摘要 針對(duì)手機(jī)微波輻射對(duì)人體造成的傷害問(wèn)題以及移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、固話網(wǎng)絡(luò)間不兼容的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種使用藍(lán)牙技術(shù)的PSTN語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)。分析了PSTN和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)融合的必要性，闡述了系統(tǒng)的功能，并給出了完整的硬件結(jié)構(gòu)和軟件架構(gòu)。通過(guò)實(shí)際使用測(cè)試，手機(jī)和網(wǎng)關(guān)在10 m距離內(nèi)，音質(zhì)清晰、通話質(zhì)量良好。
關(guān)鍵詞 藍(lán)牙技術(shù)；PSTN；網(wǎng)關(guān)

    近年來(lái)隨著通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們?cè)谙硎芤苿?dòng)通信帶來(lái)的便捷性的同時(shí)，也承擔(dān)了一些相應(yīng)的負(fù)面影響：首先是手機(jī)微波輻射，長(zhǎng)時(shí)間的微波輻射會(huì)引起人體神經(jīng)衰弱、心悸胸悶、頭暈?zāi)垦?、精神不振等病癥，并可能會(huì)造成的嚴(yán)重的惡性腦瘤；其次移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和固話網(wǎng)絡(luò)之間的切換，多數(shù)人既是移動(dòng)通信網(wǎng)的用戶(hù)，同時(shí)也是固話網(wǎng)用戶(hù)，而兩者之間的不兼容性造成了通信資源浪費(fèi)。因此，人們對(duì)于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和同話網(wǎng)絡(luò)之間的無(wú)縫切換需求在不斷提高。
    藍(lán)牙(Bluetooth)是一種短距離無(wú)線通信技術(shù)，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及對(duì)多點(diǎn)的通信。目前幾乎所有的移動(dòng)通信網(wǎng)手機(jī)都支持藍(lán)牙技術(shù)，所以文中通過(guò)設(shè)計(jì)一款嵌入式藍(lán)牙PSTN網(wǎng)關(guān)，即可實(shí)現(xiàn)手機(jī)通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線方式接入固話網(wǎng)絡(luò)(Public Switched Telephone Network，PSTN)。這樣利用網(wǎng)關(guān)，用戶(hù)手機(jī)可以轉(zhuǎn)移到固定電話上，避免了手機(jī)造成的微波輻射傷害，也充分利用了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1 系統(tǒng)方案的分析與論證
1．1 需求分析
    當(dāng)前，許多用戶(hù)因?yàn)椴煌膽?yīng)用需求，同時(shí)擁有移動(dòng)通信網(wǎng)和固話網(wǎng)兩種通信業(yè)務(wù)，尤其是商務(wù)用戶(hù)，往往擁有多部移動(dòng)手機(jī)，在室內(nèi)辦公時(shí)常常會(huì)因?yàn)榻勇?tīng)不同的電話而手忙腳亂。
    而且由于手機(jī)通信是不間斷地與發(fā)射基站聯(lián)系，而必定需要接收和發(fā)送強(qiáng)力的通訊電波。在使用手機(jī)過(guò)程中，天線恰恰離大腦最近，所以會(huì)對(duì)人腦有負(fù)面影響。
    人們迫切地需要一款設(shè)備，使得只通過(guò)固定電話即可接聽(tīng)所有通信網(wǎng)絡(luò)的來(lái)電。眼下較熱門(mén)的固網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)融合(Fixed-mobile eonver gence，F(xiàn)MC)正是這些用戶(hù)的切實(shí)需要。
    文中通過(guò)設(shè)計(jì)一款藍(lán)牙PSTN網(wǎng)關(guān)把所有手機(jī)來(lái)電轉(zhuǎn)移到固定電話，達(dá)到移動(dòng)通信網(wǎng)和固話網(wǎng)的融合，使得用戶(hù)可以通過(guò)同定電話接聽(tīng)所有的來(lái)電，也完全避免了手機(jī)對(duì)人體的頻繁輻射，滿(mǎn)足了用戶(hù)“一機(jī)多接”和健康環(huán)保的需求。
1．2 經(jīng)濟(jì)效益
    根據(jù)市場(chǎng)研究公司Informa Telecoms&Media報(bào)告：到2011年，全球FMC用戶(hù)將達(dá)到9 200萬(wàn)，F(xiàn)MC收入也將達(dá)到280億美元，占全球移動(dòng)用戶(hù)總數(shù)的3％。
    FMC在是個(gè)新興市場(chǎng)，未來(lái)?yè)碛芯薮蟮陌l(fā)展?jié)摿Γ谑袌?chǎng)具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。
1．3 社會(huì)效益
    方案具有使用方便、成本低廉、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。推廣開(kāi)來(lái)能為人們的工作生活帶來(lái)便利，提高通信網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，響應(yīng)現(xiàn)在人們綠色生活的提議，具有一定的社會(huì)效益。
    文中的研究設(shè)計(jì)針對(duì)現(xiàn)在的FMC提出了一種新的設(shè)計(jì)思路和解決方案，闡述了一種實(shí)用性很強(qiáng)的嵌入式藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)方法。
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2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
    設(shè)計(jì)主要由藍(lán)牙模塊、音頻編解碼模塊和電話機(jī)接口模塊等幾部分組成。其系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖入圖2所示。

    網(wǎng)關(guān)控制器接收到藍(lán)牙模塊發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)并通過(guò)協(xié)議棧解釋為摘機(jī)、掛機(jī)、來(lái)電顯示等命令，按照相應(yīng)命令通過(guò)線路切換電路進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)間的切換，當(dāng)通話鏈接建立后，手機(jī)將語(yǔ)音數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙的SCO鏈路轉(zhuǎn)接到MC145483芯片轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，最后送往電話機(jī)模塊。來(lái)電姓名、電話號(hào)碼在液晶屏上顯示，鍵盤(pán)用來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)線路的切換。

3 各部分模塊的設(shè)計(jì)
3．1 主要芯片簡(jiǎn)介
    系統(tǒng)中的藍(lán)牙模塊采用CSR公司的BlueCore4-External藍(lán)牙芯片。BlueCore4-External是一款包含高頻組件和基帶控制器的單芯片解決方案，該芯片完全遵循藍(lán)牙系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和音頻連接，其基于Class 2功率級(jí)別，能有效保證10 m以?xún)?nèi)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸，音頻接口支持PCM協(xié)議，模塊和設(shè)備同件完全兼容藍(lán)牙規(guī)范V2．1和EDA。芯片還集成了如下功能模塊：
    (1)RF接收器，由低噪聲放大器，A／D轉(zhuǎn)換器組成。
    (2)RF發(fā)送器，帶功率放大器，IQ調(diào)制器，D＼A轉(zhuǎn)換器。
    (3)功率控制校準(zhǔn)器。
    (4)基帶邏輯，由MMU，批量控制器組成。
    (5)基帶DSP，負(fù)責(zé)向前糾錯(cuò)，HEC，CRC校檢，數(shù)據(jù)白化，編解碼。
    (6)48 kB系統(tǒng)RAM，供MCU使用。
    (7)4 Mbit ROM，藍(lán)牙協(xié)議棧固件。
    芯片接口豐富，提供標(biāo)準(zhǔn)的UART，USB，SPI，語(yǔ)音PCM，可編程B0口。其性能完全滿(mǎn)足室內(nèi)的應(yīng)用需求。
    語(yǔ)音芯片采用摩托羅拉公司的MC145483芯片，該芯片支持13位線性ADC／DAC轉(zhuǎn)換，集成了帶通濾波器和低通濾波器及RC電路的前沿和后沿濾波器，并且采用差分模擬電路，以達(dá)到低噪聲，其接收信號(hào)增益控制以3 dB的步長(zhǎng)可以從0 dB變化到20dB。
    設(shè)計(jì)中的電話線路接口芯片采用SHL603C，該芯片內(nèi)置-48 V饋電電源和75 V鈴流源，且包含了饋電和饋鈴切換電路，無(wú)需外接饋電和饋鈴切換繼電器，并且增加了倒極功能。
3．2 藍(lán)牙模塊
    藍(lán)牙模塊包括藍(lán)牙射頻電路、基帶處理電路和MCU控制電路，設(shè)計(jì)中使用了BlueCore4-External單芯片解決方案，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

     BlueCore4-External芯片自帶一個(gè)16位的RSIC微處理器，通過(guò)自帶的MCU可以處理藍(lán)牙協(xié)議棧和藍(lán)牙數(shù)據(jù)，并運(yùn)行相應(yīng)的功能程序。
    芯片提供有15個(gè)PIO，包括12個(gè)數(shù)字PIO和3個(gè)模擬PIO。其中PI09-PIO11分配給鍵盤(pán)模塊，用于接收控制命令；PIO7連接SLC603C，其高電平時(shí)作為掛機(jī)狀態(tài)，低電平處于摘機(jī)狀態(tài)。具體的電路圖如圖4所示。

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3．3 電話機(jī)模塊
    SHL603C是采用單5 V供電的用戶(hù)接口電路芯片，集成了用戶(hù)接口電路的所有功能，簡(jiǎn)化了用戶(hù)外圍電路的設(shè)計(jì)。其中RC引腳是饋鈴饋電控制引腳：當(dāng)高電平時(shí)模塊振鈴；低電平時(shí)模塊饋電。設(shè)計(jì)中將BC4-ext芯片的PIO4和PIO5分別分配給SHK2引腳和RC引腳。其詳細(xì)電路如圖5所示。

3．4 語(yǔ)音編解碼模塊
    語(yǔ)言編解碼模塊負(fù)責(zé)對(duì)語(yǔ)音數(shù)據(jù)進(jìn)行A／D和D／A轉(zhuǎn)換。藍(lán)牙模塊通過(guò)PCM數(shù)據(jù)接口構(gòu)成其與語(yǔ)音芯片MC145483的收發(fā)數(shù)據(jù)通道，并通過(guò)PCM_SYNC控制語(yǔ)音同步，通過(guò)PCM_CLK控制控制送給語(yǔ)音芯片的時(shí)鐘信號(hào)。設(shè)計(jì)電路如圖6所示。

4 軟件設(shè)計(jì)
    應(yīng)剛程序的開(kāi)發(fā)，選擇CSR公司的Bluelab。BlueLab的藍(lán)牙軟件開(kāi)發(fā)包主要由以下幾部分組成：
    (1)xIDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。
    (2)包含藍(lán)牙協(xié)議棧的BlueCore固件。
    (3)常用的幾種藍(lán)牙剖面。
    (4)庫(kù)文件和相應(yīng)的頭文件。
    BlueLab允許程序員根據(jù)特殊的需要以靈活的方式開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序，使用參考示例代碼簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)進(jìn)程。在對(duì)藍(lán)牙語(yǔ)音收發(fā)組件的軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，就可以以相關(guān)剖面(Profile)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。
    軟件部分的設(shè)計(jì)主要包括按鍵處理子程序、顯示處理子程序以及主程序。主程序用于進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，負(fù)責(zé)藍(lán)牙語(yǔ)音設(shè)備的配對(duì)連接，并響應(yīng)按鍵模塊的命令，處理手機(jī)和同定電話之間的語(yǔ)音切換，同時(shí)負(fù)責(zé)將獲取的狀態(tài)信息，如通話狀態(tài)、來(lái)電顯示等傳遞給液晶顯示模塊進(jìn)行顯示。按鍵子模塊分為3個(gè)按鍵功能：(1)“固話”按鍵；(2)“手機(jī)”按鍵；(3)“拒接”按鍵。當(dāng)PSTN網(wǎng)絡(luò)或移動(dòng)通信網(wǎng)有來(lái)電呼叫時(shí)，對(duì)應(yīng)的“固話”或“手機(jī)”按鍵的指示燈會(huì)閃爍，這時(shí)通過(guò)按鍵即可進(jìn)行不同通信網(wǎng)絡(luò)問(wèn)的切換。顯示部分子程序包含了顯示驅(qū)動(dòng)芯片的初始化函數(shù)，并定義了分屏顯示、顯示漢字、顯示圖形等函數(shù)。
4．1 主程序設(shè)計(jì)
    Bluelab提供了一種虛擬多任務(wù)的體系架構(gòu)VM(Virtual Machine)，使得應(yīng)用程序可以處理多任務(wù)。該機(jī)制把應(yīng)用程序中需要處理的各種消息分類(lèi)，設(shè)立多個(gè)消息隊(duì)列，每個(gè)消息隊(duì)列的消息都采用一個(gè)單獨(dú)的TASK來(lái)處理，如同有不同的TASK在處理不同的事物，實(shí)現(xiàn)了多任務(wù)機(jī)制。[!--empirenews.page--]
    在Main函數(shù)中對(duì)系統(tǒng)初始化以后會(huì)調(diào)用消息處理函數(shù)MessageLoop()，開(kāi)始進(jìn)行消息調(diào)度。之后整個(gè)系統(tǒng)的程序都以消息機(jī)制進(jìn)行運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)接收到不同的狀態(tài)，app_handler()函數(shù)負(fù)責(zé)將對(duì)應(yīng)的消息分發(fā)到相應(yīng)的處理子程序函數(shù)進(jìn)行處理，主程序流程圖如圖7所示。

4．2 按鍵處理及顯示處理子程序設(shè)計(jì)
    按鍵處理子程序的作用主要是響應(yīng)按鍵中斷，從而完成掛斷、接聽(tīng)及網(wǎng)絡(luò)間的切換等功能實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)的3個(gè)按鍵分別使用了PIO9-PIO11這3個(gè)PIO口，使用PioGetPin()和PioSetPin()函數(shù)即可靈活的對(duì)PIO引腳進(jìn)行監(jiān)測(cè)和修改。

    顯示程序中將整塊顯示屏分為上下兩部分，通過(guò)chn_dispup()和chn_dispdown()兩個(gè)函數(shù)分別對(duì)上、下半屏的字符顯示進(jìn)行處理。另外設(shè)計(jì)了圖形顯示程序img_disp()用來(lái)對(duì)未來(lái)的需求進(jìn)行支持，顯示程序流程圖如圖8所示。

5 結(jié)束語(yǔ)
    設(shè)計(jì)的嵌入式藍(lán)牙PSTN網(wǎng)關(guān)，能兼容市面上大多數(shù)的藍(lán)牙手機(jī)，可以支持PSTN網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)通信網(wǎng)同時(shí)來(lái)電接聽(tīng)，并能即時(shí)且方便地在兩個(gè)通話網(wǎng)絡(luò)之間互相切換。通過(guò)實(shí)際使用測(cè)試，手機(jī)和網(wǎng)關(guān)在10 m的距離以?xún)?nèi)，音質(zhì)清晰、通話質(zhì)量良好。
    嵌入式藍(lán)牙PSTN網(wǎng)關(guān)，融合了同話網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，做到了“二網(wǎng)合一”，增加了通信的便捷性，避免了通信資源的浪費(fèi)，更重要的是能使手機(jī)使用者盡可能得避免微波輻射，符合現(xiàn)在生活的環(huán)保理念。