蓝牙技术在家庭网络中的应用-家电控制.pdf

收稿日期: 2001212211 基金项目:信息产业部国家重点项目(19991118)资助 作者简介:房 胜,硕士研究生,研究方向为数字化家电网 络控制平台和蓝牙无线技术.钟玉琢,教授,博士生导师,研究方向为视频编码技术,视频点播,信息家电等. 蓝牙技术在家庭网络中的应用-家电控制 房 胜,钟玉琢 (清华大学 计算机科学与技术系,北京100084) 摘 要:家庭网络是一种新兴的网络,具有不同于传统网络的特性.家电的连接和控制是其重要的组成部分.采用蓝 牙联网技术的家庭网络,与采用电话线等进行联网的技术相比,具有不用连线,架构简单的特点.本文详细介绍了如 何使用蓝牙技术实现家庭网络中的家电控制,并对家电的接口设计进行了探讨. 关 键 词:蓝牙;家庭网络;家电控制;串口 中图分类号: tp393. 03 文献标识码 :a 文 章 编 号: 100021220(2003)1021870203 application of bluetooth in home network-consumer electron ics control fan g sheng, zhon g yu2zhuo (d epartm ent of computer s cience home network; consumer electronics control; serial port 1 引 言 近年来,嵌入式计算技术飞速发展,已经扩展到了通信及 家电产品等行业,并由此引发了数字化家电的革命.数字化信 息家电的出现和网络技术的发展使得网络开始进入家庭,从 而出现了 “数字化家庭网络” 的概念. 实现家庭网络的主要目标在于将家庭内部的家电进行联 网.由于家庭网络应用领域的特殊性:面向家庭,因此家庭 网络具有自己的特点: 连接的设备主要是家电产品,种类繁多,而且没有统 一的接口标准 网络中的组成对象要求较高的动态特性,当设备加 入或删除时,不需要对网络重新进行配置 对网络的操作要求简单,方便,也即网络的管理系统 具有较高的自发性,不需要用户过多的干预由于蓝牙技术本 身面向移动环境的特性,因此设备的加入和删除将是非常方 便的;而其无线的特性,也使网络的管理更加简单.本文将 对使用蓝牙技术进行的家电控制给予探讨,并尝试建立标准 的家电接口. 2 系统环境和构成 由于我们现在无法把蓝牙芯片直接安装到各种类型的家 电上,因此我们采用计算机模拟家电的方法进行实验.实验 中采用的蓝牙设备是由摩托罗拉提供的2块pcm c i a接口 的pc卡,和2块u sb接口的pc卡.4块pc卡的设计均遵 循蓝牙sig组织制定的蓝牙1. 0规范.摩托罗拉公司为其蓝 牙设备提供了a p i函数库.我们使用两台笔记本电脑(操作 系统为 w in98) 结合pcm c i a卡,两台台式机(操作系统为 w in2000)结合u sb卡组成实验系统. 图1 基于蓝牙的家电控制软件结构 fig. 1 the architecture of ce control software based on bluetooth 对于家电的控制,由于其数据流量较小,因此采用串口 技术进行数据的传送.在系统中家电控制应用程序首先调用 串口函数建立串口连接以传送数据,而串口连接则通过串口 模拟的方式映射到蓝牙相应的信道上整个系统的软件架构 第24卷 第10期 2003年10月 小 型 微 型 计 算 机 系 统 m i n i- m icro system s vol124 no. 10 oct. 2003 如图1所示. 3 蓝牙设备的连接 蓝牙设备的连接分为两步:首先发现附近蓝牙设备并与 其建立物理连接.然后在物理连接的基础上根据应用程序的 要求建立逻辑信道连接(channel connection ). 发现附近的蓝牙设备包含了以下两个过程: inquiry过程,该过程又包含了paging过程.paging 图2 建立蓝牙serial port profile连接的界面 fig. 2 the interface of setting up bt serial port profile connection 过程在基带协议层的基础上建立一个acl类型的物理连接, 它包括了连接建立发起者(m aster)的page动作和响应该连 接的设备(slave)的page scan动作.其函数调用为: hresul t hr = m_pbluetooth2 inquiry(i nqu iry_ l en gth, 0); 其中, m_pbluetooth是指向bluetooth com组件接口 的智能指针(smart pointer ). 在进行inquiry过程中,系统处 于不可中断状态. 当该过程完成后,附近处于活动状态的蓝牙设备的地址 被存于m aster设备的一个列表中,因此该过程又可称为设 备发现过程(device d iscovery ). 在设备发现过程完成后还可 以进行名称发现过程(n ame d iscovery ). 其相应的函数调用 为: hrsul t hr =m_pbluetooth2 requestremote friendlyn ame(raw_addr ); 在inquiry过程完成后,如图2双击所要与之建立连 接的远程设备,即可完成lm p层的连接(l inking)建立,然 后请求并获得远程设备所具有的服务,即服务发现过程.在 此过程中,进程将首先获取系统中存在的蓝牙各个profile 对应的com组件接口的智能指针,如果成功,则请求其相应 的服务.以serial port profile为例,其关键代码如下: trace(“serial port profilen“); ? ?serial port profile dgaspp: : i btserialportprofileptr pspp; ? ? 指向com组件中蓝牙串口porfile的智能指针 hr = pspp. getactiveobject(dgaspp: : clsi d_btserial portprofile ); ? ? 获得系统中蓝牙串口porfile组件接口的iunknown指针 if(succeeded(hr ) hr = pspp2 getremoteservices(addr, ? ? 获取远程设备的服务列表 . . . . . . . . . . . . 在服务发现过程完毕之后, remote profiles列表框中列 出了远程设备具有的蓝牙配置文件, remote services列表中 列出了与每一个profile对应的服务.由于要把串口连接映 射到蓝牙的逻辑信道连接上,我们选择提供模拟串口连接规 范的serial port profile,其服务定义的默认串口端口为 com 3.如图3,该连接对应蓝牙协议栈的l 2ca p 层(logic l ink control and a daptation protocol ). 其关键代码如下: dgaspp: : i btserialportprofileptr pspp; hr=pspp.getactiveobject(dgaspp: : clsi d_btserial2 portprofile ); if(succeeded(hr ) ccomobject3phandler; ? ? 指向串口组件事件接收器的指针 ccomobject : : createinstance ( ? ? 创建串口组件事件接收器实例 phandler2 connect(pspp ); ? ? 建立串口组件事件接收器与蓝牙serial port profile的组 件接口之间的连接 hr = pspp2 connect(addr, l_name. copy(), r_name. copy (); ? ? 建立与远程设备之间的基于serial port profile的连接 图3 蓝牙协议栈与对应的连接过程 fig. 3 the correspondence between the bt stack and connection procedure 4 家电的控制 当蓝牙设备已经完成模拟串口上的连接时,我们可以使 用标准的方式进行串口编程,但是端口号必须与蓝牙设备模 拟的串口端口相符.串口的设置情况见图4. 当串口的设置完成后,建立串口连接之后,要设置通信 178110期 房 胜 等:蓝牙技术在家庭网络中的应用2家电控制 掩码,运行端口监视线程,当有数据到来时,进行数据的读 取工作.其关键代码如下: overlapped os; os. hevent = createevent(null , tru e, false,null ); ? ? 创建用于端口监听线程的事件 if(! setcommm ask(pcom, ev_rxchar)? ? 设置通信掩码 return false; while(g_comstat. m_bconnected) ? ? 当串口连接存在时,则一直进行端口监听 w aitcommevent(pcom, ? ? 端口监听 if( (dwevtm ask ? ? 当有数据到达时,读取端口中的数据 就可以开始对家电的控制.在家电的控制中,由于家电 种类繁多,因此其接口的设计比较重要.我们尝试把家电的 接口分为如下: 图4 串口的设置 fig. 4 the setting up of com 1.家电通用信息,包括家电的名称,生产厂商,款式, 生产日期等. 2.家电硬件接口信息,包括rom芯片的类型,大小, 驱动信息等. 3.家电工作控制接口,此接口根据不同的家电类型,具 有不同的结构,如冰箱,主要有电源开关,温度,时间等,空 调,则有电源开关,温度,冷风,热风,时间等. 据此,我们可以读取家电的信息状态,并且重新设置其 工作状态. 5 结 论 使用一般的串行线进行家电控制,由于主控机器同各个 模拟家电的机器其物理连接是等同的,因此当主控机器发出 指令时,所有的模拟机器都会收到该指令.这就要求模拟机 器通过身份辨认的方法确定该指令是否是发给自己的.而采 用蓝牙技术,当一个发起设备建立了同一个响应设备之间的 串口连接后,该发起设备在没有断开原来的串口连接时,不 能再与其他的响应设备建立串口连接,这样就省去了身分辨 认的问题. 同时,由于应用程序的连接(connection ), 是建立在各 种逻辑信道的基础上,如图3,因此该发起设备在保持串口连 接的状态下,依然可以与其他的响应设备建立除串口连接之 外的其他连接程序,如基于file t ransfer profile的文件传 送,基于object push profile的名片传送,基于lan profile 的局域网连接等.因此,采用蓝牙技术对家电进行控制的同 时,可以使家庭网络完成更多的功能. 在家庭网络中一个很重要的方面,就是家电接口的设 计.本文中采用了数据结构的方式,定义了一些通用的家电 接口.由于家电的种类层出不穷,数据结构的方式在应用扩 展中会受到很大的限制,采用接口(interface)传递成员函数 (m ethod)的接口规范,将是我们下一步研究的方向.而采用 接口传递成员函数的方式,则要求在服务器中实现服务的注 册和查询,这就要求在蓝牙的服务发现协议(sdp)中增加服 务注册机制,因此如何在家庭环境中进一步优化蓝牙网络的 性能,将是我们另一个研究方向. references: 1specification of the bluetooth system2coreeb?ol.available on http:? 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