陳娟，王曉友

(武漢理工大學汽車工程學院，湖北武漢430070)

0 前言

藍牙技術是一種便攜式電子設備和固定式電子設備之間代替電纜連接的短距離無線通信的傳輸系統(tǒng)，具有體積小、便于集成，低功耗、對人體無害，很強的抗干擾能力和較高的通信效率，低成本的優(yōu)點。其目標是在所有移動設備之間，以及任何小范圍內各種信息傳輸設備，乃至各種電器設備之間建立起無線鏈接。說得通俗一點，藍牙技術是不必借助電纜就能將各種移動通信設備和電腦設備聯(lián)網，此外還能將各種家電產品、消費電子產品和汽車等，組成一個完整的無線通信網絡。

1 藍牙車載系統(tǒng)的工作原理及特點

1.1 藍牙車載系統(tǒng)的工作原理

藍牙車載系統(tǒng)工作原理如圖1所示。射頻芯片在2.4 GHz頻段提供數據和語音無線雙向傳送。基帶芯片包含跳頻、信道加密解密、鑒權、SCO語音編解碼等硬件，以及鏈路管理、HCI接口等固件。處理器運行藍牙上層協(xié)議棧、應用規(guī)范和語音算法等核心軟件。為方便描述，將射頻、基帶和處理器部分稱為藍牙子系統(tǒng)。汽車音響通過車內麥克風和揚聲器為藍牙子系統(tǒng)提供聲音的輸入輸出。主控制器運行人機接口 (MMI)等軟件，對藍牙子系統(tǒng)、汽車音響和其他車載電子設備進行集中控制管理，并將有關信息顯示在圖形用戶界面 (GUI)上。藍牙子系統(tǒng)包含實現藍牙車載應用規(guī)范有關的軟硬件。基帶芯片通過UART和SSI接口連接處理器:HCI命令、數據和事件通過UART接口傳輸;SCO數據通過SSI接口傳輸。如前所述，處理器運行藍牙上層協(xié)議棧、應用規(guī)范和語音算法等核心軟件。還有藍牙免提應用規(guī)范規(guī)定了在語音網關和免提設備之間建立藍牙數據和語音連接的過程，以及免提設備如何基于該連接對手機進行遠程控制，并訪問外部網絡以實現電話功能。

藍牙技術工作在全球通用的2.4 GHz的ISM頻段，采用跳頻擴譜、時分雙工 (TDD)工作方式、GFSK調制等關鍵技術，數據傳輸速率為1 Mbps，發(fā)射器的發(fā)射半徑為10 m，在特殊情況下通過附加信號放大器可以達到100 m。藍牙技術的實質內容是建立通用的無線通信空中接口及其控制軟件的公開標準，使通信和計算機進一步結合。

1.2 藍牙技術的特點

藍牙技術支持“點對點”和“一點對多點”的通信，基本網絡組成是皮可網 (Piconet)。通過藍牙技術連接在一起的所有儀器就是一個皮可網。由于具有藍牙技術的電子模塊尺寸較小，使其能夠安裝在小型電子儀器中，并具備發(fā)射器和接收器功能，一旦具有藍牙技術的兩個儀器相遇，便會自動建立通信聯(lián)系，同時構成皮可網，此間不需要用戶介入。一個皮可網最多可以為8個活躍的藍牙技術儀器提供地址，也可以最多同時排列256個非活躍的藍牙技術儀器。皮可網中需要有一個核心部件——指令器，由指令器構造皮可網，其他的儀器需要與指令器適配同步。只有從指令器得到數據包的儀器才允許作出應答，這樣在構造皮可網時就不會混亂。2003款奧迪A8轎車的電話/電子通信系統(tǒng)控制單元就是藍牙技術的指令器。

新一代的汽車將包含更多的通過兩個或更多的網絡連接起來的微處理器，其優(yōu)點是汽車參數可以通過軟件個別定制，并且汽車具有更大程度上的自診斷功能。為充分利用這些特點，應在汽車系統(tǒng)和生產工具以及服務工具 (用以下載新軟件、新參數或上載汽車狀態(tài)、診斷信息等)間建立雙向通信。這些生產工具在很大程度上是基于PC機技術，汽車系統(tǒng)和生產工具間的連接是通過電纜、直接CAN總線或網關來實現，但從使用來說還是不夠方便。然而因藍牙技術可在汽車系統(tǒng)和生產工具間建立無線通信，所以有很大優(yōu)勢。

2 藍牙技術在汽車上的運用

2.1 藍牙車載免提電話系統(tǒng)應用

隨著人們生活水平的提高，汽車已經成為許多人首選的交通工具，手機的普遍運用，司機邊開車邊打電話的現象屢見不鮮，帶來了極大的交通安全隱患。免提電話系統(tǒng)是將手機的音頻信號用線纜引出或者進行調制后發(fā)射，利用系統(tǒng)接收后解調，即實現車載免提功能，它能夠使得在開車的同時接聽電話。

藍牙車載免提系統(tǒng)，是用藍牙技術與進入車內的藍牙手機進行無線通信，通過操作免提系統(tǒng)來完成與手機一樣的接聽電話及其他一些功能控制。在車載免提系統(tǒng)中，藍牙模塊主要負責與藍牙手機等其他藍牙設備進行無線連接和數據傳輸，可以將其看作系統(tǒng)上加載一個無線收發(fā)裝置，它對系統(tǒng)起決定性作用。在應用領域，藍牙無線電裝置、電話、信息娛樂和導航系統(tǒng)市場發(fā)展迅速，藍牙技術擁有各種抗干擾功能，可以將汽車駕駛室內大量的射頻干擾信號對數據流和連接的可靠性造成的不良影響減少到最低程度。

藍牙技術作為一項理想的線纜替代技術，利用其優(yōu)越的性能實現車載免提功能。其最大的優(yōu)點是在任何時候可以通過無線方式將手機音頻信號轉移到揚聲器或車內音響。藍牙車載免提的應用場景如圖2所示。

藍牙車載免提電話系統(tǒng)由藍牙手機和車載免提裝置組成，藍牙手機是音頻網關，車載免提裝置利用藍牙無線鏈路連接到藍牙手機，無需操作手機便可實現對外部蜂窩網的控制，包括接聽來電和撥打電話。該系統(tǒng)為司機駕駛時過程中通話提供了一定的安全保障，可以在高速率行駛環(huán)境中保持良好的通話效果，并能提供一定的數據服務。

這種車載免提方案最大的缺點是當用戶不是藍牙手機用戶時，基本上實現不了免提功能。藍牙車載自動接聽系統(tǒng)的設計極具人性化，充分考慮到汽車的內部結構與司機的要求，利用車內電源為其供電，汽車音響為其輸出語音信號。藍牙車載自動接聽系統(tǒng)的通話流程如圖3所示。

只要司機發(fā)動汽車，該系統(tǒng)就可自行啟動，并通過GSM模塊享用G網資源，進行移動通信。司機在駕駛汽車的過程中也不用為接聽手機而分神煩惱，只需通過汽車后視鏡上的顯示屏上的來電顯示判斷是否要接聽電話，如果不想接聽，只需按下無線鍵盤上的掛機鍵，如果需要接聽，不需進行任何操作，只要耐心等待3秒鐘或者按下無線鍵盤上的接聽鍵，就可以通過汽車音響聽到對方的說話聲音。如果司機不希望其他乘客聽到對話的內容，還可以使用耳機接聽電話。本系統(tǒng)還可以自動讀出來電號碼和接收到的中文短信，這全都要歸功于語音芯片的使用，該中文語音芯片通過異步串口接收待合成的文本，直接合成為語音輸出，為整個車載系統(tǒng)提供一套完整的物美價廉的語音解決方案。通過由單片機控制的數字電位器的調節(jié)，由語音芯片輸出的模擬聲音信號還可以進行音量調節(jié)。當司機不需要撥打或接聽電話時可以通過靜音開關自動切換回汽車音響狀態(tài)，即可自由享受音樂與使用“手機”的雙重快樂與便利。

2.2 藍牙后視鏡

汽車后視鏡也能利用上藍牙，如圖4所示。

或許這個讓人有些費解。LG公司曾展示了一款支持藍牙的汽車后視鏡，這款汽車后視鏡能夠通過藍牙和手機連接，在來電的時候將在鏡面中間顯示來電號碼。除此以外，該后視鏡還集成了免提電話功能，可以通過汽車供電，同時也包含一個內置的電池，支持150小時待機和7小時通話?；蛟S今后你不必再冒著撞車的危險低頭找電話，只要眼角往上一瞄，就能同時看清誰來電和后方車輛的動向，安全又方便。

2.3 藍牙無線四輪定位儀

作為汽車檢測的基本設備，四輪定位儀是專門用來測量車輪定位參數的設備。國內市場上常見的四輪定位儀主要是拉線式和無線測量有線傳輸式兩種，未來的發(fā)展趨勢是全無線式。

傳統(tǒng)的汽車四輪定位儀是依靠有線方式與主電腦通信的，使用起來有諸多不便，具有藍牙模塊的車輪定位儀僅添加了無線收發(fā)單元的軟硬件，既避免了汽車維修站的二次投資，也可以極大地提高操作的工作效率。藍牙模塊體積小，不受障礙物和角度的限制，價格也相對低廉，其工作原理如圖5所示。

藍牙主設備是具有無線收發(fā)功能的主控電腦，負責查詢四輪的狀態(tài)，并且向四輪發(fā)送調整指令;藍牙從設備是四個安裝在汽車車輪上的測量傳感器，負責測量四輪的狀態(tài)參數，并把測量得到的參數無線傳回主控電腦。主控電腦里存儲了該車型的標準資料，它無線接收四輪傳來的數據 (汽車現在的四輪定位參數)，并與該車型的存儲值對比算出偏差，作出相應的判斷，再把調整指令無線發(fā)送給四個車輪。

2.4 藍牙技術在2003款奧迪A8轎車上的應用

在汽車上實現藍牙技術，需要藍牙技術與汽車原有的CAN總線技術、光纖數據總線技術等相連接。圖6為2003款奧迪A8轎車的總線網絡示意圖。其CAN總線將各個單一的控制單元以某種形式 (多為星形連接)連接起來，形成一個完整的系統(tǒng)。

該車利用電子通信控制單元等，實現藍牙技術，不僅能用于打電話，還可以用來聽音樂。奧迪與韓國三星公司合作開發(fā)的車載藍牙音樂系統(tǒng)中，根據三星公司與奧迪達成的技術合作協(xié)議，三星向奧迪A8汽車的收音系統(tǒng)發(fā)射數據，播放MP3。三星和奧迪之間進行音樂傳輸遵循了基于藍牙技術的AdvancedAud io D istribut ion Profile協(xié)議，三星可以實時地通過藍牙連接方式向奧迪A8發(fā)送MP3音樂的數據，而奧迪A8中內置的藍牙組件可以將三星通過藍牙連接發(fā)送來的音樂數據實時播放，達到了手機存儲資源和汽車播放資源的同時利用。很多MP3播放器產品就有類似的功能。

3 汽車藍牙技術遇到的問題

盡管藍牙技術在汽車上使用有諸多好處，但到目前為止還需要克服一些問題。例如，因為車內的溫度范圍在－40～85℃，為了滿足要求藍牙技術的Blue Core芯片則必須要求在－40～105℃仍能正常作業(yè)，因此這樣苛刻的條件對芯片的設計要求很高。除了溫度之外，車內的其他射頻裝置會對藍牙通信具有潛在的干擾或者被干擾的可能，這是因為汽車本身實際上是一個會反射信號的“鐵罐子”，當汽車音響、GPS導航設備、衛(wèi)星數字收音服務、GSM收發(fā)器及其他電子裝置發(fā)射的射頻波在汽車座艙內會產生反射作用，其潛在結果將造成一種相位平移，再加上重疊效應則將導致信號互相抵消或遭到破壞，這些射頻的存在對于汽車無線系統(tǒng)的數據傳輸都具有負面的影響。盡管藍牙技術本身已在標準規(guī)范內設計了一些對抗干擾的有效機制，但專家們認為，與安全有關的數據傳輸必然對傳輸的可靠性和傳輸速度提出更高的要求，因此藍牙技術必須要滿足更高的使用要求。

4 結論

當前飛速發(fā)展的汽車市場，為藍牙技術在汽車領域的應用提供了一個廣闊的發(fā)展空間。

汽車電氣系統(tǒng)與藍牙技術相結合，給汽車的使用和服務帶來了更大的方便，將皮克網 (Pico net)與移動電話甚至Internet連接起來，車主在任何時間、任何地點都可以了解汽車的狀況，并給予必要的控制;當汽車進入維修服務站時，汽車的皮克網會與服務站的計算機建立通信，服務人員可以通過服務站的計算機獲得必要的工作指示。給汽車服務時，可以通過服務站計算機設置，調整一些參數，如車燈、發(fā)動機、空調系統(tǒng)的參數，還可以為汽車任何系統(tǒng)的電控單元下載最新版本的軟件。

在汽車工業(yè)中把藍牙技術用做CAN網絡的網關，將使汽車具有更高的無線接口能力，從而具有更廣闊的市場前景。為得到這個市場，必須在汽車中存儲專用的藍牙MAC層，并能通過CPU的指令在它與用戶訂制的MAC間切換。如果藍牙芯片與用戶訂制MAC相結合，將藍牙單元安置在需要靈活電纜的地方，這將不僅僅是上面提到的藍牙CAN網關通信，其市場潛力會更大。

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