车载蓝牙技术的应用研究

□ 张 剑

一、引言

近年来，传统网络布线的通讯方式越来越不能满足人们对数据传输的需要，各种无线传输技术发展迅速。汽车工业同样有无线通讯的需求，而由于红外技术、802．11、HomeRF等无线通讯技术均有一定的局限性，并不适合在汽车工业中应用。蓝牙技术作为一种短距离无线网络连接技术在各行各业都有较为广泛的应用，在汽车行业蓝牙技术凭借其优势更是有广阔的应用前景。

目前车载蓝牙技术应用最广泛的领域包括车载无线通信，车载信息系统以及车辆状态检测三大领域。在汽车工业发展历程中，移动通信和数据传输领域都有较强的提高信息传输快速性和便捷性的需求，蓝牙技术以其在短距离无线通信方面的应用优势在汽车工业中扮演了极其重要的角色。

二、蓝牙技术

(一)蓝牙技术简介。“蓝牙”(Bluetooth)是一种公开的无线通信技术标准，由 Ericsson，TOSHIBA，IBM，INTEL和NOKIA五家公司在1998年提出，作为一种窄带宽传输技术，它工作在全球通用的2．45GHz频段。

蓝牙技术有以下几个主要的特点:一是开放性，蓝牙无线通信技术的规范完全是公开和共享的，因此不同行业有使用这一技术需求的厂家可以便捷地了解并应用这一技术;二是兼容性，不同公司的蓝牙产品之间可以实现互操作和数据共享，为蓝牙技术的应用奠定了基础;三是可移植性，可应用于多种场合，例如:WAP，GSM，DECT等，这一特点大大拓宽了蓝牙技术的应用领域。基于上述主要特点，蓝牙技术成为了个人区域网络的主要标准之一，同时，蓝牙技术的开放性、兼容性和良好的可移植性，是蓝牙技术广泛应用的前提条件。

(二)蓝牙技术相关协议。蓝牙技术的各层协议和蓝牙应用规范是蓝牙技术的应用基础，完整的蓝牙协议栈包括基带协议，逻辑链路控制和适配协议，串口仿真协议，传输控制协议，服务发现协议，连接管理协议等。

基带作为蓝牙技术的物理层，其任务是物理信道和链路的管理。基带协议具有如下作用:在蓝牙微微网中建立若干蓝牙单元之间的物理RF连接，同时，微微网内蓝牙设备的跳频频点和本地时钟的同步也由基带协议完成。

逻辑链路控制和适配协议是基带的上层协议，该层协议与链路管理协议并行工作，但是当业务数据不经过链路管理协议时，逻辑链路控制和适配协议向上层提供数据服务，包括面向连接的和无连接的，同时，多路技术、分割和重组技术以及群提取技术在该层协议中也被使用。逻辑链路控制和适配协议允许高层协议以64k字节长度收发数据分组。

串口仿真协议作为一种电缆替代协议，在蓝牙基带协议的基础上实现了RS-232控制和数据信号的仿真，为使用串行线传送机制的上层协议(如OBEX)提供服务。在两台蓝牙设备之间，可通过串口仿真协议实现60个并发连接。

传输控制协议在网络层采用IP协议情况下，在传输层建立不同设备之间的可靠连接。

服务发现协议的功能是提供发现服务，这一服务是蓝牙技术中所有用户模式的基础。使用服务发现协议可以查询到设备信息和服务类型，从而在蓝牙设备间建立相应的连接。

连接管理协议建立了蓝牙设备间的连接。在连接的发起、交换、核实，进行身份认证和加密过程中，通过协商确定基带数据分组大小。通过连接管理协议，还可以对无线设备的电源模式和工作周期，以及微微网内设备单元的连接状态进行控制。

无线应用协议为无线终端提供Internet通信和高级电话服务的标准。

三、车载蓝牙技术的应用

(一)基于蓝牙技术的车载无线通信系统。车载无线通信是目前车载蓝牙技术应用最广泛的领域。由于移动通信的便捷性，在驾驶中使用移动通信工具的需求越来越强烈，手持移动终端接听电话有很大的安全隐患。为保证驾驶过程中的安全，传统的解决办法主要有两种，一是把声频信号用线缆引出，二是把信号调制发射后，利用车上的调频广播接收放大，相较于这两种方法，采用蓝牙技术从而实现无线接听电话是一种更为便捷的解决方案，车载设备连接到驾驶者的手机，可以用来拨打和接听电话，更常见的是连接到移动电话来拨打和接听电话，使用无线耳机，这一过程的数据流如图1所示。

图1 基于蓝牙的车载无线通信系统数据流

这一技术采用了蓝牙协议中的Hands-Free Profile(HFP)应用模型，HFP描述了在手机和免提设备之间进行语音数据交互的过程，基于这一过程建立了车内的移动终端、车内控制台、车外移动网络三者之间的数据交换网。在车内有机座的情况下，通过耳机在机座上插拔或耳机按钮遥控两种方式实现音频输出的切换。HFP定义了两个角色，音频网关(AG)和免提设备(HF)。比较常见的应用模式是一部手机作为网关，用于音频的输入和输出。免提设备(HF)作为音频网关的远程音频输入和输出载体。

同时，蓝牙技术为了克服周围环境中的干扰，采用了1600跳/秒的跳频扩频技术。这一跳频扩频技术为良好的语音通信信号奠定了基础，因此蓝牙技术较适合于在车载移动通信领域中应用。

(二)基于蓝牙技术的汽车导航系统。利用GPS(全球定位系统)进行汽车的导航定位是目前汽车导航领域较为常见的解决方案，但在有些情况下，GPS信号受到干扰甚至无信号，这样就无法利用GPS进行正常的导航定位，为了解决这一问题，基于蓝牙技术的路标定位解决方案应运而生。当无GPS信号时，利用路标通过蓝牙将当前汽车所处位置信息传送给汽车，利用这些信息再进行导航定位。在实际中，如果遇到由于街道狭窄，GPS信号被严重遮挡的情况，该导航定位方案可以充分发挥导航定位效果。具体的实现原理示意图如2所示。

图2 基于蓝牙的汽车导航定位系统结构

该定位解决方案由GPS、航位推算、路标三个主要部分构成，而蓝牙技术则充当了路标与车内系统之间的数据传输关键桥梁。当由于环境情况以及干扰等其他原因汽车无法利用GPS定位时，路标通过蓝牙技术将位置等汽车导航需要的数据传送给车内控制系统，从而完成汽车的定位以及精确行驶。这一方案扩展了基于GPS与航位推算的汽车导航定位方案，它的应用将会使得车载导航定位系统更加完善。

(三)基于蓝牙技术的四轮定位系统。汽车状态的检测有多种多样的方式，从安全性的考虑，状态检测的实时性和快速性是一种必要的需求，而检测过程中的数据传输方式则是较为关键的一个环节。

四轮定位仪是汽车状态检测的一个重要部分，它可以完成对车辆四个轮胎的位置参数检测。传统的拉线式和无线测量有线传输式四轮定位仪的弊端较为明显，接线繁琐，数据传输便捷性差，因此在环境条件复杂且对数据传输快速性要求较高的车辆检测场所的适用性需要提高。利用蓝牙技术实现四轮定位数据的无线传输可以大大提高汽车四轮定位的便捷性和快速性。

作为蓝牙技术点对多点的典型解决方案，汽车的四轮定位系统主要由安装在汽车四个车轮上的传感器和控制计算机组成，其系统结构如图3所示。为了实现车轮位置参数的无线传输，分别为控制计算机和四个机头配置蓝牙模块，控制计算机连接蓝牙模块的方式主要有两种，一是通过RS232串口，二是通过USB接口。在传感器完成对车轮位置参数如前束，外倾角，主销内倾角和主销后倾角的采集后，通过蓝牙模块将数据实时传送到控制计算机，在控制计算机上可以比对由蓝牙模块接收到的数据与该车辆的标准四轮参数，从而完成汽车的四轮检测定位任务。这一应用将会大大提高车辆四轮定位系统中数据传输的便捷性。

图3 基于蓝牙的四轮定位系统结构

四、结语

蓝牙技术作为一种低成本、便捷的无线传输技术，应用领域广泛，蓝牙设备之间互操作性强，所需空间小，具有成本优势。因此，在车载系统中蓝牙技术能够实现便捷的数据传输，该技术在车载无线通信、汽车导航定位以及汽车状态检测方面体现了良好的应用价值，推动了汽车工业向智能化方向发展。同时，蓝牙技术在应用上也存在一些弊端，蓝牙技术并不支持漫游功能，这一特点限制了蓝牙技术的应用。虽然蓝牙技术可以实现微网络与扩大网之间的切换，但是每次切换当前PAN连接必须断开，这一点对于某些应用场合是可以接受的，但对于实时通话、数据同步传输和信息提取等需要稳定的数据连接的应用来说，连接断开传输就中断。因此，移动IP技术与蓝牙技术的结合，是蓝牙技术应用的一个发展方向。随着车载蓝牙应用对蓝牙技术的可靠性、稳定性、传输速率和抗干扰能力等方面要求的提高，车载蓝牙技术仍有较大的提升空间。

［1］孙炎森．基于蓝牙标准的点到多点音视频传输技术的研究与设计［D］．北京工业大学，2009

［2］刘国巍，梁钊，沈连丰等．基于蓝牙技术的车载免提系统研究［J］．电声技术，2003

［3］张国．蓝牙技术在车载信息系统中的应用研究［D］．大连理工大学，2008

［4］熊慧，刘建业，孙永荣等．蓝牙技术在车辆导航系统中的应用研究［J］．工业控制计算机，2003