摘要 針對手機微波輻射對人體造成的傷害問題以及移動通信網(wǎng)絡(luò)、固話網(wǎng)絡(luò)間不兼容的問題，設(shè)計了一種使用藍牙技術(shù)的PSTN語音網(wǎng)關(guān)。分析了PSTN和移動通信網(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)。通過實際使用測試，手機和網(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 藍牙技術(shù)；PSTN；網(wǎng)關(guān)

    近年來隨著通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們在享受移動通信帶來的便捷性的同時，也承擔(dān)了一些相應(yīng)的負面影響：首先是手機微波輻射，長時間的微波輻射會引起人體神經(jīng)衰弱、心悸胸悶、頭暈?zāi)垦?、精神不振等病癥，并可能會造成的嚴(yán)重的惡性腦瘤；其次移動通信網(wǎng)絡(luò)和固話網(wǎng)絡(luò)之間的切換，多數(shù)人既是移動通信網(wǎng)的用戶，同時也是固話網(wǎng)用戶，而兩者之間的不兼容性造成了通信資源浪費。因此，人們對于移動通信網(wǎng)絡(luò)和同話網(wǎng)絡(luò)之間的無縫切換需求在不斷提高。
    藍牙(Bluetooth)是一種短距離無線通信技術(shù)，支持點對點及對多點的通信。目前幾乎所有的移動通信網(wǎng)手機都支持藍牙技術(shù)，所以文中通過設(shè)計一款嵌入式藍牙PSTN網(wǎng)關(guān)，即可實現(xiàn)手機通過藍牙無線方式接入固話網(wǎng)絡(luò)(Public Switched Telephone Network，PSTN)。這樣利用網(wǎng)關(guān)，用戶手機可以轉(zhuǎn)移到固定電話上，避免了手機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，許多用戶因為不同的應(yīng)用需求，同時擁有移動通信網(wǎng)和固話網(wǎng)兩種通信業(yè)務(wù)，尤其是商務(wù)用戶，往往擁有多部移動手機，在室內(nèi)辦公時常常會因為接聽不同的電話而手忙腳亂。
    而且由于手機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)送強力的通訊電波。在使用手機過程中，天線恰恰離大腦最近，所以會對人腦有負面影響。
    人們迫切地需要一款設(shè)備，使得只通過固定電話即可接聽所有通信網(wǎng)絡(luò)的來電。眼下較熱門的固網(wǎng)和移動網(wǎng)融合(Fixed-mobile eonver gence，F(xiàn)MC)正是這些用戶的切實需要。
    文中通過設(shè)計一款藍牙PSTN網(wǎng)關(guān)把所有手機來電轉(zhuǎn)移到固定電話，達到移動通信網(wǎng)和固話網(wǎng)的融合，使得用戶可以通過同定電話接聽所有的來電，也完全避免了手機對人體的頻繁輻射，滿足了用戶“一機多接”和健康環(huán)保的需求。
1．2 經(jīng)濟效益
    根據(jù)市場研究公司Informa Telecoms&Media報告：到2011年，全球FMC用戶將達到9 200萬，F(xiàn)MC收入也將達到280億美元，占全球移動用戶總數(shù)的3％。
    FMC在是個新興市場，未來擁有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ谑袌鼍哂休^大的經(jīng)濟效益。
1．3 社會效益
    方案具有使用方便、成本低廉、綠色環(huán)保等優(yōu)點。推廣開來能為人們的工作生活帶來便利，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，具有一定的社會效益。
    文中的研究設(shè)計針對現(xiàn)在的FMC提出了一種新的設(shè)計思路和解決方案，闡述了一種實用性很強的嵌入式藍牙網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的開發(fā)方法。
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2 系統(tǒng)總體設(shè)計
    設(shè)計主要由藍牙模塊、音頻編解碼模塊和電話機接口模塊等幾部分組成。其系統(tǒng)總體設(shè)計框圖入圖2所示。

    網(wǎng)關(guān)控制器接收到藍牙模塊發(fā)來的數(shù)據(jù)并通過協(xié)議棧解釋為摘機、掛機、來電顯示等命令，按照相應(yīng)命令通過線路切換電路進行網(wǎng)絡(luò)間的切換，當(dāng)通話鏈接建立后，手機將語音數(shù)據(jù)通過藍牙的SCO鏈路轉(zhuǎn)接到MC145483芯片轉(zhuǎn)換為模擬信號，最后送往電話機模塊。來電姓名、電話號碼在液晶屏上顯示，鍵盤用來進行網(wǎng)絡(luò)線路的切換。

3 各部分模塊的設(shè)計
3．1 主要芯片簡介
    系統(tǒng)中的藍牙模塊采用CSR公司的BlueCore4-External藍牙芯片。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，該芯片完全遵循藍牙系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和音頻連接，其基于Class 2功率級別，能有效保證10 m以內(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，負責(zé)向前糾錯，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，藍牙協(xié)議棧固件。
    芯片接口豐富，提供標(biāo)準(zhǔn)的UART，USB，SPI，語音PCM，可編程B0口。其性能完全滿足室內(nèi)的應(yīng)用需求。
    語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，以達到低噪聲，其接收信號增益控制以3 dB的步長可以從0 dB變化到20dB。
    設(shè)計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 藍牙模塊
    藍牙模塊包括藍牙射頻電路、基帶處理電路和MCU控制電路，設(shè)計中使用了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16位的RSIC微處理器，通過自帶的MCU可以處理藍牙協(xié)議棧和藍牙數(shù)據(jù)，并運行相應(yīng)的功能程序。
    芯片提供有15個PIO，包括12個數(shù)字PIO和3個模擬PIO。其中PI09-PIO11分配給鍵盤模塊，用于接收控制命令；PIO7連接SLC603C，其高電平時作為掛機狀態(tài)，低電平處于摘機狀態(tài)。具體的電路圖如圖4所示。

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

3．4 語音編解碼模塊
    語言編解碼模塊負責(zé)對語音數(shù)據(jù)進行A／D和D／A轉(zhuǎn)換。藍牙模塊通過PCM數(shù)據(jù)接口構(gòu)成其與語音芯片MC145483的收發(fā)數(shù)據(jù)通道，并通過PCM_SYNC控制語音同步，通過PCM_CLK控制控制送給語音芯片的時鐘信號。設(shè)計電路如圖6所示。

4 軟件設(shè)計
    應(yīng)剛程序的開發(fā)，選擇CSR公司的Bluelab。BlueLab的藍牙軟件開發(fā)包主要由以下幾部分組成：
    (1)xIDE集成開發(fā)環(huán)境。
    (2)包含藍牙協(xié)議棧的BlueCore固件。
    (3)常用的幾種藍牙剖面。
    (4)庫文件和相應(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發(fā)應(yīng)用程序，使用參考示例代碼簡化開發(fā)進程。在對藍牙語音收發(fā)組件的軟件進行設(shè)計時，就可以以相關(guān)剖面(Profile)進行開發(fā)。
    軟件部分的設(shè)計主要包括按鍵處理子程序、顯示處理子程序以及主程序。主程序用于進行系統(tǒng)的初始化，負責(zé)藍牙語音設(shè)備的配對連接，并響應(yīng)按鍵模塊的命令，處理手機和同定電話之間的語音切換，同時負責(zé)將獲取的狀態(tài)信息，如通話狀態(tài)、來電顯示等傳遞給液晶顯示模塊進行顯示。按鍵子模塊分為3個按鍵功能：(1)“固話”按鍵；(2)“手機”按鍵；(3)“拒接”按鍵。當(dāng)PSTN網(wǎng)絡(luò)或移動通信網(wǎng)有來電呼叫時，對應(yīng)的“固話”或“手機”按鍵的指示燈會閃爍，這時通過按鍵即可進行不同通信網(wǎng)絡(luò)問的切換。顯示部分子程序包含了顯示驅(qū)動芯片的初始化函數(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
    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)。該機制把應(yīng)用程序中需要處理的各種消息分類，設(shè)立多個消息隊列，每個消息隊列的消息都采用一個單獨的TASK來處理，如同有不同的TASK在處理不同的事物，實現(xiàn)了多任務(wù)機制。[!--empirenews.page--]
    在Main函數(shù)中對系統(tǒng)初始化以后會調(diào)用消息處理函數(shù)MessageLoop()，開始進行消息調(diào)度。之后整個系統(tǒng)的程序都以消息機制進行運行，當(dāng)系統(tǒng)接收到不同的狀態(tài)，app_handler()函數(shù)負責(zé)將對應(yīng)的消息分發(fā)到相應(yīng)的處理子程序函數(shù)進行處理，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
    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、接聽及網(wǎng)絡(luò)間的切換等功能實現(xiàn)。系統(tǒng)的3個按鍵分別使用了PIO9-PIO11這3個PIO口，使用PioGetPin()和PioSetPin()函數(shù)即可靈活的對PIO引腳進行監(jiān)測和修改。

    顯示程序中將整塊顯示屏分為上下兩部分，通過chn_dispup()和chn_dispdown()兩個函數(shù)分別對上、下半屏的字符顯示進行處理。另外設(shè)計了圖形顯示程序img_disp()用來對未來的需求進行支持，顯示程序流程圖如圖8所示。

5 結(jié)束語
    設(shè)計的嵌入式藍牙PSTN網(wǎng)關(guān)，能兼容市面上大多數(shù)的藍牙手機，可以支持PSTN網(wǎng)絡(luò)和移動通信網(wǎng)同時來電接聽，并能即時且方便地在兩個通話網(wǎng)絡(luò)之間互相切換。通過實際使用測試，手機和網(wǎng)關(guān)在10 m的距離以內(nèi)，音質(zhì)清晰、通話質(zhì)量良好。
    嵌入式藍牙PSTN網(wǎng)關(guān)，融合了同話網(wǎng)絡(luò)和移動通信網(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，更重要的是能使手機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。