chǔ)值對(duì)比算出偏差，作出相應(yīng)的判斷，再把調(diào)整指令無線發(fā)送給四個(gè)車輪。

2.4 藍(lán)牙技術(shù)在2003款?yuàn)W迪A8轎車上的應(yīng)用

在汽車上實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙技術(shù)，需要藍(lán)牙技術(shù)與汽車原有的CAN總線技術(shù)、光纖數(shù)據(jù)總線技術(shù)等相連接。圖6為2003款?yuàn)W迪A8轎車的總線網(wǎng)絡(luò)示意圖。其CAN總線將各個(gè)單一的控制單元以某種形式 (多為星形連接)連接起來，形成一個(gè)完整的系統(tǒng)。

該車?yán)秒娮油ㄐ趴刂茊卧龋瑢?shí)現(xiàn)藍(lán)牙技術(shù)，不僅能用于打電話，還可以用來聽音樂。奧迪與韓國(guó)三星公司合作開發(fā)的車載藍(lán)牙音樂系統(tǒng)中，根據(jù)三星公司與奧迪達(dá)成的技術(shù)合作協(xié)議，三星向奧迪A8汽車的收音系統(tǒng)發(fā)射數(shù)據(jù)，播放MP3。三星和奧迪之間進(jìn)行音樂傳輸遵循了基于藍(lán)牙技術(shù)的AdvancedAud io D istribut ion Profile協(xié)議，三星可以實(shí)時(shí)地通過藍(lán)牙連接方式向奧迪A8發(fā)送MP3音樂的數(shù)據(jù)，而奧迪A8中內(nèi)置的藍(lán)牙組件可以將三星通過藍(lán)牙連接發(fā)送來的音樂數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)播放，達(dá)到了手機(jī)存儲(chǔ)資源和汽車播放資源的同時(shí)利用。很多MP3播放器產(chǎn)品就有類似的功能。

3 汽車藍(lán)牙技術(shù)遇到的問題

盡管藍(lán)牙技術(shù)在汽車上使用有諸多好處，但到目前為止還需要克服一些問題。例如，因?yàn)檐噧?nèi)的溫度范圍在－40～85℃，為了滿足要求藍(lán)牙技術(shù)的Blue Core芯片則必須要求在－40～105℃仍能正常作業(yè)，因此這樣苛刻的條件對(duì)芯片的設(shè)計(jì)要求很高。除了溫度之外，車內(nèi)的其他射頻裝置會(huì)對(duì)藍(lán)牙通信具有潛在的干擾或者被干擾的可能，這是因?yàn)槠嚤旧韺?shí)際上是一個(gè)會(huì)反射信號(hào)的“鐵罐子”，當(dāng)汽車音響、GPS導(dǎo)航設(shè)備、衛(wèi)星數(shù)字收音服務(wù)、GSM收發(fā)器及其他電子裝置發(fā)射的射頻波在汽車座艙內(nèi)會(huì)產(chǎn)生反射作用，其潛在結(jié)果將造成一種相位平移，再加上重疊效應(yīng)則將導(dǎo)致信號(hào)互相抵消或遭到破壞，這些射頻的存在對(duì)于汽車無線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸都具有負(fù)面的影響。盡管藍(lán)牙技術(shù)本身已在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范內(nèi)設(shè)計(jì)了一些對(duì)抗干擾的有效機(jī)制，但專家們認(rèn)為，與安全有關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸必然對(duì)傳輸?shù)目煽啃院蛡鬏斔俣忍岢龈叩囊?，因此藍(lán)牙技術(shù)必須要滿足更高的使用要求。

4 結(jié)論

當(dāng)前飛速發(fā)展的汽車市場(chǎng)，為藍(lán)牙技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用提供了一個(gè)廣闊的發(fā)展空間。

汽車電氣系統(tǒng)與藍(lán)牙技術(shù)相結(jié)合，給汽車的使用和服務(wù)帶來了更大的方便，將皮克網(wǎng) (Pico net)與移動(dòng)電話甚至Internet連接起來，車主在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都可以了解汽車的狀況，并給予必要的控制;當(dāng)汽車進(jìn)入維修服務(wù)站時(shí)，汽車的皮克網(wǎng)會(huì)與服務(wù)站的計(jì)算機(jī)建立通信，服務(wù)人員可以通過服務(wù)站的計(jì)算機(jī)獲得必要的工作指示。給汽車服務(wù)時(shí)，可以通過服務(wù)站計(jì)算機(jī)設(shè)置，調(diào)整一些參數(shù)，如車燈、發(fā)動(dòng)機(jī)、空調(diào)系統(tǒng)的參數(shù)，還可以為汽車任何系統(tǒng)的電控單元下載最新版本的軟件。

在汽車工業(yè)中把藍(lán)牙技術(shù)用做CAN網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，將使汽車具有更高的無線接口能力，從而具有更廣闊的市場(chǎng)前景。為得到這個(gè)市場(chǎng)，必須在汽車中存儲(chǔ)專用的藍(lán)牙MAC層，并能通過CPU的指令在它與用戶訂制的MAC間切換。如果藍(lán)牙芯片與用戶訂制MAC相結(jié)合，將藍(lán)牙單元安置在需要靈活電纜的地方，這將不僅僅是上面提到的藍(lán)牙CAN網(wǎng)關(guān)通信，其市場(chǎng)潛力會(huì)更大。

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