隨著電子信息技術(shù)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)家庭信息化、網(wǎng)絡(luò)化是當(dāng)今智能家居系統(tǒng)發(fā)展的新趨勢。住宅智能化是人類住宅的又一場新的革命，它能夠為人類提供更加輕松、有序、高效的現(xiàn)代生活方式，是未來居住模式的必然發(fā)展趨勢。隨之而來，智能家居系統(tǒng)也在逐漸成為一個新興的研究領(lǐng)域。

在智能家居系統(tǒng)中，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于家庭網(wǎng)絡(luò)已成為勢不可擋的趨勢，這不僅僅因為無線網(wǎng)絡(luò)可以提供更大的靈活性、流動性，省去了花在綜合布線上的費用和精力。但其射頻和基帶協(xié)議復(fù)雜，實現(xiàn)成本高，難以進(jìn)入平民家庭，其功耗大、抗干擾性和安全性也不及藍(lán)牙。藍(lán)牙技術(shù)屬于IEEE802.15協(xié)議，作為一種低功耗，低數(shù)據(jù)速率、低成本的技術(shù)，非常適合于家庭自動化、安全保障系統(tǒng)及進(jìn)行低數(shù)據(jù)率傳輸?shù)牡统杀驹O(shè)備之間使用。藍(lán)牙技術(shù)是很符合信息家電發(fā)展的優(yōu)選技術(shù)，很適合家居智能化的要求。

藍(lán)牙技術(shù)

藍(lán)牙技術(shù)是由藍(lán)牙SIG(Special Interest Group)聯(lián)合制定的近距離無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其目的是實現(xiàn)最高數(shù)據(jù)傳輸速率1 Mb/s(有效數(shù)據(jù)傳輸速率是721 kb/s)、最大傳輸距離為10米的無線通信。1998年5月，愛立信、諾基亞、東芝、IBM和英特爾等五家著名廠商在聯(lián)合開展短程無線通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化活動時提出了藍(lán)牙技術(shù)(Bluetooth)，其宗旨是提供一種短距離、低成本的無線傳輸應(yīng)用技術(shù)。

藍(lán)牙技術(shù)具有以下幾個特點：工作于2.4GHz的ISM頻段，無需申請頻率許可證：采用1600hop/s的快速跳頻技術(shù);采用正向糾錯編碼(FEC)技術(shù);采用FM調(diào)制方式，設(shè)備簡單;支持點到點、點到多點通信;協(xié)議體系完備，充分支持現(xiàn)有高層協(xié)議;設(shè)備體積小，便于攜帶或移動，成本低廉。基于藍(lán)牙技術(shù)的家居智能網(wǎng)絡(luò)是用近距離的無線通信技術(shù)取代線纜，構(gòu)建智能化的無線家居網(wǎng)絡(luò)。

藍(lán)牙采用快速跳頻和時分多址等無線技術(shù)來代替電纜，提供了一種低成本、低功耗的無線接入方法。同時藍(lán)牙簡單可靠的實現(xiàn)特性為其系統(tǒng)的發(fā)展提供了有力的支撐。藍(lán)牙的應(yīng)用范圍非常廣泛，在信息家電、移動電話，嵌入式應(yīng)用開發(fā)等諸多領(lǐng)域得到重視。未來的信息家電將以Internet和家庭網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，以無線連接實現(xiàn)雙向傳輸，是具有智能的3c(計算機(jī)、通信、消費)相結(jié)合的信息產(chǎn)品。在智能家庭網(wǎng)絡(luò)中，藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用前景十分廣闊。

藍(lán)牙技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用

1、系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

基于藍(lán)牙技術(shù)的智能家居系統(tǒng)，其硬件組成主要包括藍(lán)牙模塊、MCU、傳感器網(wǎng)絡(luò)和家庭計算機(jī)。總體構(gòu)成如圖1所示。從機(jī)由藍(lán)牙模塊、MCU、傳感器組以及外部RAM等組成?？紤]到電話普及率高以及不同家庭的需要，系統(tǒng)可以通過電話線或互聯(lián)網(wǎng)與外界連接。其中與互聯(lián)網(wǎng)連接可以通過嵌入式Modem直接連接，也可以通過家庭計算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)連接，后者可以由家庭計算機(jī)保存數(shù)據(jù)以及進(jìn)行傳感網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)融合處理。

(圖1)

圖1主機(jī)框圖所示的藍(lán)牙模塊主要用于與控制中心交換數(shù)據(jù)和管理藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)鏈路：緊急開關(guān)供主人在室內(nèi)遇到緊急情況時使用;存儲器用于存儲各種數(shù)據(jù)。從機(jī)組組成藍(lán)牙傳感網(wǎng)絡(luò)，使數(shù)據(jù)采集和家庭安防監(jiān)控靈活方便，擺脫了布線系統(tǒng)的束縛。用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)或電話控制家里電器的運作并獲得其運作信息。

2、軟件設(shè)計

為了避免同頻干擾的問題，系統(tǒng)采用時分TDMA(Time Division MuItiple Access)復(fù)用技術(shù)，把系統(tǒng)主機(jī)與任意一臺從機(jī)之間的通信采用時分的方式分開，主機(jī)通過掃描的方式與各從機(jī)進(jìn)行點對點通信。

(1)無線通信數(shù)據(jù)幀格式

無線通信協(xié)議的首要任務(wù)就是能夠識別噪聲和有效數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)的通信方式主要是藍(lán)牙模塊之間的無線通信和主機(jī)與Pc機(jī)之間的串行通信格式。

通常連接傳感器的從機(jī)處于“待命”狀態(tài)，當(dāng)接收到引導(dǎo)字時，各從機(jī)都準(zhǔn)備分析地址信息，若接收的地址信息與本機(jī)地址相符，則執(zhí)行命令字，否則繼續(xù)待命。在系統(tǒng)調(diào)試中發(fā)現(xiàn)OxFF后跟0XAA在噪聲中出現(xiàn)的概率很小，所以，我們在傳輸協(xié)議的數(shù)據(jù)包前加“OxFF+0xAA”的引導(dǎo)字。接收協(xié)議約定只接收以O(shè)xFF后跟0xAA開始的數(shù)據(jù)包。

需要抄表時，主機(jī)向從機(jī)發(fā)出“數(shù)據(jù)傳輸”命令和相應(yīng)地址，從機(jī)受命后上傳實時數(shù)據(jù)和本機(jī)地址，主機(jī)經(jīng)校驗后，若收到的上傳地址與下傳地址相符，則本次訪問成功，所傳數(shù)據(jù)有效并加以保存。數(shù)據(jù)包字節(jié)包括數(shù)據(jù)包的類型和長度。

告警信息可以由控制中心通過公用電話網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)向設(shè)定的對象報警，并保存本次報警類型和地址。

(2)軟件結(jié)構(gòu)

主機(jī)不僅負(fù)責(zé)各種不同類型子網(wǎng)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，而且還要完成家居智能控制和互聯(lián)網(wǎng)接，入功能 它通過多種途徑(互聯(lián)網(wǎng)、有線電話、手機(jī)等)從多樣的外部網(wǎng)絡(luò)接收通信信號 實現(xiàn)遠(yuǎn)程信息交互。

初始化階段，模塊先發(fā)送HCI命令，實現(xiàn)藍(lán)牙設(shè)備的復(fù)位、啟動、地址查詢、自動巡檢和跳頻算法等初始化操作，與主機(jī)建立藍(lán)牙物理鏈路和L2CAP鏈路。藍(lán)牙設(shè)備之間的無線數(shù)據(jù)通信通過HCI分組來實現(xiàn)。初始化程序還要通過MCU對藍(lán)牙設(shè)備發(fā)送命令分組。MCU每發(fā)送一個HCI命令分組后，都要接收從藍(lán)牙設(shè)備返回的事件分組、判斷命令、分析命令執(zhí)行情況，直到完成初始化操作。

復(fù)位操作后使藍(lán)牙主控制器HCI、鏈路管理器和射頻部分復(fù)位;讀數(shù)據(jù)操作是讀取發(fā)往HCI數(shù)據(jù)分組的最大長度和允許的數(shù)量;由定時控制確定對藍(lán)牙設(shè)備是否周期性尋呼掃描其他藍(lán)牙設(shè)備或查詢請求;數(shù)據(jù)流量控制實現(xiàn)開啟/關(guān)閉主機(jī)MCU到HCI方向的流量控制。

(3)數(shù)據(jù)包處理程序

由于傳感網(wǎng)絡(luò)中除數(shù)字(開關(guān))量傳感器外，還有模擬量傳感器，所以，數(shù)據(jù)在傳送之前需要進(jìn)行相應(yīng)處理。需要將主要數(shù)據(jù)分割成一定格式的數(shù)據(jù)，并增加諸如糾錯等一些額外的信息(開銷比特)，這個過程叫打包。解包是將有效的數(shù)據(jù)從噪聲和隨機(jī)數(shù)據(jù)中區(qū)別出來的過程。解包程序的好壞直接影響到系統(tǒng)識別有效數(shù)據(jù)的能力。解包程序應(yīng)能有效地辨別正確數(shù)據(jù)，降低誤碼率，提高系統(tǒng)通信速率。數(shù)據(jù)發(fā)送、接收程序流程圖。

(4)數(shù)據(jù)融合處理

由于本系統(tǒng)監(jiān)控中心通過藍(lán)牙模塊與無線傳感網(wǎng)絡(luò)相連接，需要處理的數(shù)據(jù)有上傳的抄表數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)和下傳的控制命令。為了提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，降低誤報率，本系統(tǒng)對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式數(shù)據(jù)融合處理。

對“三表”數(shù)據(jù)，各單傳感器通過信號處理電路后，由Mcu先對所測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，然后將處理結(jié)果送到控制中心存儲，由家庭計算機(jī)進(jìn)行融合運算。由于數(shù)據(jù)較為簡單，因而采用傳統(tǒng)的“近鄰法(NN)”進(jìn)行處理。當(dāng)從機(jī)發(fā)現(xiàn)所測數(shù)據(jù)出現(xiàn)急劇變化時，則向主機(jī)發(fā)出提示信息，表明可能出現(xiàn)了漏電、漏水或煤氣泄漏等現(xiàn)象，由主機(jī)“判決”并向主人發(fā)出提示信息。

對安全防衛(wèi)性傳感器(如人體熱釋電傳感器、紅外傳感器、門磁開關(guān)以及煤氣、煙霧傳感器等)所得數(shù)據(jù)，則由從機(jī)采用“門限法(GT)”進(jìn)行融合預(yù)處理，然后由主機(jī)進(jìn)行決策級融合處理，若判定為告警數(shù)據(jù)，則通過有線電話(也可通過移動電話)或互聯(lián)網(wǎng)向所設(shè)定對象發(fā)出報警信息。

結(jié)論：

藍(lán)牙技術(shù)的智能家居的設(shè)計方案，利用該解決方案可以使數(shù)據(jù)采集和家庭安防監(jiān)控靈活方便，擺脫了布線系統(tǒng)的束縛，同時藍(lán)牙的跳頻技術(shù)大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。但是，目前藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用還存在不足，比如信道兼容性、可靠性和安全性欠缺，無法實現(xiàn)真正的“漫游”。不過，隨著藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展，組建家庭無線近距離網(wǎng)會越來越經(jīng)濟(jì)實用。