CN102904623B - 车载蓝牙通讯装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车载蓝牙通讯装置，包括射频补充控制单元模块、蓝牙核心芯片组、闪存、电源管理模块和时钟控制模块；所述蓝牙射频补充控制单元将由天线收到的高频信号经带通滤波器，低噪放大送入射频单元，同时将由射频单元产生的高频信号送入功放，经带通滤波器滤波后由外接天线发射出去；所述蓝牙核心芯片组主要包括无线收发器，基带与逻辑链路控制器及对外接口电路；所述无线收发器是短距离微波频率射频收发器。本发明车载蓝牙通讯装置避免了信息传送过程中因车辆所处环境的客观因素而出现中断或是无法传送等问题，本发明蓝牙通讯的加入提升了传送的稳定性，使得终端设备处于一个良好地工作状态。

Description

车载蓝牙通讯装置

技术领域

本发明涉及一种通讯装置，具体的说，是涉及一种车载蓝牙通讯装置。

背景技术

蓝牙是无线数据和语音传输的开放式标准，它将各种通信设备、计算机及其终端设备、各种数字数据系统、甚至家用电器采用无线方式联接起来。它的传输距离为10cm～10m，如果增加功率或是加上某些外设便可达到100m的传输距离。利用蓝牙技术的设备可以和其他七个以内的设备构成所谓的蓝牙微网(Piconet)，共享1Mbps的频宽，而一个蓝牙设备可以同时加入8个不同的微网，每个子网分别有1Mbps的传输频宽。运作时，二个以上的装置共享一个频道即构成一个微网，并由其中一个装置主导传输量。由于同一时间每个装置还可以分别隶属于不同的微网，因此，各个蓝牙装置就可通过网网互连，互相传递资讯。当设备未加入蓝牙微网时，它会先进入待机状态，在此状态下，随时监听传呼讯息，直到收到的讯号与自己本身的识别码相关时才会启动自己，并且呼叫连结程序，接着进行识别码的确认及信号时间的同步，以便决定往后跳频，从而建立一个微网络。在这样一个微网中，用户将不再受到各种电缆的束缚，能够轻而易举地拥有一处宝贵的个性化空间，轻松享受无限自由的乐趣。

采用蓝牙技术，可以通过嵌入在电子装置上的一个写有程序的微电子芯片，使所有相关设备在有效范围内完成相互交换信息、传递数据的工作。它省去了那些将移动电话、个人信息处理系统及其他一些电子设备相互连接的电缆装置。

当然，作为一种近距离的无线通信技术，蓝牙技术并不是唯一的。但是与其他相应的无线通信技术比较起来，蓝牙技术的优势就在于它的全球统一的、开放的技术标准，蓝牙可传送影音资料，其他则不可能。另外，蓝牙不但可穿透物体传输，且不对准接收模组的方向就可传送资料，这是红外线传输无法作到的。对于移动设备而言，蓝牙具有明显优势。蓝牙最大的优势还在于，在更新网络骨干时，如果搭配蓝牙架构进行，使用整体网路的成本肯定比铺设线缆低。

蓝牙在汽车中有其他无线传输方式不可替代的应用优势，它的低功耗，小体积，低价位等特点使其在汽车工业中具有很强的竞争力，目前蓝牙的应用主要表现在把便携电子产品，比如PDA、蜂窝电话通车载网络设备连接起来，但是蓝牙未来的应用更趋向于同车车载设备集成在一起，通过蓝牙来连接车辆上的多个系统，比如电源管理系统，制动系统，减震系统和后座娱乐系统等，从而减轻车辆重量和车内布线的复杂度，实现汽车的智能化。

车载蓝牙通讯在车载通讯领域涉及众多随之产生的产品也是多种多样，现有的车载蓝牙通讯装置最大不足就是它的整套设备(蓝牙系统)安装相对繁琐，车主不能自主完成。而且其产品所适配的车系车型少之又少，不是一个大众化的产品。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明的技术难题，而提供一种节的车载蓝牙通讯装置。

本发明所采取的技术方案是：

一种车载蓝牙通讯装置，包括射频补充控制单元模块、蓝牙核心芯片组、闪存、电源管理模块和时钟控制模块；所述射频补充控制单元模块将由天线收到的高频信号经带通滤波器，低噪放大送入射频单元，同时将由射频单元产生的高频信号送入功放，经带通滤波器滤波后由外接天线发射出去；所述蓝牙核心芯片组主要包括无线收发器，基带与逻辑链路控制器及对外接口电路；其中，蓝牙基带与链路控制器处理与高层协议数据的协议转换，将来自高层协议的数据进行信道编码，向下传给射频进行发送；接收数据时，射频将经过解调恢复空中数据并上传给基带，基带再对数据进行信道解码，向高层传输；链路管理器实现了链路管理协议LMP，负责处理底层链路控制，每个蓝牙设备都可以通过LMP与另一个蓝牙设备的链路管理器进行点对点的通信。

所述无线收发器是短距离微波频率射频收发器。

所述短距离微波频率射频收发器包括：环路滤波器、压控振荡器、天线滤波器、收发控制器、发送器和接收器。

所述基带包括：微处理器、存储器、接口电路、语音处理电路、电源管理与时钟电路。

所述对外接口电路的接口包括USB接口、SPI接口、UART接口和PCM接口。

所述闪存以二进制代码的格式存放蓝牙固件。

本发明相对现有技术的有益效果：

本发明车载蓝牙通讯装置以手机为无线网关，车载系统通过蓝牙无线链路和手机连接，再连入外部无线网络。本发明用户通过一部蓝牙手机就可以方便地使用能汽车远程体检系统。汽车远程体检系统就是车载系统可以通过手机将故障代码等信息发往维修中心，维修中心派人前来修理时可以按故障代码等信息准备好相应的配件和修理工具，使得维修中心修车更为快捷，保证维修中心能够更好的为车主服务。

附图说明

图1是本发明蓝牙子系统结构框图；

图2是本发明蓝牙模块原理框图；

图3是本发明蓝牙芯片核心框图；

图4是本发明蓝牙模块软件协议栈结构图。

具体实施方式

以下参照附图及实施例对本实用新型进行详细的说明：

附图1至4可知，一种车载蓝牙通讯装置，包括射频补充控制单元模块、蓝牙核心芯片组、闪存、电源管理模块和时钟控制模块；所述射频补充控制单元模块将由天线收到的高频信号经带通滤波器，低噪放大送入射频单元，同时将由射频单元产生的高频信号送入功放，经带通滤波器滤波后由外接天线发射出去；所述蓝牙核心芯片组主要包括无线收发器，基带与逻辑链路控制器及对外接口电路；其中，蓝牙基带与链路控制器处理与高层协议数据的协议转换，将来自高层协议的数据进行信道编码，向下传给射频进行发送；接收数据时，射频将经过解调恢复空中数据并上传给基带，基带再对数据进行信道解码，向高层传输；链路管理器实现了链路管理协议LMP，负责处理底层链路控制，每个蓝牙设备都可以通过LMP与另一个蓝牙设备的链路管理器进行点对点的通信。

所述无线收发器是短距离微波频率射频收发器。

所述短距离微波频率射频收发器包括：环路滤波器、压控振荡器、天线滤波器、收发控制器、发送器和接收器。

所述基带包括：微处理器、存储器、接口电路、语音处理电路、电源管理与时钟电路。

所述对外接口电路的接口包括USB接口、SPI接口、UART接口和PCM接口。

所述闪存以二进制代码的格式存放蓝牙固件。

本发明车载蓝牙通讯装置以手机为无线网关，车载系统通过蓝牙无线链路和手机连接，再连入外部无线网络。本发明用户通过一部蓝牙手机就可以方便地使用能汽车远程体检系统。汽车远程体检系统就是车载系统可以通过手机将故障代码等信息发往维修中心，维修中心派人前来修理时可以按故障代码等信息准备好相应的配件和修理工具，使得维修中心修车更为快捷，保证维修中心能够更好的为车主服务。

本发明车载蓝牙通讯装置结构组成如下：

1.蓝牙子系统结构：

蓝牙子系统包含实现蓝牙车载应用规范有关的软硬件。基带芯片通过UART和SSI接口连接处理器。HCI命令、数据和事件通过UART接口传输；SCO数据通过SSI接口传输。如前所述，处理器运行蓝牙上层协议栈、应用规范和语音算法等核心软件。图1给出了蓝牙子系统中处理器上运行的软件结构。

电路支持包(BSP)包含所有与硬件有关的代码，可以保证上层软件良好的硬件无关性。RTOS为软件提供良好的结构和实时性能。设计时应充分考虑RTOS的RAM、ROM占用大小、中断响应和任务切换时间，以及调度算法是否满足语音算法等部分对实时性的要求。蓝牙协议栈包括HCI HOST、L2CAP、SDP和RFCOMM等上层协议。在协议栈之上，按不同的应用要求放置有若干应用规范，如免提应用规范和耳机应用规范。由于新的应用规范不断出现，软件结构应便于加入新的应用规范以备将来扩充应用范围。数据库提供记录的添加、删除和查找功能来管理本地和远端蓝牙设备的数据，通常这些数据存放在Flash存储器中。存放的数据有本地设备的蓝牙地址、设备名称、配对密码和SDP记录，以及远端设备的蓝牙地址、设备名称、SDP记录、链路密钥、鉴权和授权方案。由于系统需要和多个远端设备配对，数据库应有足够的容量来存放多个远端设备的数据。蓝牙管理层(Bluetooth ME)对协议栈和数据库调用使其按一定流程工作，从而执行访问控制管理、连接管理和安全管理等。

2.蓝牙模块内部结构及功能块介绍

WRAP THOR 2022-l包含5个功能块：射频补充控制单元部分、蓝牙核心芯片组、闪存、电源管理模块和时钟。

(1)射频补充控制单元

根据用户的开发要求设置蓝牙射频发射功率等级，分别实现1级功率100mW(20dbm)，2级功率2.5mW(4dbm)，3级功率l mW(0dbm)的不同发射功率要求。蓝牙射频补充控制单元将由天线收到的2.4GHz高频信号经带通滤波器，低噪放大送入BlueCore02的射频单元，同时将由BlueCore2射频单元产生的2.4GHz高频信号送入功放，经带通滤波器滤波后由外接天线发射出去。射频天线可根据用户的需求灵活选用，本方案采用内建隐藏方式的倒F型天线(利用PCB板材进行天线设计)。本蓝牙模块的RF引脚外接匹配阻抗为50Ω的天线

(2)蓝牙核心芯片组

蓝牙核心芯片组Bluecore02采用的是英国CSR公司的第二代需外置固件存储器的单芯片(BlueCore02-ex-ternal)，其内部结构框图如图4所示，主要包括无线收发器，基带与逻辑链路控制器及对外接口电路。

无线收发器是一个工作在2.4～2.4835GHzISM频段的短距离微波频率射频收发器，使用GFSK调制，最大的发送或接收数据传输率为1Mb/s。它能在可供使用的79个信道(2400～2483.5MHz)之间快速地跳频(1600个信道/s)，通道带宽是1MHz，频率偏差在140～175kHz之间，能满足蓝牙一级操作，最大输出功率是17dbm，能进行可编程功率控制。安装天线之后，传输距离可达100m，符合ISM频段的FCC和ETSI标准。该收发器以RadioASIC为基础，集成了环路滤波器、压控振荡器(VCO)、天线滤波器、收发控制器、发送器和接收器6个操作部件。

基带控制器包括：微处理器、存储器、接口电路、语音处理电路、电源管理与时钟电路等。微处理器是一个基于32位ARM的功能块，它完成射频信号处理，控制和协调各功能部件等功能。32KB的片上RAM用于存储临时数据(保持蓝牙语音与数据的缓冲存储)。外部存储器驱动部分用于与外部Flash或ROM的连接与驱动。接口电路向外围设备及蓝牙主机提供各种通信接口，包括USB接口、SPI接口(同步串行接口用于与其他外设数字设备进行通信或作为外部Flash的编译和下载接口)、UART口和PCM口(用于与外接数字音频信号之间的匹配，可以直接接入PCM格式的音频数字信号)。

(3)闪存

闪存以二进制代码的格式存放蓝牙固件，可与基带控制器交换数据地址和控制信号。蓝牙固件包括射频和基带各层协议及接口应用程序。本蓝牙模块默认的软件协议栈为RFCOMM Stack。

其中，蓝牙基带与链路控制器协议(LC)处理与高层协议数据的协议转换，将来自高层协议的数据进行信道编码，向下传给射频进行发送；接收数据时，射频将经过解调恢复空中数据并上传给基带，基带再对数据进行信道解码，向高层传输。

链路管理器实现了链路管理协议(LMP)，负责处理底层链路控制。每个蓝牙设备都可以通过LMP与另一个蓝牙设备的链路管理器进行点对点的通信。

逻辑链路控制与适配协议(L2CAP)为高层协议与底层协议之间不同长度PDU(协议数据单元)的传输建立一条桥梁，并且为较高的协议层屏蔽低层传输的特性。

串口仿真协议(RFCOMM)为串行电缆连接方式的替代提供接口环境。

基于这种方式的软件协议栈，将蓝牙协议栈高至RFCOMM层的软件协议都嵌入到主机控制器，从而大大减少主机一方软件开发的工作量。相对于传统基于HCI层的软件协议栈，该方式给蓝牙应用开发工程师带来了极大的便利条件。

微处理器和固件一起构成了整个蓝牙芯片的核心，称为蓝牙引擎。

(4)电源管理模块

该模块提供芯片所需电源。Vcc的典型值是3.3V。

(5)时钟

该模块内置16MHz的时钟。时钟由一个晶体振荡器产生，保证定时精度在20×10-6之内。

3.芯片接口和主要引脚介绍

BLUEGIGA2022-1与主机或其他设备互联时，有三种接口方式。

(1)USB接口

BLUEGIGA2022-l的USB接口符合USBl.1规范，双向端口USB_D+&USB_D-，数据传输可达12Mbps。当使用USB接口与主机通信时，BLUEGIGA2022-l是一个USB从设备。与该接口有关的引脚有：

◆USB_D+(BI)&USB_D-(B2)用于数据传输；

◆USB_ON&GND用于与笔记本电脑互联，可用来控制笔记本电脑的状态，当主机处于掉电模式时，如果蓝牙设备收到建立连接的请求，USB_ON信号就会“唤醒”主机，主机可通过GND信号指示自己处于“挂起”模式。

(2)UART接口

BLUEGIGA2022-l的UART接口符合工业标准16C450，支持以下波特率(单位为b/s)：1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600、76800、l15200、230400、460800、921600和1382400。使用PSTOOL设置软件(通过SPl口与PC机相连)可改变UART接口的波特率。

(3)PCM语音口

标准的PCM语音接口采样速率为8kHz。语音编码方式可采用CVSD(连续可变斜率增量调制)、μ律(8位)或A律(8位)。考虑到编码的健壮性，应优先选择CVSD。

与PCM语音接口有关的引脚信号有：

◆PCM_SYNC设置PCM数据的采样速率；

◆PCM_CLK设置PCM数据的传输速率，该模式支持主控方式与从方式，在主方式条件下，蓝牙模块产生128kHz、256kHz和512kHz三种时钟信号，可由PSTO01。进行设置；

◆PCM_0UT&PCM_IN接收或发送语音编码信号。

Claims (6)

1.一种车载蓝牙通讯装置，其特征在于：包括射频补充控制单元模块、蓝牙核心芯片组、闪存、电源管理模块和时钟控制模块；所述射频补充控制单元模块将由天线收到的高频信号经带通滤波器，低噪放大送入射频单元，同时将由射频单元产生的高频信号送入功放，经带通滤波器滤波后由外接天线发射出去；所述蓝牙核心芯片组主要包括无线收发器，基带与逻辑链路控制器及对外接口电路；其中，蓝牙基带与链路控制器处理与高层协议数据的协议转换，将来自高层协议的数据进行信道编码，向下传给射频进行发送；接收数据时，射频将经过解调恢复空中数据并上传给基带，基带再对数据进行信道解码，向高层传输；链路管理器实现了链路管理协议LMP，负责处理底层链路控制，每个蓝牙设备都可以通过LMP与另一个蓝牙设备的链路管理器进行点对点的通信。

2.根据权利要求1所述车载蓝牙通讯装置，其特征在于：所述无线收发器是短距离微波频率射频收发器。

3.根据权利要求2所述车载蓝牙通讯装置，其特征在于：所述短距离微波频率射频收发器包括：环路滤波器、压控振荡器、天线滤波器、收发控制器、发送器和接收器。

4.根据权利要求1所述车载蓝牙通讯装置，其特征在于：所述基带包括：微处理器、存储器、接口电路、语音处理电路、电源管理与时钟电路。

5.根据权利要求1所述车载蓝牙通讯装置，其特征在于：所述对外接口电路的接口包括USB接口、SPI接口、UART接口和PCM接口。

6.根据权利要求1所述车载蓝牙通讯装置，其特征在于：所述闪存以二进制代码的格式存放蓝牙固件。