基于藍牙的汽車物聯網應用與開發

摘 要：為了深入研究和運用汽車物聯網技術，從物聯網定義出發，采用藍牙核心技術，通過實驗和歸納總結，將汽車的智能發展和藍牙技術應用緊密相聯，以藍牙“搖控”為切入點，進一步研究和開發藍牙潛在拓展運用，獲得了汽車物聯的應用場景，深刻揭示了基于藍牙的汽車物聯網應用和技術解決方案，得到了汽車物聯的重要技術支撐，信息覆蓋面大，應用上具有開發成本低廉，應用靈活方便，技術安全可靠等特點。

關鍵詞：藍牙技術； 汽車物聯； 智能汽車； 智能交通

中圖分類號：TN711-34 文獻標識碼：A

文章編號：1004-373X(2011)17-0196-03

Application and Development on Internet of Things About Automobile Based on Bluetooth

DING Long-gang

(Nanjing Institute of Industry Technology， Nanjing 210046， China)

Abstract： In order to study and apply Internet of Things technology of automobile， starting from the definition of Internet of Things and through experiments and summarization， combining the intellectual development of Automobile and Bluetooth with the Bluetooth core technology. Bluetooth \"remote control\" as an entry point is used to further research and develop the expanded use of Bluetooth， and obtain the application of Internet of Things technology of automobile. The solutions and application of Internet of Things technology of automobile based on Bluetooth are revealed， an important technical support of Internet of Things technology of automobile can be obtained. The technology discussed in this paper has large information coverage range， low development cost on application， flexible operation， safe and reliable technology.

Keywords： Bluetooth technology; Internet of things technology of automobile; smart car; intelligent transportation

0 引 言

物聯網在國際上又稱為傳感網，從某種程度上說，它是繼計算機、互聯網與移動通信之后的又一次信息產業浪潮。如果將小到手表、鑰匙，行李物品，大到汽車、橋梁，樓房，這些物體嵌入一個微型感應芯片，就可使它“智能化”，再借助于有、無線網絡技術，使人與物，物與物進行“對話”和“交流”，這就是物聯網。

物聯網用途廣泛，可運用于城市公共安全、工業安全生產、環境監控、智能交通、智能家居、公共衛生、健康監測等多個領域，在更多的場合，讓人們享受到更加安全輕松便捷的生活。

就目前對物聯網的描述，其涉及的關鍵技術主要有：傳感器技術、識別技術、計算技術、軟件技術，納米技術，嵌入式智能技術等。這些技術領域如果沒有突破，都會制約物聯網的應用和發展［1］。

近幾年，汽車的消費成高速增長態勢，由于道路發展滯后及管理水平的低下，城市擁堵現象非常嚴重，在物聯網概念下汽車物聯技術的運用將有助于城市交通管理智能化水平的提高，有效改善城市交通狀況。

而藍牙技術包含了傳感器技術、識別技術、移動通信技術等，這些技術與物聯網密切相關。因些，藍牙用于智能交通中的汽車物聯網具有十分廣闊的前景。

1 藍牙的技術特點

1998年5月，瑞典愛立信、芬蘭諾基亞、日本東芝、美國IBM和英特爾公司五家著名廠商，在聯合拓展短距離無線通信技術的標準化活動時提出了藍牙技術的概念。 藍牙工作在無需許可的2.4 GHz工業頻段(SIM)之上(我國的頻段范圍為2 400.0～2 483.5 MHz)。藍牙每個頻道帶寬為1 MHz，相鄰頻道中心頻率間隔為1 MHz。為避免帶外輻射和其他干擾，規定上、下保護頻帶分別為3.5 MHz和2 MHz。藍牙采用跳頻擴展頻譜技術，在工作頻段內共設置79個跳頻點，在一個30 s的時間段內，任何一個頻點的使用時間不超過0.4 s，且跳頻過程是偽隨機的。根據藍牙射頻功率的大小可分為3個功率級別，即1級功率100 mW，2級功率2.5 mW，3級功率1 mW。藍牙技術所具備的這些特征能夠較好地承擔起物聯網末端智能傳感和微微網移動通信功能，特別適合汽車物聯的概念和技術要求。

每個計算機網卡都有一個媒體訪問控制地址，即MAC地址，它可以區別網絡上數據的源端和目的端。與此類似，全世界每個藍牙收發器都被惟一地分配了一個遵循IEEE 802標準的48位藍牙設備地址。藍牙設備地址的地址空間為232(約42.9億個)［2］。各個藍牙設備制造商有權對自己生產的產品進行編號，由此可以認為全世界的藍牙設備地址是惟一的，這就給汽車物聯網用戶無線識別提供了技術方案，如汽車定位，汽車身份鑒別，汽車信息查詢，汽車不停車交費，汽車搖控車門及點火，汽車防盜等。

2 藍牙在智能汽車方面的應用

2．1 基于藍牙的汽車物聯

藍牙技術出現十多年來受到多方關注。近年來，藍牙技術在物聯網智能交通領域的應用前景非常看好。車載電子系統正向智能化、信息化和網絡化方向發展，汽車市場已經成為我國經濟重要的增長點，無線通信技術在汽車等移動系統中有著廣泛的應用前景。起初，藍牙技術主要應用在汽車的電話通信方面。但隨著研究和應用的不斷深入，在汽車智能化方面將有更多的藍牙應用：如遠程車輛狀況診斷，車輛安全系統，車對車通信，多媒體下載等［3］。這些已是物聯網智能汽車的初步概念了。汽車物聯網是各個國家和我國極為重視的領域，歐盟在2010年10月份注資3億歐元用于研究智能汽車，智能汽車要用很多傳感器的技術，有的汽車會用200多個傳感器，將來會越來越多，這些有傳感器的汽車每一個部件，都需要跟網絡聯系起來，所以汽車在運行的時候可以通過后臺告警，顯示哪個地方會出現故障，同時可以減少汽車追尾、解決等待時間以及尾氣排放等問題，這就是智能交通，也是“智慧”城市必不可少的一部分［4］。而藍牙完全可以承擔起傳感器角色，它的微型化，高度集成化，休眠功能，廉價性，開放性是傳感器無線傳輸的基本特征。概括起來，目前藍牙技術在汽車上的拓展應用場景集中體現在以下幾個方面。 2．2 應用場景

免提電話

當用戶進入車內，車載系統會自動連接上用戶手機。用戶在駕車行駛過程中，無須用手操作就可以用聲控完成撥號、接聽、掛斷和音量調節等功能，可通過車內麥克風和音響系統進行全雙工免提通話，實際上就是與車內藍牙設備完全構成車內微微網，實現信息交互。

汽車遙控

用戶可以在10 m范圍內用附有藍牙的手機控制車門和車中的各類開關，包括汽車的點火控制等。本應用實際是利用藍牙鑒權“綁定”和藍牙地址“惟一”的特點，強化無線搖控的可靠性和安全性。

音樂下載

用戶可以通過手機加藍牙下載音樂到汽車音響中播放。其優點在于無線鏈接的智能化和高速傳輸。

電子導航

用戶可以通過手機加藍牙下載電子地圖等數據到車載GPS導航系統中，導航系統得到當前坐標參數由藍牙再通過手機短信傳回導航中心，實現實時車輛定位和導航［5］。

汽車自動故障診斷系統

車載系統可以通過手機加藍牙將故障代碼等信息發往維修中心，維修中心派人前來修理時可以按故障代碼等信息準備好相應的配件和修理工具，現場排除故障。

車輛定位

藍牙地址惟一性特點，給車輛的身份確認和定位提供了技術解決方案。首先，汽車上的藍牙可以通過周邊附有藍牙設備的固定物體，如路邊指示牌、路燈、橋梁、大樓等作為參照，再由電子地圖確認自身的準確位置［6］。其次，以藍牙微微網加移動通信構成的網絡可以在需要時實時查找汽車位置信息。

汽車擁堵

目前，汽車擁堵在大城市已是一個非常突出的問題，特別是在我國，已到了非治理不可的地步了，這其中除了車輛增長過快以外，沒有一個智能化的信息平臺也是一個重要的方面。藍牙芯片價格便宜，又具有地址功能，所以用藍牙在城市構成微微網，可以迅速組網，從而用最少的經費實現交通管理信息化的要求。一方面，交管部門可以通過附有藍牙的汽車掌握流量信息并及時發布(而不是實況視頻)實現智能管理，車載藍牙實時系統可以提示駕駛員避開擁堵路段繞過行駛。

2．3 應用現狀

德爾福汽車系統公司已經開發出可以讓駕乘人員用語音進行操控的車載藍牙設備；豐田汽車、日本電裝、NTTDOCOMO、松下電器產業、日產汽車和東芝等六家公司共同制訂了利用藍牙技術的車內無線免提規格——“CCAP”［7］。利用該規格的技術方案，手機通過藍牙技術無線連接車載音響等設備，在行車時可以構筑更加安全的通話系統。摩托羅拉公司還為汽車生產商推出了一種基于藍牙的汽車工具包。有了它，用戶操控手持藍牙設備，就能夠與汽車設備之間進行無線聯系，比如無線遙控打開車門、搖控點火，與車內車輛檢測系統無線交換數據庫。采用藍牙技術的車載裝置將使人們很容易在車內通過英特網下載音樂、錄像和發送電子郵件。

然而到目前為止，汽車電子采用藍牙技術的步伐仍然很緩慢，汽車物聯網的實用階段還遠遠沒有形成，主要原因是汽車工業對可靠性的要求和面臨的環境挑戰遠遠高于其他情況下的器件運用，而藍牙的初忠是為了解決諸如電腦的連線問題，沒有過多考慮惡劣的使用環境。從用戶心理考慮，至少花費了十多萬購買的汽車，一般來說很難容忍一些小的設備故障，而對普通設備系統來說這些問題卻可被接受。而現實是，汽車行駛時會遇到凹凸不平的路面，振動很強烈，有時灰塵也很大。同時，溫度有可能也有很大的變化，不同的外部環境下，車內外的溫度變化范圍可能從-40~50 ℃，這對車載電子設備來說都是十分不利的。好在許多藍牙芯片制造商順應了藍牙技術的拓展運用，研究開發了新版本的藍牙芯片，使得藍牙芯片的適應性更強，藍牙技術的應用將更加廣泛。如CSR公司已推出第六代BlueCore藍牙芯片。BlueCore 6可提供行業領先的無線電性能和低功耗，并完全支持最新版藍牙技術規范(v2.1+EDR)。BlueCore 6包含了CSR公司的AuriStream技術，AuriStream技術可提供更高的語音質量，與標準的藍牙語音傳輸方式相比，BlueCore6-ROM功耗降低了40%［8］。

本研究從藍牙在汽車車門搖控和汽車點火控制與閉鎖入手，探索藍牙的二次開發運用，應用的基本框架是：藍牙搖控器作主設備，藍牙從設備置于車門控制電路和點火開關電路之中，控制器可以發出兩個指令，即車門開啟和火點搖控閉鎖。由于本次匹配采用“綁定”方式，接通速度大大提高，減少了誤動作，增強了可靠性，一般很難截獲無線信號，同時，藍牙設備可與手機保持聯絡，構成報警系統。電路圖如圖1所示。

本藍牙芯片型號為:CSR BC4(v2.0+EDR)，8 Mb FLASH，具有PIO0~PIO11，AIO0，AIO1，USB，PCM，UART及SPI接口，模塊內置8 Mb FLASH，功能強大，用戶可定制軟件，適用于各種藍牙應用［9］。板載天線，便于嵌入式應用，藍牙協議版本 為v2.0，兼容v1.2，USB 協議 USB 1.1，兼容USB 2.0(全速模式)，其主要技術指標為：頻率 2.4 GHz (ISM band)；調制方式 GFSK(Gaussian Frequency Shift Keying)；發射功率≤4 dBm，Class Ⅱ；靈敏度 ≤－84 dBm @ 0.1% BER；通信速率Asynchronous:723.2 Kb/s，(Max)/57.6 Kb/s Synchronous:433.9 Kb/s/433.9 Kb/s；安全特性:Authentication and encryption；應用框架支持HFP 1.5，HFP 1.0，SPP等;供電電源為3.3 V；工作溫度為－20～+55 ℃。

3 結 語

基于藍牙技術的汽車物聯網應用具有十分明顯的優勢，在國外已受到高度重視，應用也不斷深入。而國內這方面的研究與應用進展比較緩慢，即使是藍牙在汽車電子上的應用還只是停留在概念上的較多。汽車上的電子系統基本還是原有的解決方案，這就給藍牙的技術應用提供了廣闊空間。根據工信部的計劃， 汽車物聯網項目已被列為我國重大專項，將獲財政扶持資金，“十二五”期間，工信部將從產業規劃、技術標準等多方面著手，加大對車載信息服務的支持力度，以推進汽車物聯網產業的全面鋪開［10］。因此，通過吸納國外同類產品的應用模式，探索藍牙技術在汽車物聯網中的應用場景，應用價值，應用環境，應用電路，功能實現等，具有前瞻性和實用性，必將取得良好的經濟效益。利用“藍牙技術+3G移動通信技術”來實現汽車物聯網的“傳感”、“識別”、“不停車交費”、“精確定位”、“故障診斷”、“微微網構成”、“信息傳輸”與“交互”等功能，與常規電子設備相比，具有集成化、智能化程度高，可靠性和抗干擾能力強，安全性好，實現方便，性價比高，便于今后網絡化和智能化等多種優勢。

參 考 文 獻

［1］李史歡.基于LIN的車門控制系統的設計［J］.電氣自動化，2009(6):49-51.

［2］丁龍剛.藍牙射頻技術的分析與應用［J］.現代電子技術，2003，26(24):38-40.

［3］李勇.基于藍牙的智能數據采集系統的設計與實現［D］.武漢：華中科技大學，2008.

［4］David Kammer.藍牙應用開發指南［M］.李靜，譯.北京：科學出版社，2003.

［5］唐宏.無線傳感器網絡原理及應用［M］.北京：人民郵電出版社，2010.

［6］丁龍剛.藍牙技術在汽車門控和點火系統中的應用:中國，200910022780.8［P］.2009-10-21.

［7］馬建倉.藍牙核心技術及應用［M］.北京：科學出版社，2003.

［8］莊奕琪.藍牙：夢想與現實［M］.北京：機械工業出版社，2002.

［9］盧雷.CAN總線汽車車身控制系統通信的研究［D］.哈爾濱:哈爾濱工業大學，2009.

［10］吳功宜.智慧的物聯網［M］.北京：機械工業出版社，2010.

作者簡介：

丁龍剛 男，1961年出生，江蘇鎮江人，教授，高級工程師，高級職業指導師，通信學科帶頭人。主要研究方向為移動衛星通信技術、無線網絡技術。