基於藍牙模塊ROK 101 007/1的小區安全監控系統設計

引言

藍牙是一種正在發展中的短距離無線時分多址通信技術（也叫個域網技術），這是一種直接面對個人和商務的無線應用連接技術，並以其低成本、低功耗、高速率和方便靈活等特點在眾多無線應用方案中脫穎而出，藍牙工作在2.4GHz的ISM頻段，採用調頻/時分復用技術，傳輸速率高達1Mbit/s，能實現點對點和點對多點通信，並能以無線方式將區域內各個數據或語音設備相連接以組成微微網，同時在嵌有藍牙模塊的電子設備之間能方便快捷地通信，目前，藍牙在通信、電子和網絡等領域中已得到了廣泛的應用。

本文所介紹的小區安全監控系統主要採用藍牙技術，並以Ericsson公司生產的模塊ROK101 007/1為藍牙硬體基礎，通過無線和有線網絡實現各監控點的互連，從而實現小區監控臺與各個監控點的實時通信、該系統具有費用及其低廉、安裝維護方便和抗幹擾能力強，利用率高等優點。

藍牙模塊ROK 101 007/1

◇ 硬體結構

藍牙模塊是實現無線通信的硬體基礎，ROK 101 007/1模塊是由Ericsson公司生產可各式電子設備中實現藍牙功能的短距離通信模塊，其主要特點是：支持USB、UART和IIC：具有聲音和數據傳輸功能；符合藍牙1.1版本，並通過了FCC/ETST類型認證。

ROK 101 007/1藍牙模塊的硬體結構原理圖如圖1所示，主要包括三個部分：基帶控制器、閃速存儲器和射頻模塊。基帶控制器主要負責實現藍牙基帶部分的功能，其主要作用是完成對基地及鏈路的管理，包括對同步（SCO）和異步（ALC）連接方式的支持、差錯控制、物理層的認證和加密、鏈路管理等；閃速存儲器的功能是存放基帶、鏈路管理層和主機控制接口軟體以及一些API程序，以用於對晶片進行配置；射頻模塊的主要功能是實現藍牙設計間的無線連接，具體要求是完成頻率的合成，以及基帶模塊數據比特信號到無線信號的轉換過濾，並負責將無線電信號以一定的功率和調頻頻率發送出去。

◇ HCI及其規範

藍牙模塊ROK 101 007/1中的主機控制接口（HCI）在藍牙技術規範中有嚴格的定義，HCI標準主要是定義主機控制藍牙模塊的各個指令意義，其功能部件可分為三個部分：第一部分為傳輸固件，位於藍牙模塊中（如ROK 101 007/1的快閃記憶體內），其主要功能是控制藍牙模塊內的硬體（主機控制器）；第二部分為主機驅動程序，位於主機內；第三部分為實際的傳輸總線，由於藍牙模塊常用於工控、智能儀器儀表等行業中，其最典型的應用背景是與單片機的串口通信，傳輸總線可能是USB、PC卡或RS232接口，它們的主要功能是從主機向主控制器發送HCI指令，HCI數據以及從主控制器接收HCI指令和數據。

系統體系結構

基於藍牙技術的小區安全監控系統由監控臺、各住戶樓主控制器和各樓層控制器（或住戶控制器），以及監控點終端設備等組成，其結構示意圖如圖2所示，其中主控臺與各住戶樓主控制器之間，以及各住戶樓主控制器與相應住戶樓內各樓層控制器（或住戶控制器）之間通過有線方式連接，而住戶樓內各樓層控制器與相應樓層監控點終端設計之間則通過無線方式連接、這樣，各住戶樓之間、各住戶樓內各樓層之間，以及各個監控點終端設備之間，就具有相對的獨立性，從而形成了一個無線與有線方式相結合的分布式通信網絡，該系統中的一個設備出現異常或某個監控點失效，一般不會影響其他設備或監控點的正常工作。

在該系統中，監控點終端設備負責對監控對象（包括水、電、天然氣、以及門窗等）狀態變化情況的收集與處理，並將所獲得的信息傳送給樓層控制器（或住戶控制器）；同時也接收樓層控制器（或住戶控制器）所傳送的信息，在網絡中每個監控點終端設備對應一個唯一編號，它在樓層微微網中一般作為從設備、可靈活移動，根據實際需要放置在樓層的相應位置，如住戶長期出差在外，家裡無人照看，則可以申請租用多個監控點終端設備，對家中門窗或重要物品進行實時監控，一旦發生以外情況，監控點終端設備就會向監控臺發送報警信號，值班人員馬上進行相應處理，樓層控制器（或住戶控制器）主要負責對監控點中端設備之間進行管理，並在住戶樓主控制器和監控點終端設備之間進行中斷通信，以交換二者的數據信息，實際上，網絡中樓層控制器（或住戶控制器）的編號也是唯一的，一般作為各樓層微微網的主設備，根據通信效果和實際需要，同一樓層可安裝多個樓層控制器，若經濟條件允許，每住戶可分別都安裝住戶控制器。住戶樓主控制器可對整個住戶類內的樓層控制器（或住戶控制器）進行管理，並在監控臺和樓層控制器（或住戶控制器）之間進行中繼通信，以交換二者信息，在網絡中，各住戶樓控制器的編號也是唯一的，為確保系統能安全可靠地工作，各住戶樓必須配備有備用住戶樓主控制器，主控臺位於小區保安值班室，至少應配備兩臺計算機進行管理，同時實時接收各類信息，以對整個小區的情況進行監視處理。

系統中各設備之間的無線通信均通過ROK 101 007/1來實現，故各設備都必須安裝ROK 101 007/1模塊。

系統藍牙電路設計

該系統設計包括兩個方面：硬體設計和軟體設計，硬體設計包括網絡設計和各種相應設備改造或設計；軟體設計主要包括各種應用程式的開發，這裡主要討論系統藍牙電路的設計，即與藍牙模塊ROK 101 007/1有關的電路工作機理。

◇ 監控點終端的設計

監控點終端設備的主要功能是接收前端傳感器所探測的監控對象的有關信息，以及住戶的呼叫信息，並通過藍牙模塊與樓層控制器（住戶控制器）進行信息交換，其硬體結構示意圖如圖3所示，核心部件是AT89C51型單片機和藍牙模塊ROK 101 007/1，二者之間是通過串口寫入HCI指令來實現交互通信；其外圍電路主要有語音編解碼電路、顯示電路、報警電路和呼叫按鈕電路等，其中語音編解碼電路是對住戶語音信號進行編碼或接收的話音編碼信號進行解碼，從而實現住戶與主控臺值班保安的實時對話；顯示電路用於顯示住戶報警或緊急情況呼叫，緊急呼叫具有最高優先級，呼叫按鈕電路可供用戶進行一般呼叫操作。

監控點終端設備對應的應用程式需要在AT89C51單片機上實現，程式語言主要基於彙編進行，其實現的功能是對外圍電路所輸入的數據信息進行打包處理，以將其轉換為藍牙模塊可接受的HCI-RS232信息格式，最後通過RS232與藍牙模塊實現信息交換，同時控制藍牙模塊與樓層控制器的數據接收和發送，在設計該程序時，首先要完成藍牙模塊的初始化設置工作。圖4所示是該監控點終端設備的應用程式流程圖。

◇ 樓層控制器設計

樓層控制器（住戶控制器）的主要功能是通過藍牙模塊，以無線方式接收監控點終端設備傳輸的上行數據信息，並以有線方式傳輸給住戶樓主控制器，同時以有線方式接收住戶樓主控制器所傳輸的下行數據信息，並再通過無線方式轉發給監控點終端設備。樓層控制器（住戶控制器）的基本組成部分是AT89C51單片機和藍牙模塊ROK 101 007/1，其結構示意圖如圖5所示。

樓層控制器應用軟體實現的功能是與住戶樓主控制器和監控點終端設備的通信，並對信息進行識別轉發，同時要接收住戶樓主控制器命令，對自身參數和監控點終端設備參數進行修改，此外，還要完成自身藍牙模塊的初始化和設置工作。應用軟體需在 AT89C51單片機上進行開發，程式語言主要基於彙編，其程序流程圖如圖6所示。

結束語

基於藍牙模塊ROK 101 007/1的小區安全監控系統在設計過程中，可在現有有線網絡的基礎上，充分考慮藍牙技術的優勢，該系統的有線網絡部分較為固定，但無線網絡部分組網靈活簡便，且各組成部件便於模塊化設計，並能重複和移動使用，因此，各住戶可根據自身安全情況和財力狀況，靈活選擇合乎自身安全級別的設備，由此可見該系統在各居民小區，特別是各種高檔小區具有潛在的應用價值，隨著網絡技術和藍牙技術的飛速發展和不斷完善，該系統必將得到廣泛的應用。