蓝牙技术及其在汽车上的应用.doc

进入21世纪以来, 科技发展日新月异, 而将最新技术融入最新车型, 以实现更大的附加值, 增强自身的竞争力, 是各大汽车制造商追求的主要目标。而对汽车的使用者来说, 更希望汽车能成为一种移动的信息系统, 既能实现汽车电子仪表和信息设备自身联网, 也能及时与外界进行信息沟通与交流, 快捷处理各种办公业务和电子商务。要实现这种新一代汽车电子信息系统, 蓝牙技术是不可或缺的。利用蓝牙技术可以将汽车上的各种电子设备以无线的方式连成一体, 形成车域网, 这些设备包括电气设备、音响和视频设备、车辆定位与监控设备、各种传感器及其控制系统、车辆保安系统和车辆导航系统等。1 蓝牙技术蓝牙是一种近距离无线通信技术规范, 用来描述和规定各种信息电子产品(包括通信、计算机和消费电子产品)相互之间如何用短距离无线电系统进行连接。通常要实现信息电子设备之间的信息传递与同步, 电缆必不可少, 而蓝牙技术最大的好处就是消除了千头万绪的电缆线, 蓝牙技术是一种低功耗的无线通信技术, 成本低, 容易实现, 便于推广。蓝牙的关键技术包括跳频技术、微微网和分散网技术、安全技术及纠错技术。1. 1 跳频技术蓝牙的载频选用全球通用的2. 4GH z ISM频段, 由于2. 4GH z的频段是对所有无线电系统都开放的频段, 因此使用其中的任何一个频段都有可能遇到不可预测的干扰源。采用跳频扩谱技术是避免干扰的一项有效措施。跳频技术是把频带分成若干个跳频信道, 在一次连接中, 无线电收发器按一定的码序列不断地从一个信道跳到另一个信道, 只有收发双方是按这个规律进行通信的, 而其他方不可能按同样的规律进行干扰。跳频的瞬时带宽是很窄的, 但通过扩展频谱技术使这个窄带宽成百倍地扩展成宽频带, 使干扰可能产生的影响变得很小。依据各国的具体情况, 以2. 4GH z为中心频率, 最多可以得到79个1MHz带宽的信道。在发射带宽为1MH z 时, 其有效数据速率为721kb / s, 并采用低功率时分复用方式发射。对应于单时隙分组, 蓝牙的跳频速率为1600 跳/ s; 对应于时隙包, 跳频速率有所降低, 但在建立链路时则提高为3200跳/ s。使用这样高的跳频速率, 蓝牙系统具有足够高的抗干扰能力。它采用以多级蝶形运算为核心的映射方案, 与其他方案相比, 具有硬件设备简单、性能优越、便于79 /23频段两种系统的兼容以及各种状态的跳频序列使用统一的电路来实现等特点。与其他工作在相同频段的系统相比, 蓝牙跳频更快、数据包更短、更稳定。1. 2 微微网和分散网技术当两个蓝牙设备成功建立链路后, 一个微微网便形成了, 两者之间的通信通过无线电波在79个信道中随机跳转而完成。蓝牙给每个微微网提供特定的跳转模式, 允许大量微微网同时存在, 同一区域内多个微微网的互联形成了分散网。不同的微微网信道有不同的主单元, 因而存在不同的跳转模式。在任意一个有效通信范围内, 所有设备的地位都是平等的。首先提出通信要求的设备称为主设备, 被动进行通信的设备称为从设备。利用TDMA, 一个主设备最多可同时与7个从设备进行通信, 并和多个从设备(最多可超过200个) 保持同步, 但不通信。一个主设备和一个以上的从设备构成的网络称为蓝牙的微微网。若两个以上的微微网之间存在着设备间的通信, 则构成了蓝牙的分散网络。基于TDMA原理和蓝牙设备的平等性, 任一蓝牙设备在微微网和分散网中, 既可作主设备, 又可作从设备, 还可同时既是主设备又是从设备。因此, 在蓝牙中没有基站的概念。另外, 所有设备都是可移动的。1. 3 安全技术安全性也是引起关注的关键技术, 蓝牙技术的无线传输非常容易受到攻击, 虽然蓝牙系统所采用的跳频技术已经提供了一定的安全保障, 但是蓝牙系统仍然需要链路层和应用层的安全管理。在链路层中, 蓝牙系统使用认证、加密和密钥管理等功能来进行安全控制。在应用层中, 用户可以使用个人标识码( PIN )来进行单双向认证。1. 4 纠错技术蓝牙系统的纠错机制分为FEC和包重发。为了减少复杂性, 使开销和无效重发为最小, 蓝牙执行快ARQ 结构。ARQ 结构分为停止等待ARQ、向后N 个ARQ、重复选择ARQ和混合结构。2 蓝牙技术在汽车上的应用2. 1 蓝牙免提电话随着蓝牙芯片价格的不断降低, 人们开始关注蓝牙的应用, 其中也包括汽车制造商。目前, 汽车上应用较多的是蓝牙免提电话系统。该系统可以让驾驶员不用触碰电话就能接听来电或拨号,腾出双手专心驾驶, 从而提高了驾车的安全性。当有电话进来时, 驾驶员可以通过汽车的立体声音响扬声器听到来电者的声音。通话时则可用预装的汽车话筒, 并用语音指令来接听或拒绝来电。一个小型的控制盘可放在汽车的仪表板上用来启动电话、控制音量以及接听或拒绝来电。2. 2 故障检测中的应用蓝牙技术可以将许多设备连接在一起, 这为汽车故障诊断带来了方便。车载免提电话可以通过蓝牙技术与汽车上的各种控制器连接在一起。因此, 当汽车发生故障而无法启动时, 你可以先通过车载免提电话读出故障代码, 然后再决定是否需要叫救援车将它拖到维修厂进行维修。与此同时, 也可以通过蓝牙测试系统对故障进行测试。如图1所示, 传感器及数据采集系统将车内的各种数据采集后送到中央处理器进行处理, 当某一部分发生故障时, 处理出来的数据必定会出现异常。这些数据通过蓝牙无线传送到带蓝牙的LCD显示器或PDA 等设备上, 使车主或维修人员能够很快找到故障点。另外, 这些车况数据也可以通过蓝牙传送给车载GPS 设备, 从而通过GPS 网络送出, 使远程监控、故障检测成为可能。2. 3 在车辆管理中的应用利用蓝牙技术可以实现不停车收费。当驱车接近收费口时, 可以用自己的蓝牙手机完成通行费的无线电子支付。这种非接触的支付方式还可以用到停车场、加油站收费等场合。2. 4 蓝牙技术与总线技术的结合目前, 在汽车上实现蓝牙技术, 需要蓝牙技术与汽车原有的CAN 总线技术、光纤总线技术等相结合。蓝牙技术在汽车上的应用对于汽车本身的结构会产生很大的影响。现在大部分汽车上传感器都是通过CAN 总线连接在一起, 采用蓝牙技术后就不再需要这种总线了, 传感器之间通过蓝牙技术无线连接在一起。2. 5 应用前景展望蓝牙技术的蓬勃发展不容质疑。专家预测,2008年将超过2200万辆汽车采用蓝牙技术, 蓝牙将占据全球16%的汽车市场。目前汽车蓝牙电子产品已经开始批量运用于主流车型, 著名汽车公司正在大规模发展蓝牙的汽车应用。未来几年蓝牙技术在汽车中的应用将会持续扩展。3 结语人类正在步入数字化网络信息时代, 而数字化设备的有线连接给人们随时随地与信息网络相连和通信带来很多不便。发展无线通信连接技术,