固定電話機藍牙免提系統(tǒng)的研究

1引言

電話機是現(xiàn)代社會必不可少的通訊工具，而電話線的局限性給用戶帶來很多不便。發(fā)展無線通信連接技術，把人們從有線的束縛中解放出來，將成為一種必然趨勢。藍牙技術是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，支持設備的短距離無線通訊（一般10m內）[1]。藍牙免提系統(tǒng)就是利用藍牙技術實現(xiàn)藍牙耳機接聽固定電話的功能。藍牙免提系統(tǒng)在接打固定電話的時候，可以完全釋放雙手，并且沒有電話線的限制，使固定電話更加靈活方便。用戶可以佩戴藍牙耳機一邊接電話，一邊忙著手上的工作，或者在辦公室里一邊走動一邊接電話，不但有利于健康，而且能提高工作效率。

2基本功能及硬件組成

本文設計的固定電話機提系統(tǒng)主要由藍牙模塊、電話機、音頻轉換電路、控制電路、電源轉換電路和按鍵及顯示等電路組成，整體框圖如圖1所示。

當用藍牙免提系統(tǒng)接打電話時，先按下電話機上的藍牙按鍵啟動藍牙裝置，藍牙模塊開始搜索藍牙耳機，如果搜索到多個處于配對狀態(tài)的藍牙耳機，藍牙模塊會將搜索到所有藍牙耳機的名稱顯示在電話機的顯示器上，用戶可以通過鍵盤上的按鍵選擇要匹配的藍牙耳機，確認后，顯示器上會有輸入藍牙耳機密碼的請求，輸入正確的密碼后，藍牙模塊與耳機就建立了連接，此時，藍牙耳機就可以接聽固定電話了。有來電時，按下藍牙耳機的接聽鍵就會啟動摘掛機控制電路，在無需拿起手柄的情況下自動接通通話電路，同時控制振鈴電路停止振鈴。雙方的聲音信號通過音頻轉換電路在藍牙模塊與電話機通話電路之間傳輸，實現(xiàn)雙方的對話。通話結束時，按下了藍牙耳機的掛機鍵，再次啟動摘掛機控制電路，掛斷電話。電源轉換電路是從電話線上獲取能量為藍牙芯片供電，無需安裝外部電源，節(jié)約了成本。

3藍牙芯片介紹

藍牙模塊芯片選擇BlueCore5-MultimediaExternal(簡稱BC5-MM)作為藍牙免提系統(tǒng)的主芯片。BC5-MM有兩種開發(fā)方式：一種是將BC5-MM作為藍牙基帶傳輸器件，協(xié)議棧及應用軟件全部由外部主處理器實現(xiàn)；另一種是將BC5-MM作為藍牙單芯片，實現(xiàn)協(xié)議棧及部分應用軟件，通過與外部主處理器的通信來綜合完成相關應用。本設計選用后一種開發(fā)方式，BC5-MM的軟件開發(fā)在CSR公司提供的Roadtunes-SDK上進行，該Roadtunes-SDK提供完成的協(xié)議棧和剖面庫，藍牙免提應用的軟件解決方案，以及虛擬機VM，用于單芯片方式的嵌入式開發(fā)。

它以單芯片的形式集成了藍牙系統(tǒng)的射頻和基帶控制、RISC結構的16位MCU和性能高達64MIPS的KalimbaDSP。其中MCU部分實現(xiàn)藍牙協(xié)議棧和應用軟件，DSP用于實現(xiàn)音頻和語音處理以及流媒體音樂文件的編解碼；具有獨立的音頻輸入輸出系統(tǒng)，內置麥克風偏置電路，并具備一定的音頻輸出驅動能力；無線發(fā)射功率達+8dBm，接受靈敏度-90dBm，無需外部放大器，只需印刷電路板天線便可滿足藍牙射頻規(guī)范Class2的要求，通訊距離可達10m；具有USB、I2C、SPI、UART等多種接口，可以外接外部主控制器以實現(xiàn)復雜應用。其中BC5-MM和主處理器通過UART進行通信，SPI接口用于BC5-MM程序的調試、下載以及關鍵PSKEY屬性的設置。內置LDO(低壓差線性穩(wěn)壓器)可由外部的3.3V的電壓生成1.8V和1.5V，其中，1.8V主要為I/O口供電，1.5V主要為內核供電，簡化了電路設計。圖2為藍牙RF子系統(tǒng)電路設計，由于BC5-MM內部集成藍牙Modem，只需外接濾波器和天線便能實現(xiàn)RF子系統(tǒng)電路設計[3]。這里，濾波器選用DBF81F104，該器件是SOSHIN專為藍牙通信的可靠性。選用5ppm的高性能RF晶體振蕩器，并調整設置BC5-MM的關鍵PSKEY-CrystalTrim值，控制初始載波偏移在很小范同內，保證藍牙手機能夠搜索到設備并將其配對連接。圖2給出了藍牙RF子系統(tǒng)電路設計。

4電路設計

4.1摘掛機控制電路設計

本文針對此實際情況將電話機電路做了改進，利用Bluecore5-external芯片的PIO口提供的高低電平來控制摘掛機的繼電器部。其中JDQ1和JDQ2口分別控制叉簧開關的HS1和HS2，JDQ3是一個可控開關，根據(jù)PIO[2]口高低電平選擇是手柄接聽或藍牙接聽，所以PIO[0]、PIO[1]和PIO2]口同時動作。

藍牙電話機的接聽工作原理為：當電話機接收到通信信號時，即電話機響鈴時，使用者可通過個人意愿控制藍牙耳機的控鍵來確定接聽或直接掛斷電話。如按接聽鍵則藍牙模塊通過天線接到信號后，PIO[0/1/2]口提供高電平，三極管導通，繼電器工作。此時，繼電器常閉點3-2斷開，常開點3-1閉合，語音信號經(jīng)HS1、發(fā)號電路、HS2、JDQ-3到達藍牙通話電路，實現(xiàn)語音頻通訊。Bluecore5-external芯片的PIO[0/1/2]口輸出高低電平由軟件控制。

藍牙電話機的掛斷工作原理為：當掛斷時只需按藍牙耳機的掛機鍵，此時由藍牙耳機發(fā)射信號給電話機中的藍牙設備。當電話機中的藍牙模塊通過天線接收到藍牙耳機的掛斷信號時，位于電話機中的藍牙模塊即可通過Bluecore5-external芯片的PIO[0/1/2]口輸出低電平，三極管截止，繼電器停止工作，電話恢復掛機狀態(tài)，實現(xiàn)掛斷電話工作。摘掛機電路圖如圖3所示。4.2音頻轉換電路設計

Bluecore5-external芯片具有獨立的音頻輸入輸出系統(tǒng)，內置麥克風偏置電路，并具備一定的音頻輸出驅動能力。藍牙芯片接收到藍牙耳機發(fā)出的語音信號，經(jīng)過內部處理，由SPK+和SPK-發(fā)出，經(jīng)濾波、放大后得到需要的語音信號，由于藍牙芯片與電話機話筒之間存在壓差，所以用變壓器將兩邊信號隔離，語音信號由變壓器到達手柄通話電路，經(jīng)電話外線傳出。電話機收到的語音信號由手柄通話電路經(jīng)變壓器隔離[3]，L1、L2濾除高頻雜音，C1、C2濾波后到達MIC+和MIC-，經(jīng)芯片內部處理發(fā)送給藍牙耳機。原電話機手柄的話筒和聽筒與藍牙免提系統(tǒng)串聯(lián)，不影響正常手柄接聽。

4.3電源轉換電路

有關電源的設計將采用座機自身的電話線提供的使用電進行轉換使用，這樣可以大大的減少座機使用中的能源損耗，降低使用成本。通過測量得到電話線的電壓為48V~53V不等，同時存在交流語音信號；所以首先要濾出語音信號，然后再進行降壓才能得到Bluecore5-external芯片正常工作所需的2.7V~3.6V直流電壓。為了得到Bluecore5-external芯片正常工作所需的2.7V~3.6V直流電壓，在電源轉換電路中采用了橋式整流電路和典型穩(wěn)壓電路相結合的方法[5]。首先，電話線提供的是電壓為48V~53V不等的直流，電路中通過并聯(lián)結構的直流電容濾除了信號中存在的交流語音信號，并進一步利用兩個穩(wěn)壓管結合限流電阻穩(wěn)壓使輸出電壓在2.7V~3.6V左右。

4.4按鍵及顯示電路

來電后，選擇使用藍牙免提接聽電話時，要按下藍牙免提按鍵，藍牙模塊與藍牙耳機建立連接時，使用者在外部選擇藍牙耳機，要用到上、下選擇按鍵和確認按鍵。本設計利用藍牙芯片的引腳控制電話機上的四個按鍵，并且控制電話機的顯示器，將搜索到的藍牙耳機的名稱顯示在顯示器上。

5軟件設計

圖5給出了藍牙免提系統(tǒng)軟件流程圖。藍牙設備在初始化完成之后，藍牙模塊查詢周圍的藍牙設備，找到之后即可向其發(fā)出建立連接指令，成功建立連接之后就可以進行通信。

針對藍牙電話機即主設備，在通訊過程中需要根據(jù)不同情況來進行判斷，從而實現(xiàn)語音通訊的連接。

具體步驟如下：

a)當有電話信號進入時，按下藍牙免提鍵，藍牙通訊主設備開始啟動；

b)初始化藍牙模塊進行藍牙設備搜尋；

c)判斷藍牙設備存在與否，直至尋找到全部藍牙耳機設備；

d)進行設備匹配，當選擇一個藍牙耳機進行匹配后，藍牙模塊會識別這個藍牙耳機的地址，與該設備進行配對[5]；

e)請求連接；

f)判斷是否應答，如果沒有應答繼續(xù)尋找連接，有應答則連接成功；

g)監(jiān)測并判斷是否有語音通訊的請求，如有可進行語音通訊，反之繼續(xù)監(jiān)測；

h)根據(jù)意愿繼續(xù)或終止通訊。6