基于蓝牙技术的耳机分析

贵州航天职业技术学院

毕业论文

论文题目：基于蓝牙技术的耳机分析

专业领域：通信技术

指导教师：

作者姓名：梁波波

班学号：a103gz042030103

二0一二年月日

摘要

蓝牙技术作为数字电子产品当中的一种新技术，使得越来越多的数字产品的性能和实力提升。且在未来的发展中，电子产品有两个重要的发展指标，一是蓝牙技术的开放性，以无线网络，局域网络为主，应用于携带式设备；另一个是加密及轻量化应用。

蓝牙是一种短距无线通信的技术规范，它的工作频段为 2.4GHz。而蓝牙耳机就用到了蓝牙的话音、数据的接入、外围设备互联等，完成耳机与手机，电脑等的连接，耳机听音乐，接电话等功能。而且蓝牙耳机小巧，带着方便，不像普通耳机有线的制约，可以在十米内完成数据的连接。

关键词：蓝牙技术、局域网络、无线通信、数据的连接

目录

引言

背景

蓝牙(bluetooth)最先是在西元十世纪统一丹麦及挪威的北欧维京的国王时期，又在今天无线通信规范出台时，人们用蓝牙为它命名。是易利信研发的一种短距离无线传输介面，而且1998年联合IBM、Intel、Nokia、Toshiba五家厂商成立Bluetooth SIG蓝牙联盟。而且蓝牙技术主要有无方向性、语音和质料的传输、同时连接多个装置的特点。

1995年爱立信公司提出蓝牙概念。蓝牙是工作在微波频段，每秒传输率为1M字节，最大能传输的距离是10米，增加发射的功率，还可以把传输的距离达到100米。在全球范围内，蓝牙都有很好的兼容性，无形中还可以把蓝牙形成低成本的蓝牙网络。

项目使用价值

蓝牙技术不仅仅应用于电脑，还在许多的数码产品如移动电话、数码相机、打印机、传真机、家电等电子产品。家庭装修时的电器走线的烦恼，家电不必为一大堆遥控而头疼，用一部手机或一把车钥匙就能做到；公司的工作安排和家里亲人的画面可以随时获得；打卡、缴费方便等，而且蓝牙技术的广泛应用使我们的生活无比轻松。

而蓝牙技术在耳机方面的应用比较方便，如手机蓝牙耳机，蓝牙驾驶的安全，很多车主都感到开车接电话的不方便：一只手扶方向盘，一只手接电话，不但妨碍换挡还不安全；手机的免提接听比较方便，但是以会有不方便的时侯；利用有线耳机以不方便，在接电话或是听音乐的时候一条耳机线在胸前或手的地方，影响手换挡或打方向盘，有时侯还会不小心把手机带到地上。

配合手机使用蓝牙耳机可以不必有这些烦恼，使驾驶更加安全。通过配有蓝牙功能的耳塞，使手机用户可以实现无线免提功能，而不必像现在这样从头部垂下一根线到手机上。

蓝牙耳机规格

蓝牙耳机的两大派别

由于现在手机和耳机的品牌众多，最令消费者困扰的就是手机与蓝牙耳机之间的兼容性问题。

制造商指出，HandfreeProfile（HFP）和HeadsetPro-file（HSP）两大派别为蓝牙耳机的规格。前者指的是免提功能，后者指的是耳机功能。

其中HFP格式的蓝牙耳机支持手机功能比较完整，可以同时在耳机上操作手机设定好的重拨、来电保留、来电拒听等免提选项功能。在市场中经常会看到Bluetooth1.1、1.2、2.0+EDR、2.1+EDR等数字，数字代表不同规格标准。目前以1.1 最普遍、1.2是新的主流、2.0是2006年推出，目前最新版本是2.1+EDR版本，在2008年将推出蓝牙UWB超宽带版本，蓝牙版本不同，关乎接收信号的品质，新版本更强调能克服杂讯干扰，而且蓝牙所有最新版本都设计为向下兼容以往所有版本，2.0版本的设备和1.1版本也能自由连接。

蓝牙耳机传输距离的取决

蓝牙耳机的另一重要取决点在于传输距离，而传输距离取决于蓝牙技术PowerClass。PowerClass2在手机和移动装置是使用的最多的，传输距离为10米，PowerClass1的传输距离为100米，两种版本都支持A2DP立体声传输协议，可与立体声耳机互联。而手机和蓝牙耳机之间连接时中间没有大的障碍物，在7米之内传输质量都很好，超过8米将出现断点！超过10米将蓝牙设备之间将失去连接。

框图及原理图

2.1 框图

蓝牙耳机大体由六部分构成：基于蓝牙芯片的蓝牙模块、电源部分、按键指示灯、扬声器、麦克风、天线，具体结构框图如2-1-1图所示。

按键、指示灯

电源基于BC6140芯

部分片的蓝牙模块天线

扬声器麦克风

2-1-1图

2.2 原理图

2.2.1 电源部分

电源是给整个电路提供电能，而电源电路是把电源连接到电路之中时起到保护作用，以是在充电时对电源和电路的保护，电路图如2-2-1图所示。

2-2-1图

2.2.2 芯片BC6140模块

天线接收的信号通过放大和解码后传到BC6140集成块中通过处理输入到扬声器电路中，以是把麦克风的信号通过混频等处理后传到天线电路放大后发射出去，电路图如2-2-2图所示。

2-2-2图

2.2.3 扬声器部分

扬声器电路部分是把电线接收下来，通过放大及解码后等处理过的信号转变为音频信号，电路图如2-2-3图所示。

2-2-3图

蓝牙耳机的特点和工作原理

3.1 特点

蓝牙技术低成本、低功率、低辐射、短距离无线传输的特点以外，还具备以下特点：

兼容性：指设备接口的通用性指标--允许用户在除本系统之外的其它设备之间来回切换，这类设备包括了电话、台式或笔记本计算机等。

轻巧性：由于耳机产品是要佩戴在人耳上的，这就决定了蓝牙耳机必须具备体积小、重量轻

的特点。

便捷性：将蓝牙耳机与带有蓝牙功能的手机连接，在通话时就可以放开双手，在驾驶时更为实用。由于蓝牙耳机有独立的通信协议，所以在使用不同厂商的手机、电脑等设备时不必每次都更换耳机。

语音传输特性：蓝牙耳机是依靠蓝牙技术来进行语音传输的设备，所以声音质量和语音清晰度是蓝牙耳机的主要性能参数，一般的蓝牙耳机采用了低功耗的FSK音频数字压缩解压缩调制处理技术，在人类可听的音频20Hz--20KHz范围具有很高的还原度指标及抗干扰性能，另外一些耳机还运用数字信号处理器（DSP）进行回音消除和噪音抑制。

3.2 工作原理

关于音频流的蓝牙传输可以通过PCM接口、模拟UART两个方式来传送。

通过音频播放器（eg: Media Player）来打开音频文件，调用Audio驱动，音频文件通过解码后，由PCM输出到Host端蓝牙模块的PCM输入端，接着，经过蓝牙模块的处理后，由RF 无线模块发送给Client 端蓝牙设备。

Client 端蓝牙设备经由无线接收模块后，滤波，稳压，经微处理芯片处理后，直接由Speaker 播放。

通过设置注册表【HKEY_LOCAL_MACHINE\Services\BTAGSVC】IsEnabled ＝1 使得系统引导时自动加载语音网关（AG）服务。

首先，通过手动配置建立Host端蓝牙设备与Client端蓝牙设备ACL链接（面向无连接的异步链路），接着在Applicaiton或Audio Driver中调用IOCTL_AG_OPEN_AUDIO，重新建立Host 端蓝牙设备与Client端蓝牙设备SCO链接（面向连接的同步链路），接着AG自动发送waveOutMessage((HWAVEOUT)i, WODM_BT_SCO_AUDIO_CONTROL, 0, TRUE); 从而建立了Audio至蓝牙芯片之间的通道，也即，实现了音频流到蓝牙模块的传送。

然后，经由主机端蓝牙模块将音频流打包经由RF模块发送出去。

客户端蓝牙耳机接收到无线音频包后，滤波，稳压，经微处理芯片处理后，由PCM传送给音频编解码器芯片，最后，由Speaker播放。

3.2.1 蓝牙耳机+手机

蓝牙耳机+ 手机，除了具有一般的语音通话功能外，最大的特点是可以直接透过蓝牙耳机听取手机中所播放的音乐。而市面上内建A2DP 模式的手机，目前也越来越普及，搭配蓝牙耳机后，都可以直接与手机连结，进行音乐的聆听！

除了手机内建A2DP 之外，采用Symbain Series 60 操作系统的手机，如Nokia 6670、6680 及Panasonic X700、X800...等，知名蓝牙外围厂商iTech 也特别附赠BluePlayer 外挂程序，可以使Series 60 手机支持A2DP 模式，同样享有听音乐的快感！

3.2.2 蓝牙耳机+个人计算机

随着蓝牙设备的普及，愈来愈多个人及笔记型计算机，也开始内建蓝牙装置。而计算机端上的蓝牙应用，可以说是类型最多的，无论是打印机、鼠标键盘的连结，甚至是PDA 和手机的同步，都可以透过蓝牙装置进行。目前在个人计算机上最先进的应用就属用蓝牙耳机，只要将计算机安装上蓝牙接收器，并安装驱动程序后，就可以进行蓝牙的配对使用。

蓝牙耳机推出后，可以用耳机来听取计算机中的音乐，无论计算机中的蓝牙接收器规格是1.1 版本或是1.2 版，只要更新至支持A2DP 模式的驱动程序后（WIDCOMM 需要4.0 版本以上才支持，IVT 则需要 1.4 版本以上），就可以支持蓝牙耳机提供音效输出。

3.2.3 蓝牙耳机+音乐播放器

如果你的手机没有支持蓝牙A2DP，但是你又想利用蓝牙耳机听取音乐，也有厂商推出了适用于3.5 mm 耳机插头的HiFi 蓝牙传输装置。只要有 3.5 mm 耳机接头的音乐播放装置，都可以直接转换为蓝牙无线传输的装置，使用起来也不必经过繁复的设定，只要开启发送端

及蓝牙耳机的电源后，就会自行配对。

蓝牙耳机的功能

蓝牙耳机三部分功能分别为配对功能、音频网关连向耳机、耳机连向音频网关。

配对功能：配对模式是允许两个设备之间建立一条共享的链路密码，而耳机会存储这个链路密码并在下一次与音频网关连接的时候可以直接用。也就是说这两端会在下次通信的时候鉴别对方以前是否己经配对了，而不需要用户再次进行耳机与音频网关的配对过程。耳机与音频网关的通信之间必须要先完成配对过程，配对时把音频网关进入到搜索设备状态，然后从搜索到的蓝牙耳机的地址中选择你想要配对的耳机地址来进行配对。除非厂商有特殊的说明，一般手机跟耳机的PIN码都是1234。如果配对成功，耳机就会作为从设备进入到连接状态，只有在此状态下耳机才能够接听到从手机传来的话音。若配对失败了耳机仍然处于配对状态，直到音频网关与其配对成功为止。

音频网关连向耳机：如果音频网关有电话链接请求，我们需要把这个电话转移到蓝牙耳机一端。假设耳机与音频网关之前早就完成了配对过程，当耳机加电启动的时候它会自动进入空闲状态。这意味着耳机没有射频信号但是耳机可以响应耳机端的按键动作，这时只要按键一次，耳机就会作为从设备进入到连接状态当中，与其配对过的音频网关就会同耳机之间创建一个RFCOMM连接。当RFCOMM连接建立之后，如果有来电，耳机将会提供了两种振铃方式(带内跟带外)：

耳机连向音频网关：在这种情况下耳机向音频网关建立初始化音频连接，但音频网关必须处于可连接状态否则耳机不能够与其连接。如果耳机处于空闲状态，按键两次耳机就会作为主设备进入到连接状态。此时耳机会尝试着和已经与其完成配对的音频网关建立一个RFCOMM 连接，在创建这个连接的时候，它会自动地执行这个按键事件。总的来说耳机有空闲、作为从设备连接、作为主设备连接这三个状态。如果从空闲状态开始，一次单独的按键使得耳机作为从设备进入连接状态，第二次按键使得耳机作为主设备进入连接状态，如果RFCOMM 建立之前发生了第三次按键，耳机就回到空闲状态了。

总结

参考文献

《Protel实用教程》

蓝牙技术之蓝牙耳机

蓝牙通信原理

BC6140蓝牙耳机电路图

蓝牙特殊利益组织