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无线电平所允许的连接范围10米(如加大功率后可达100米)之内,蓝牙协议就会自动扫面检测,实现连接,进行信息的交换。
其主要功能在于实现最高数据传输速率为1Mb/s,最大传输距离为10米(如加大功率后可达100米)的无线通信。它使用ISM频段(工业、科学和医学频段)传送话音和数据。蓝牙技术的最终目的就是要建立一个全球统一的无线连接标准,使得不同厂商生产的数字信息设备在近距离内不用电缆就可以很方便地连接起来,实现相互操作与数据共享。这种蓝牙无线连接方式是非常新颖的,凡是嵌入蓝牙技术的设备相互之间都能够自动进行联络与确认,利用相应的控制软件,不许用户干预就可以自动建立连接并传输数据,免去了用户安装和设置的繁琐工作。 1.2.2 蓝牙技术的特点
该技术优势在于短距离无线数据传输,能非常方便的实现快速、灵活、低功耗、低成本的数据和语言通信。蓝牙提供点对点,点对多点的无线连接,使各类蓝牙设备之间进行信息交换。首先提出通信要求的设备是主设备(Master),被动进行通信的设备为从设备(Slave).通过时分多只(TDM)方式,1台主设备最多可与7台从设备进行通信。设备的主从身份仅在网络连接过程中有效,一旦连接关系取消,则主从身份也就随之取消。
蓝牙技术的主要特点有:
射频特性:蓝牙工作在全球通用的2.4GHZISM(即工业、科学、医学)频段。在此频段中,无需向专门管理机构申请频率使用权限。蓝牙采用时分双工方式,实现了全双工传输,其调制方式为BT=0.5的GFSK,调制指数为0.28~0.35.并且蓝牙的无线发射机采用FM调制方式,从而降低了设备的复杂性。蓝牙的传输距离为10米,增加其功率或加入外设可以使传输距离达到100米。
跳频技术:蓝牙将2.4~2.4835GHZ之间以1MHZ划分出79个频点,蓝牙根据微微网中主单元确定的调频序列进行调频。当对应单时隙包,调频速率可达到1600跳/s;对于多时隙包,跳频速率有所降低,但在建链是则提高到32001600跳/s。跳频技术的采用使蓝牙的无线链路自身具备了更高的安全性和抗干扰能力。
TDMA结构:蓝牙采用时分复用多路访问技术。其基带传输速率为1Mb/s,采用数据包的形式按时隙传送数据,每时隙0.625us.蓝牙系统支持实时的同步定向连接和非实时异步不定向连接。蓝牙技术支持1个异步数据通道和3个并发的同步
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语音通道或1个同时传送异步数据和同步语音通道。每个蓝牙设备在自己的时隙发送着数据,在一定程度上避免了无线通信中的“碰撞”和“隐藏终端”等问题。
软件的层次结构:和许多通信系统一样,蓝牙的通信协议采用层次式结构。其底层为各类应用所通用,高层则视具体应用有所不同,大体分为计算机背景和非计算机背景两种方式,前者通过主机控制接口HCI(Host Control Interface)实现高、低的连接。后者则不需要HCI。层次结构使其设备具有最大的通用性和灵活性。根据通信协议,各种蓝牙设备无论怎任何地方,都可以通过人工或自动查询来发现其他蓝牙设备。从而构成主从网和分散网,实现系统提供的各种功能,使用起来时分方便。 1.2.3 蓝牙通信的协议
蓝牙技术由一组成为协议栈的技术协议规定,蓝牙协议栈分为四部分:
图1.1 蓝牙协议栈
核心协议(Baseband、LMP、L2CAP、SDP)、电缆替代协议(RFCOMM)、电话传输控制协议(TSC Binary、AT命令集)、和选用协议(PPP、UDP/TCP/IP、OBEX、WAP、vCard、Vcal、IrMC、WAE)。蓝牙协议栈如图1.1所示。蓝牙核心协议是由SIG制定的蓝牙专利协议组成,绝大部分蓝牙设备都需要核心协议(加上无线部分),而其他协议根据应用的需要而定。总之,无论电缆替代协议,电话控制协议和其他被采用的协议idoushi在核心协议基础上构成了面向应用的协议。
核心协议是蓝牙专利协议,包括基带协议(ase Band)、连接管理协议(LMP)、逻辑链路控制和适配协议()L2CAP以及服务发现协议(SDP).
基带和链路控制层确保微微网内各蓝牙设备之间由射频构成的物理连接,蓝牙的射频系统是一个跳频系统,其任意数据包在指定实习、指定频率上发送,他
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使用查询和寻呼进程同步不同设备间发送频率和时钟,可谓基带数据包提供两种物理连接方式:面向连接(SCO)和无连接(ACL),而且在统一射频上可实现多路数据传送。ACL适合于数据包、SCO适用于语音和数据的组合。蓝牙基带协议是电路交换和分组交换的融合。所有语音和数据包都富有不同级别的前向纠错(FEC)或循环冗余校验(CRC),而且可进行数据加密。此外,不同数据类型(包括连接管理信息和控制信息)都分配一个特殊的通道。
连接管理协议(LMP)负责蓝牙设备连接的建立。通过连接的发起、交换、核实,进行身份验证和加密,通过协商确定基带数据包大小。它还控制无线设备的电源模式和工作周期,以及微微网内蓝牙设备单元的连接状态。
逻辑链路控制和适配协议(L2CAP)是基带的上层协议,可以认为它和连接管理协议(LMP)平行工作。它们的区别在于当业务数据不经过LMP时,L2CAP为上层提供服务。L2CAP向上层提供面向连接和无连接的数据服务。他采用了多路技术、分割和重组技术、群提取技术。L2CAP允许高层协议以64K字节收发数据包。虽然基带协议提供了SCO和ACL两种连接类型,但L2CAP只支持ACL.
服务发现协议(SDP)在蓝牙协议栈中起到至关重要作用,它是所有用户模式的基础。使用SDP可以查询到蓝牙设备信息和服务类型,从而在蓝牙设备间建立相应的连接。
除了上述协议外,规范中还定义了主机控制器接口(HCI),他是位于L2CAP层和LMP层之间的一层协议,他为基带控制其、连接管理器、硬件状态和控制寄存器提供命令接口。 1.2.4 蓝牙的应用
居家应用:通过使Bluetooth技术产品,人们可以免除居家办公电缆缠绕的苦恼。鼠标、键盘、打印机、膝上型计算机、耳机和场声器等均可以在 PC 环境中无线使用,这不但增加了办公区域的美感,还为室内装饰提供了更多创意和自由(设想,将打印机放在壁橱里)。此外,通过在移动设备和家用PC之间同步联系人和日历信息,用户可以随时随地存取最新的信息。Bluetooth设备不仅可以使居家办公更加轻松,还能使家庭娱乐更加便利:现在您不必撇开客人,单独离开去选择音乐。用户可以在30英尺以内无线控制存储PC或Apple iPod上的音频文件。Bluetooth技术还可以用在适配
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器中,允许人们从相机、手机、膝上型计算机向电视发送照片以与朋友共享。
工作应用:通过Bluetooth无线技术,办公室里再也看不到凌乱的电线,整个办公室也像一台机器一样有条不紊地高效运作。PDA可与计算机同步以共享日历和联系人列表,外围设备可直接与计算机通信,员工可通过Bluetooth耳机在整个办公室内行走时接听电话,所有这些都无需电线连接。Bluetooth技术的用途不仅限于解决办公室环境的杂乱情况。启用Bluetooth的设备能够创建自己的即时网络,让用户能够共享演示稿或其它文件,不受兼容性或电子邮件访问的限制。Bluetooth设备能方便地召开小组会议,通过无线网络与其它办公室进行对话,并将干擦白板上的构思传送到计算机。消除台式机杂乱的连线,实现无线高效办公。Bluetooth无线键盘、鼠标及演示设备可以简化工作空间。将PDA或手机与计算机无线同步可以及时有效地更新并管理用户的联系人列表和日历。
途中应用:具有Bluetooth技术的手机、PDA、膝上型计算机、耳机和汽车等能够在旅途中实现免提通信,让用户身处热点或有线宽带连接范围之外仍能保持Internet网络连接,以及在PC和移动设备之间同步联系人和日历条目以访问重要信息。车载Bluetooth免提系统使司机能直接通过扬声器系统拨号,而其Bluetooth手机可放置在车内任何位置,因而得以保持双手紧握方向盘、双眼密切留意路况。即使是驾驶摩托车也能通过启用Bluetooth的头盔保持连接。
娱乐应用:Bluetooth无线技术将很快实现使用无线耳机方便地欣赏 MP3 播放器里的音乐,抛弃妨碍我们使用跑步机、驾驶汽车或在公园游玩的电线。发送照片到打印机或朋友的手机也非常简单。现在,很多商店提提供打印站服务,让消费者能够通过Bluetooth连接打印拍照手机上的照片。在山上,通过Bluetooth连接将GPS设备链接到PDA上,就能知道您身在何处。地理寻宝和徒步旅行爱好者期待着到最新启用Bluetooth的设备来帮助他们确定路线和跟踪行程。
1.3 本课题的主要研究内容
本文所介绍的系统在充分考虑了消费者的实际情况和系统的性价比之后,确
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定在家庭中采用蓝牙技术使各种信息电器和家庭中的各种检测情况工作在统一的平台上用计算机集中控制。
本设计主要研究基于蓝牙的家庭控制器的具体实现问题,其主要研究内容如下:
1.家庭内的网络信息家电、三表系统、各类开关、安防监控设备的互相通信过程,也就是说家庭内部各种信息家电的互相连接,使各种设施统一规划在一个有序的状态下,以同一的管理,使之功能更强大、使用更方便、维护更容易、更易扩展新用途。这是本文的核心内容。
2.如何实现家庭信息终端,也就是选择什么数据传输方式,选择什么器件或芯片来控制家庭信息终端,控制信息终端之间的数据传输和数据处理,
3.研究蓝牙的通信协议,使得计算机和单片机之间根据通信协议保证数据传输的可靠性、准确性和实时性。
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