浅议车载蓝牙技术的运用

陈娟，王晓友

(武汉理工大学汽车工程学院，湖北武汉430070)

0 前言

蓝牙技术是一种便携式电子设备和固定式电子设备之间代替电缆连接的短距离无线通信的传输系统，具有体积小、便于集成，低功耗、对人体无害，很强的抗干扰能力和较高的通信效率，低成本的优点。其目标是在所有移动设备之间，以及任何小范围内各种信息传输设备，乃至各种电器设备之间建立起无线链接。说得通俗一点，蓝牙技术是不必借助电缆就能将各种移动通信设备和电脑设备联网，此外还能将各种家电产品、消费电子产品和汽车等，组成一个完整的无线通信网络。

1 蓝牙车载系统的工作原理及特点

1.1 蓝牙车载系统的工作原理

蓝牙车载系统工作原理如图1所示。射频芯片在2.4 GHz频段提供数据和语音无线双向传送。基带芯片包含跳频、信道加密解密、鉴权、SCO语音编解码等硬件，以及链路管理、HCI接口等固件。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。为方便描述，将射频、基带和处理器部分称为蓝牙子系统。汽车音响通过车内麦克风和扬声器为蓝牙子系统提供声音的输入输出。主控制器运行人机接口 (MMI)等软件，对蓝牙子系统、汽车音响和其他车载电子设备进行集中控制管理，并将有关信息显示在图形用户界面 (GUI)上。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。还有蓝牙免提应用规范规定了在语音网关和免提设备之间建立蓝牙数据和语音连接的过程，以及免提设备如何基于该连接对手机进行远程控制，并访问外部网络以实现电话功能。

蓝牙技术工作在全球通用的2.4 GHz的ISM频段，采用跳频扩谱、时分双工 (TDD)工作方式、GFSK调制等关键技术，数据传输速率为1 Mbps，发射器的发射半径为10 m，在特殊情况下通过附加信号放大器可以达到100 m。蓝牙技术的实质内容是建立通用的无线通信空中接口及其控制软件的公开标准，使通信和计算机进一步结合。

1.2 蓝牙技术的特点

蓝牙技术支持“点对点”和“一点对多点”的通信，基本网络组成是皮可网 (Piconet)。通过蓝牙技术连接在一起的所有仪器就是一个皮可网。由于具有蓝牙技术的电子模块尺寸较小，使其能够安装在小型电子仪器中，并具备发射器和接收器功能，一旦具有蓝牙技术的两个仪器相遇，便会自动建立通信联系，同时构成皮可网，此间不需要用户介入。一个皮可网最多可以为8个活跃的蓝牙技术仪器提供地址，也可以最多同时排列256个非活跃的蓝牙技术仪器。皮可网中需要有一个核心部件——指令器，由指令器构造皮可网，其他的仪器需要与指令器适配同步。只有从指令器得到数据包的仪器才允许作出应答，这样在构造皮可网时就不会混乱。2003款奥迪A8轿车的电话/电子通信系统控制单元就是蓝牙技术的指令器。

新一代的汽车将包含更多的通过两个或更多的网络连接起来的微处理器，其优点是汽车参数可以通过软件个别定制，并且汽车具有更大程度上的自诊断功能。为充分利用这些特点，应在汽车系统和生产工具以及服务工具 (用以下载新软件、新参数或上载汽车状态、诊断信息等)间建立双向通信。这些生产工具在很大程度上是基于PC机技术，汽车系统和生产工具间的连接是通过电缆、直接CAN总线或网关来实现，但从使用来说还是不够方便。然而因蓝牙技术可在汽车系统和生产工具间建立无线通信，所以有很大优势。

2 蓝牙技术在汽车上的运用

2.1 蓝牙车载免提电话系统应用

随着人们生活水平的提高，汽车已经成为许多人首选的交通工具，手机的普遍运用，司机边开车边打电话的现象屡见不鲜，带来了极大的交通安全隐患。免提电话系统是将手机的音频信号用线缆引出或者进行调制后发射，利用系统接收后解调，即实现车载免提功能，它能够使得在开车的同时接听电话。

蓝牙车载免提系统，是用蓝牙技术与进入车内的蓝牙手机进行无线通信，通过操作免提系统来完成与手机一样的接听电话及其他一些功能控制。在车载免提系统中，蓝牙模块主要负责与蓝牙手机等其他蓝牙设备进行无线连接和数据传输，可以将其看作系统上加载一个无线收发装置，它对系统起决定性作用。在应用领域，蓝牙无线电装置、电话、信息娱乐和导航系统市场发展迅速，蓝牙技术拥有各种抗干扰功能，可以将汽车驾驶室内大量的射频干扰信号对数据流和连接的可靠性造成的不良影响减少到最低程度。

蓝牙技术作为一项理想的线缆替代技术，利用其优越的性能实现车载免提功能。其最大的优点是在任何时候可以通过无线方式将手机音频信号转移到扬声器或车内音响。蓝牙车载免提的应用场景如图2所示。

蓝牙车载免提电话系统由蓝牙手机和车载免提装置组成，蓝牙手机是音频网关，车载免提装置利用蓝牙无线链路连接到蓝牙手机，无需操作手机便可实现对外部蜂窝网的控制，包括接听来电和拨打电话。该系统为司机驾驶时过程中通话提供了一定的安全保障，可以在高速率行驶环境中保持良好的通话效果，并能提供一定的数据服务。

这种车载免提方案最大的缺点是当用户不是蓝牙手机用户时，基本上实现不了免提功能。蓝牙车载自动接听系统的设计极具人性化，充分考虑到汽车的内部结构与司机的要求，利用车内电源为其供电，汽车音响为其输出语音信号。蓝牙车载自动接听系统的通话流程如图3所示。

只要司机发动汽车，该系统就可自行启动，并通过GSM模块享用G网资源，进行移动通信。司机在驾驶汽车的过程中也不用为接听手机而分神烦恼，只需通过汽车后视镜上的显示屏上的来电显示判断是否要接听电话，如果不想接听，只需按下无线键盘上的挂机键，如果需要接听，不需进行任何操作，只要耐心等待3秒钟或者按下无线键盘上的接听键，就可以通过汽车音响听到对方的说话声音。如果司机不希望其他乘客听到对话的内容，还可以使用耳机接听电话。本系统还可以自动读出来电号码和接收到的中文短信，这全都要归功于语音芯片的使用，该中文语音芯片通过异步串口接收待合成的文本，直接合成为语音输出，为整个车载系统提供一套完整的物美价廉的语音解决方案。通过由单片机控制的数字电位器的调节，由语音芯片输出的模拟声音信号还可以进行音量调节。当司机不需要拨打或接听电话时可以通过静音开关自动切换回汽车音响状态，即可自由享受音乐与使用“手机”的双重快乐与便利。

2.2 蓝牙后视镜

汽车后视镜也能利用上蓝牙，如图4所示。

或许这个让人有些费解。LG公司曾展示了一款支持蓝牙的汽车后视镜，这款汽车后视镜能够通过蓝牙和手机连接，在来电的时候将在镜面中间显示来电号码。除此以外，该后视镜还集成了免提电话功能，可以通过汽车供电，同时也包含一个内置的电池，支持150小时待机和7小时通话。或许今后你不必再冒着撞车的危险低头找电话，只要眼角往上一瞄，就能同时看清谁来电和后方车辆的动向，安全又方便。

2.3 蓝牙无线四轮定位仪

作为汽车检测的基本设备，四轮定位仪是专门用来测量车轮定位参数的设备。国内市场上常见的四轮定位仪主要是拉线式和无线测量有线传输式两种，未来的发展趋势是全无线式。

传统的汽车四轮定位仪是依靠有线方式与主电脑通信的，使用起来有诸多不便，具有蓝牙模块的车轮定位仪仅添加了无线收发单元的软硬件，既避免了汽车维修站的二次投资，也可以极大地提高操作的工作效率。蓝牙模块体积小，不受障碍物和角度的限制，价格也相对低廉，其工作原理如图5所示。

蓝牙主设备是具有无线收发功能的主控电脑，负责查询四轮的状态，并且向四轮发送调整指令;蓝牙从设备是四个安装在汽车车轮上的测量传感器，负责测量四轮的状态参数，并把测量得到的参数无线传回主控电脑。主控电脑里存储了该车型的标准资料，它无线接收四轮传来的数据 (汽车现在的四轮定位参数)，并与该车型的存储值对比算出偏差，作出相应的判断，再把调整指令无线发送给四个车轮。

2.4 蓝牙技术在2003款奥迪A8轿车上的应用

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、光纤数据总线技术等相连接。图6为2003款奥迪A8轿车的总线网络示意图。其CAN总线将各个单一的控制单元以某种形式 (多为星形连接)连接起来，形成一个完整的系统。

该车利用电子通信控制单元等，实现蓝牙技术，不仅能用于打电话，还可以用来听音乐。奥迪与韩国三星公司合作开发的车载蓝牙音乐系统中，根据三星公司与奥迪达成的技术合作协议，三星向奥迪A8汽车的收音系统发射数据，播放MP3。三星和奥迪之间进行音乐传输遵循了基于蓝牙技术的AdvancedAud io D istribut ion Profile协议，三星可以实时地通过蓝牙连接方式向奥迪A8发送MP3音乐的数据，而奥迪A8中内置的蓝牙组件可以将三星通过蓝牙连接发送来的音乐数据实时播放，达到了手机存储资源和汽车播放资源的同时利用。很多MP3播放器产品就有类似的功能。

3 汽车蓝牙技术遇到的问题

尽管蓝牙技术在汽车上使用有诸多好处，但到目前为止还需要克服一些问题。例如，因为车内的温度范围在－40～85℃，为了满足要求蓝牙技术的Blue Core芯片则必须要求在－40～105℃仍能正常作业，因此这样苛刻的条件对芯片的设计要求很高。除了温度之外，车内的其他射频装置会对蓝牙通信具有潜在的干扰或者被干扰的可能，这是因为汽车本身实际上是一个会反射信号的“铁罐子”，当汽车音响、GPS导航设备、卫星数字收音服务、GSM收发器及其他电子装置发射的射频波在汽车座舱内会产生反射作用，其潜在结果将造成一种相位平移，再加上重叠效应则将导致信号互相抵消或遭到破坏，这些射频的存在对于汽车无线系统的数据传输都具有负面的影响。尽管蓝牙技术本身已在标准规范内设计了一些对抗干扰的有效机制，但专家们认为，与安全有关的数据传输必然对传输的可靠性和传输速度提出更高的要求，因此蓝牙技术必须要满足更高的使用要求。

4 结论

当前飞速发展的汽车市场，为蓝牙技术在汽车领域的应用提供了一个广阔的发展空间。

汽车电气系统与蓝牙技术相结合，给汽车的使用和服务带来了更大的方便，将皮克网 (Pico net)与移动电话甚至Internet连接起来，车主在任何时间、任何地点都可以了解汽车的状况，并给予必要的控制;当汽车进入维修服务站时，汽车的皮克网会与服务站的计算机建立通信，服务人员可以通过服务站的计算机获得必要的工作指示。给汽车服务时，可以通过服务站计算机设置，调整一些参数，如车灯、发动机、空调系统的参数，还可以为汽车任何系统的电控单元下载最新版本的软件。

在汽车工业中把蓝牙技术用做CAN网络的网关，将使汽车具有更高的无线接口能力，从而具有更广阔的市场前景。为得到这个市场，必须在汽车中存储专用的蓝牙MAC层，并能通过CPU的指令在它与用户订制的MAC间切换。如果蓝牙芯片与用户订制MAC相结合，将蓝牙单元安置在需要灵活电缆的地方，这将不仅仅是上面提到的蓝牙CAN网关通信，其市场潜力会更大。

【1】彭宏娟.蓝牙技术及其在汽车领域的应用［J］.中国西部科技，2009(24).

【2】涂友斌.多功能车载免提电话系统的设计及实现［D］.南京:东南大学，2006.

【3】朱双华，钟建国.汽车蓝牙技术原理与应用［J］.拖拉机与农用运输车，2009(3).

【4】宁敏.浅议蓝牙车载系统［J］.科技创新导报，2009(12).

【5】吴森，黄蕾.蓝牙技术与汽车网络化［J］.城市车辆，2008(1).

【6】罗辑，高家利，秦正.蓝牙技术的应用现状及发展趋势［J］.四川兵工学报，2006(3).

【7】丁群燕，曾鑫.蓝牙车载自动接听系统软件结构分析及应用［J］.武汉船舶职业技术学院学报，2008(3).