基于蓝牙模块ROK 101 007/1的小区安全监控系统设计

引言

蓝牙是一种正在发展中的短距离无线时分多址通信技术（也叫个域网技术），这是一种直接面对个人和商务的无线应用连接技术，并以其低成本、低功耗、高速率和方便灵活等特点在众多无线应用方案中脱颖而出，蓝牙工作在2.4GHz的ISM频段，采用调频/时分复用技术，传输速率高达1Mbit/s，能实现点对点和点对多点通信，并能以无线方式将区域内各个数据或语音设备相连接以组成微微网，同时在嵌有蓝牙模块的电子设备之间能方便快捷地通信，目前，蓝牙在通信、电子和网络等领域中已得到了广泛的应用。

本文所介绍的小区安全监控系统主要采用蓝牙技术，并以Ericsson公司生产的模块ROK101 007/1为蓝牙硬件基础，通过无线和有线网络实现各监控点的互连，从而实现小区监控台与各个监控点的实时通信、该系统具有费用及其低廉、安装维护方便和抗干扰能力强，利用率高等优点。

蓝牙模块ROK 101 007/1

◇ 硬件结构

蓝牙模块是实现无线通信的硬件基础，ROK 101 007/1模块是由Ericsson公司生产可各式电子设备中实现蓝牙功能的短距离通信模块，其主要特点是：支持USB、UART和IIC：具有声音和数据传输功能；符合蓝牙1.1版本，并通过了FCC/ETST类型认证。

ROK 101 007/1蓝牙模块的硬件结构原理图如图1所示，主要包括三个部分：基带控制器、闪速存储器和射频模块。基带控制器主要负责实现蓝牙基带部分的功能，其主要作用是完成对基地及链路的管理，包括对同步（SCO）和异步（ALC）连接方式的支持、差错控制、物理层的认证和加密、链路管理等；闪速存储器的功能是存放基带、链路管理层和主机控制接口软件以及一些API程序，以用于对芯片进行配置；射频模块的主要功能是实现蓝牙设计间的无线连接，具体要求是完成频率的合成，以及基带模块数据比特信号到无线信号的转换过滤，并负责将无线电信号以一定的功率和调频频率发送出去。

◇ HCI及其规范

蓝牙模块ROK 101 007/1中的主机控制接口（HCI）在蓝牙技术规范中有严格的定义，HCI标准主要是定义主机控制蓝牙模块的各个指令意义，其功能部件可分为三个部分：第一部分为传输固件，位于蓝牙模块中（如ROK 101 007/1的闪存内），其主要功能是控制蓝牙模块内的硬件（主机控制器）；第二部分为主机驱动程序，位于主机内；第三部分为实际的传输总线，由于蓝牙模块常用于工控、智能仪器仪表等行业中，其最典型的应用背景是与单片机的串口通信，传输总线可能是USB、PC卡或RS232接口，它们的主要功能是从主机向主控制器发送HCI指令，HCI数据以及从主控制器接收HCI指令和数据。

系统体系结构

基于蓝牙技术的小区安全监控系统由监控台、各住户楼主控制器和各楼层控制器（或住户控制器），以及监控点终端设备等组成，其结构示意图如图2所示，其中主控台与各住户楼主控制器之间，以及各住户楼主控制器与相应住户楼内各楼层控制器（或住户控制器）之间通过有线方式连接，而住户楼内各楼层控制器与相应楼层监控点终端设计之间则通过无线方式连接、这样，各住户楼之间、各住户楼内各楼层之间，以及各个监控点终端设备之间，就具有相对的独立性，从而形成了一个无线与有线方式相结合的分布式通信网络，该系统中的一个设备出现异常或某个监控点失效，一般不会影响其他设备或监控点的正常工作。

在该系统中，监控点终端设备负责对监控对象（包括水、电、天然气、以及门窗等）状态变化情况的收集与处理，并将所获得的信息传送给楼层控制器（或住户控制器）；同时也接收楼层控制器（或住户控制器）所传送的信息，在网络中每个监控点终端设备对应一个唯一编号，它在楼层微微网中一般作为从设备、可灵活移动，根据实际需要放置在楼层的相应位置，如住户长期出差在外，家里无人照看，则可以申请租用多个监控点终端设备，对家中门窗或重要物品进行实时监控，一旦发生以外情况，监控点终端设备就会向监控台发送报警信号，值班人员马上进行相应处理，楼层控制器（或住户控制器）主要负责对监控点中端设备之间进行管理，并在住户楼主控制器和监控点终端设备之间进行中断通信，以交换二者的数据信息，实际上，网络中楼层控制器（或住户控制器）的编号也是唯一的，一般作为各楼层微微网的主设备，根据通信效果和实际需要，同一楼层可安装多个楼层控制器，若经济条件允许，每住户可分别都安装住户控制器。住户楼主控制器可对整个住户类内的楼层控制器（或住户控制器）进行管理，并在监控台和楼层控制器（或住户控制器）之间进行中继通信，以交换二者信息，在网络中，各住户楼控制器的编号也是唯一的，为确保系统能安全可靠地工作，各住户楼必须配备有备用住户楼主控制器，主控台位于小区保安值班室，至少应配备两台计算机进行管理，同时实时接收各类信息，以对整个小区的情况进行监视处理。

系统中各设备之间的无线通信均通过ROK 101 007/1来实现，故各设备都必须安装ROK 101 007/1模块。

系统蓝牙电路设计

该系统设计包括两个方面：硬件设计和软件设计，硬件设计包括网络设计和各种相应设备改造或设计；软件设计主要包括各种应用程序的开发，这里主要讨论系统蓝牙电路的设计，即与蓝牙模块ROK 101 007/1有关的电路工作机理。

◇ 监控点终端的设计

监控点终端设备的主要功能是接收前端传感器所探测的监控对象的有关信息，以及住户的呼叫信息，并通过蓝牙模块与楼层控制器（住户控制器）进行信息交换，其硬件结构示意图如图3所示，核心部件是AT89C51型单片机和蓝牙模块ROK 101 007/1，二者之间是通过串口写入HCI指令来实现交互通信；其外围电路主要有语音编解码电路、显示电路、报警电路和呼叫按钮电路等，其中语音编解码电路是对住户语音信号进行编码或接收的话音编码信号进行解码，从而实现住户与主控台值班保安的实时对话；显示电路用于显示住户报警或紧急情况呼叫，紧急呼叫具有最高优先级，呼叫按钮电路可供用户进行一般呼叫操作。

监控点终端设备对应的应用程序需要在AT89C51单片机上实现，编程语言主要基于汇编进行，其实现的功能是对外围电路所输入的数据信息进行打包处理，以将其转换为蓝牙模块可接受的HCI-RS232信息格式，最后通过RS232与蓝牙模块实现信息交换，同时控制蓝牙模块与楼层控制器的数据接收和发送，在设计该程序时，首先要完成蓝牙模块的初始化设置工作。图4所示是该监控点终端设备的应用程序流程图。

◇ 楼层控制器设计

楼层控制器（住户控制器）的主要功能是通过蓝牙模块，以无线方式接收监控点终端设备传输的上行数据信息，并以有线方式传输给住户楼主控制器，同时以有线方式接收住户楼主控制器所传输的下行数据信息，并再通过无线方式转发给监控点终端设备。楼层控制器（住户控制器）的基本组成部分是AT89C51单片机和蓝牙模块ROK 101 007/1，其结构示意图如图5所示。

楼层控制器应用软件实现的功能是与住户楼主控制器和监控点终端设备的通信，并对信息进行识别转发，同时要接收住户楼主控制器命令，对自身参数和监控点终端设备参数进行修改，此外，还要完成自身蓝牙模块的初始化和设置工作。应用软件需在 AT89C51单片机上进行开发，编程语言主要基于汇编，其程序流程图如图6所示。

结束语

基于蓝牙模块ROK 101 007/1的小区安全监控系统在设计过程中，可在现有有线网络的基础上，充分考虑蓝牙技术的优势，该系统的有线网络部分较为固定，但无线网络部分组网灵活简便，且各组成部件便于模块化设计，并能重复和移动使用，因此，各住户可根据自身安全情况和财力状况，灵活选择合乎自身安全级别的设备，由此可见该系统在各居民小区，特别是各种高档小区具有潜在的应用价值，随着网络技术和蓝牙技术的飞速发展和不断完善，该系统必将得到广泛的应用。