車載藍牙技術的應用研究

□ 張 劍

一、引言

近年來，傳統網絡布線的通訊方式越來越不能滿足人們對數據傳輸的需要，各種無線傳輸技術發展迅速。汽車工業同樣有無線通訊的需求，而由于紅外技術、802．11、HomeRF等無線通訊技術均有一定的局限性，并不適合在汽車工業中應用。藍牙技術作為一種短距離無線網絡連接技術在各行各業都有較為廣泛的應用，在汽車行業藍牙技術憑借其優勢更是有廣闊的應用前景。

目前車載藍牙技術應用最廣泛的領域包括車載無線通信，車載信息系統以及車輛狀態檢測三大領域。在汽車工業發展歷程中，移動通信和數據傳輸領域都有較強的提高信息傳輸快速性和便捷性的需求，藍牙技術以其在短距離無線通信方面的應用優勢在汽車工業中扮演了極其重要的角色。

二、藍牙技術

(一)藍牙技術簡介。“藍牙”(Bluetooth)是一種公開的無線通信技術標準，由 Ericsson，TOSHIBA，IBM，INTEL和NOKIA五家公司在1998年提出，作為一種窄帶寬傳輸技術，它工作在全球通用的2．45GHz頻段。

藍牙技術有以下幾個主要的特點:一是開放性，藍牙無線通信技術的規范完全是公開和共享的，因此不同行業有使用這一技術需求的廠家可以便捷地了解并應用這一技術;二是兼容性，不同公司的藍牙產品之間可以實現互操作和數據共享，為藍牙技術的應用奠定了基礎;三是可移植性，可應用于多種場合，例如:WAP，GSM，DECT等，這一特點大大拓寬了藍牙技術的應用領域。基于上述主要特點，藍牙技術成為了個人區域網絡的主要標準之一，同時，藍牙技術的開放性、兼容性和良好的可移植性，是藍牙技術廣泛應用的前提條件。

(二)藍牙技術相關協議。藍牙技術的各層協議和藍牙應用規范是藍牙技術的應用基礎，完整的藍牙協議棧包括基帶協議，邏輯鏈路控制和適配協議，串口仿真協議，傳輸控制協議，服務發現協議，連接管理協議等。

基帶作為藍牙技術的物理層，其任務是物理信道和鏈路的管理。基帶協議具有如下作用:在藍牙微微網中建立若干藍牙單元之間的物理RF連接，同時，微微網內藍牙設備的跳頻頻點和本地時鐘的同步也由基帶協議完成。

邏輯鏈路控制和適配協議是基帶的上層協議，該層協議與鏈路管理協議并行工作，但是當業務數據不經過鏈路管理協議時，邏輯鏈路控制和適配協議向上層提供數據服務，包括面向連接的和無連接的，同時，多路技術、分割和重組技術以及群提取技術在該層協議中也被使用。邏輯鏈路控制和適配協議允許高層協議以64k字節長度收發數據分組。

串口仿真協議作為一種電纜替代協議，在藍牙基帶協議的基礎上實現了RS-232控制和數據信號的仿真，為使用串行線傳送機制的上層協議(如OBEX)提供服務。在兩臺藍牙設備之間，可通過串口仿真協議實現60個并發連接。

傳輸控制協議在網絡層采用IP協議情況下，在傳輸層建立不同設備之間的可靠連接。

服務發現協議的功能是提供發現服務，這一服務是藍牙技術中所有用戶模式的基礎。使用服務發現協議可以查詢到設備信息和服務類型，從而在藍牙設備間建立相應的連接。

連接管理協議建立了藍牙設備間的連接。在連接的發起、交換、核實，進行身份認證和加密過程中，通過協商確定基帶數據分組大小。通過連接管理協議，還可以對無線設備的電源模式和工作周期，以及微微網內設備單元的連接狀態進行控制。

無線應用協議為無線終端提供Internet通信和高級電話服務的標準。

三、車載藍牙技術的應用

(一)基于藍牙技術的車載無線通信系統。車載無線通信是目前車載藍牙技術應用最廣泛的領域。由于移動通信的便捷性，在駕駛中使用移動通信工具的需求越來越強烈，手持移動終端接聽電話有很大的安全隱患。為保證駕駛過程中的安全，傳統的解決辦法主要有兩種，一是把聲頻信號用線纜引出，二是把信號調制發射后，利用車上的調頻廣播接收放大，相較于這兩種方法，采用藍牙技術從而實現無線接聽電話是一種更為便捷的解決方案，車載設備連接到駕駛者的手機，可以用來撥打和接聽電話，更常見的是連接到移動電話來撥打和接聽電話，使用無線耳機，這一過程的數據流如圖1所示。

圖1 基于藍牙的車載無線通信系統數據流

這一技術采用了藍牙協議中的Hands-Free Profile(HFP)應用模型，HFP描述了在手機和免提設備之間進行語音數據交互的過程，基于這一過程建立了車內的移動終端、車內控制臺、車外移動網絡三者之間的數據交換網。在車內有機座的情況下，通過耳機在機座上插拔或耳機按鈕遙控兩種方式實現音頻輸出的切換。HFP定義了兩個角色，音頻網關(AG)和免提設備(HF)。比較常見的應用模式是一部手機作為網關，用于音頻的輸入和輸出。免提設備(HF)作為音頻網關的遠程音頻輸入和輸出載體。

同時，藍牙技術為了克服周圍環境中的干擾，采用了1600跳/秒的跳頻擴頻技術。這一跳頻擴頻技術為良好的語音通信信號奠定了基礎，因此藍牙技術較適合于在車載移動通信領域中應用。

(二)基于藍牙技術的汽車導航系統。利用GPS(全球定位系統)進行汽車的導航定位是目前汽車導航領域較為常見的解決方案，但在有些情況下，GPS信號受到干擾甚至無信號，這樣就無法利用GPS進行正常的導航定位，為了解決這一問題，基于藍牙技術的路標定位解決方案應運而生。當無GPS信號時，利用路標通過藍牙將當前汽車所處位置信息傳送給汽車，利用這些信息再進行導航定位。在實際中，如果遇到由于街道狹窄，GPS信號被嚴重遮擋的情況，該導航定位方案可以充分發揮導航定位效果。具體的實現原理示意圖如2所示。

圖2 基于藍牙的汽車導航定位系統結構

該定位解決方案由GPS、航位推算、路標三個主要部分構成，而藍牙技術則充當了路標與車內系統之間的數據傳輸關鍵橋梁。當由于環境情況以及干擾等其他原因汽車無法利用GPS定位時，路標通過藍牙技術將位置等汽車導航需要的數據傳送給車內控制系統，從而完成汽車的定位以及精確行駛。這一方案擴展了基于GPS與航位推算的汽車導航定位方案，它的應用將會使得車載導航定位系統更加完善。

(三)基于藍牙技術的四輪定位系統。汽車狀態的檢測有多種多樣的方式，從安全性的考慮，狀態檢測的實時性和快速性是一種必要的需求，而檢測過程中的數據傳輸方式則是較為關鍵的一個環節。

四輪定位儀是汽車狀態檢測的一個重要部分，它可以完成對車輛四個輪胎的位置參數檢測。傳統的拉線式和無線測量有線傳輸式四輪定位儀的弊端較為明顯，接線繁瑣，數據傳輸便捷性差，因此在環境條件復雜且對數據傳輸快速性要求較高的車輛檢測場所的適用性需要提高。利用藍牙技術實現四輪定位數據的無線傳輸可以大大提高汽車四輪定位的便捷性和快速性。

作為藍牙技術點對多點的典型解決方案，汽車的四輪定位系統主要由安裝在汽車四個車輪上的傳感器和控制計算機組成，其系統結構如圖3所示。為了實現車輪位置參數的無線傳輸，分別為控制計算機和四個機頭配置藍牙模塊，控制計算機連接藍牙模塊的方式主要有兩種，一是通過RS232串口，二是通過USB接口。在傳感器完成對車輪位置參數如前束，外傾角，主銷內傾角和主銷后傾角的采集后，通過藍牙模塊將數據實時傳送到控制計算機，在控制計算機上可以比對由藍牙模塊接收到的數據與該車輛的標準四輪參數，從而完成汽車的四輪檢測定位任務。這一應用將會大大提高車輛四輪定位系統中數據傳輸的便捷性。

圖3 基于藍牙的四輪定位系統結構

四、結語

藍牙技術作為一種低成本、便捷的無線傳輸技術，應用領域廣泛，藍牙設備之間互操作性強，所需空間小，具有成本優勢。因此，在車載系統中藍牙技術能夠實現便捷的數據傳輸，該技術在車載無線通信、汽車導航定位以及汽車狀態檢測方面體現了良好的應用價值，推動了汽車工業向智能化方向發展。同時，藍牙技術在應用上也存在一些弊端，藍牙技術并不支持漫游功能，這一特點限制了藍牙技術的應用。雖然藍牙技術可以實現微網絡與擴大網之間的切換，但是每次切換當前PAN連接必須斷開，這一點對于某些應用場合是可以接受的，但對于實時通話、數據同步傳輸和信息提取等需要穩定的數據連接的應用來說，連接斷開傳輸就中斷。因此，移動IP技術與藍牙技術的結合，是藍牙技術應用的一個發展方向。隨著車載藍牙應用對藍牙技術的可靠性、穩定性、傳輸速率和抗干擾能力等方面要求的提高，車載藍牙技術仍有較大的提升空間。

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［2］劉國巍，梁釗，沈連豐等．基于藍牙技術的車載免提系統研究［J］．電聲技術，2003

［3］張國．藍牙技術在車載信息系統中的應用研究［D］．大連理工大學，2008

［4］熊慧，劉建業，孫永榮等．藍牙技術在車輛導航系統中的應用研究［J］．工業控制計算機，2003