一种基于蓝牙AOA模式的多功能车载通信系统及方法与流程

一种基于蓝牙aoa模式的多功能车载通信系统及方法
技术领域
1.本发明涉及车载网络通信的技术领域，更具体地说，是涉及一种基于蓝牙aoa模式的多功能车载通信系统。


背景技术：

2.随着人们对汽车智能化、自动化以及舒适性的要求日益增高，无线类设备已经被广泛应用于现代汽车中。最常见的无线通讯设备就是蓝牙，可实现播放音乐、无线通话等基础的娱乐功能，另一重要应用则是无实体钥匙进入(感应开关)，车载蓝牙系统自动检测蓝牙钥匙(如智能手机)与车身的相对位置，从而控制车门自动开锁和解锁。
3.目前蓝牙技术已发展到bt5.2标准，同一个蓝牙收发器可支持经典蓝牙和低功耗蓝牙两种模式。经典蓝牙的普及率很高，能够用于蓝牙电话或蓝牙音乐等较高数据量的传输，低功耗蓝牙从5.1标准开始支持aoa定位模式，具有精准的寻向功能，实现了厘米级定位精度。
4.然而当前的车载蓝牙无实体钥匙进入系统(感应开关系统)是基于rssi定位模式，定位精度在5m～10m的粗定位，依赖于粗定位的无实体钥匙进入系统，车辆检测到的智能手机位置与实际会有较大偏差，从而使得车门开锁或解锁可能会存在误判，具有一定的安全隐患。
5.基于蓝牙的rssi定位模式，需安装至少三个蓝牙装置且每个蓝牙装置都需要连接独立天线，天线分布于车身不同位置。而该三个蓝牙装置都只用于无实体钥匙进入系统，蓝牙功能单一，须另外再增加一个蓝牙装置才能实现蓝牙娱乐功能。在此情况下，多个蓝牙装置会增加电源功耗和硬件成本，也增加了在整车装配过程中的安装和布线复杂度。


技术实现要素：

6.本发明的首要目的是针对现有技术存在的问题，提供一种基于蓝牙aoa模式的多功能车载通信系统，以克服现有技术中基于蓝牙rssi定位模式所产生的定位精度低、布线复杂的技术问题。
7.一种基于蓝牙aoa模式的多功能车载通信系统，其特征在于，包括安装在车身上的中央处理器、蓝牙收发器、射频开关以及天线模块，其中，
8.所述蓝牙收发器，用于检测周边是否存在适配的蓝牙移动端，若检测到适配的移动端信息，所述蓝牙收发器向所述中央处理器发送无线信号；
9.所述中央处理器，用于根据蓝牙收发器位置以及蓝牙收发器传送的无线信号数据，结合蓝牙aoa技术，计算出移动端的位置，并判断移动端与车身的相对距离是否满足解锁或者上锁预设值；若满足解锁预设值，则通知车辆控制单元进行解锁，并控制所述蓝牙收发器进入蓝牙娱乐模式；若满足上锁预设值，则通知车辆控制单元继续上锁，并控制所述蓝牙收发器保持低功耗蓝牙模式；
10.所述天线装置，包括有两个天线组，所述中央处理器根据解锁或者上锁的判断结
果，控制所述蓝牙收发器连接相应的所述天线组，其中第一天线组对应于所述低功耗蓝牙模式，所述第二天线组对应于所述蓝牙娱乐模式；
11.所述射频开关，用于所述蓝牙收发器与不同所述天线组之间的切换连接。
12.优选地，所述第一天线组包括三根以上的天线单元，并且每根所述天线单元之间的间距相等，间距值不超过蓝牙工作频段的二分之一波长。
13.优选地，所述蓝牙收发器检测到适配的移动端信息后，发送控制信号控制所述射频开关依次在所述第一天线组内的各个天线单元之间循环切换，用于获取每个所述天线单元接收到的移动端发射的射频信号相位差。
14.优选地，各个所述天线单元分别通过对应的线缆与所述射频开关进行电性连接，每根所述线缆的长度相等。
15.优选地，所述射频开关为单刀多掷开关。
16.优选地，所述第二天线组包括一根天线单元，当移动端与车身的相对距离满足解锁预设值时，所述中央处理器控制所述蓝牙收发器发出指定的控制信号，所述射频开关切换连接所述第二天线组。
17.优选地，所述第一天线组布置在车顶，所述第二天线组布置在车内的中控位置，所述中央处理器布置在车载中控系统。
18.优选地，所述移动端自带有蓝牙模块，并通过所述蓝牙模块事先与所述蓝牙收发器达成通讯连接。
19.优选地，所述移动端为手机形式或者自带蓝牙模块的车辆钥匙。
20.本发明的第二个目的在于，提供一种基于蓝牙aoa模式的多功能车载通信方法，包括以下步骤：
21.(1)事先利用移动端的蓝牙模块与车身配置的蓝牙收发器达成通讯连接；
22.(2)打开移动端的蓝牙模块并靠近蓝牙收发器的检测范围；
23.(3)蓝牙收发器将检测到的适配信号发送至中央处理器，中央处理器根据蓝牙收发器位置以及蓝牙收发器传送的检测信号数据，结合蓝牙aoa技术，计算出移动端的位置，并判断移动端与车身的相对距离是否满足解锁或者上锁预设值；
24.(3.1)若满足解锁预设值，中央处理器通知车辆控制单元进行解锁，并控制所述蓝牙收发器通过射频开关切换进入蓝牙娱乐模式，用于蓝牙电话或蓝牙音乐等较高数据量传输；
25.(3.2)若满足上锁预设值，则通知车辆控制单元继续上锁，并控制所述蓝牙收发器保持低功耗蓝牙模式，进行无实体钥匙进入系统的感应。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果：
27.本发明通过中央处理单元、蓝牙收发器、射频开关以及天线装置，实现了中短距离车辆唤醒、无钥匙进入、蓝牙娱乐等多种功能。在车辆熄火状态下，本发明系统通过蓝牙aoa技术自动检测出移动设备的相对位置，判断得出开锁或上锁操作，实现全自动感应的无钥匙进入；在车辆启动后，蓝牙收发器在中央处理器的调控下自动切换到蓝牙电话、蓝牙音乐等经典功能模式，与车辆驾驶环境相适应。
28.本发明将蓝牙aoa模式运用到车载通信系统当中，巧妙利用蓝牙aoa技术一个发射端同时对应多个天线接收端的工作特点，极大地减少了蓝牙定位装置的使用数量，天线单
元能够集中布局在邻近位置，从而简化整车装配的复杂度；蓝牙aoa技术能够达到厘米级的定位精度，有效避免车辆误解锁和上锁。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
30.图1为本发明系统的工作原理图；
31.图2为本实施例的天线装置的天线布局示意图；
32.图中，10
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中央处理器；20
‑
蓝牙收发器；30
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射频开关；40
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天线装置；401
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第一天线组；402
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第二天线组。
具体实施方式
33.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
34.请参阅图1，本实施例提供一种基于蓝牙aoa模式的多功能车载通信系统，包括安装在车身上的中央处理器10、蓝牙收发器20、射频开关30以及天线模块40，其中，
35.所述蓝牙收发器20，用于检测周边是否存在适配的蓝牙移动端，若检测到适配的移动端信息，所述蓝牙收发器20向所述中央处理器10发送无线信号；
36.所述中央处理器10，用于根据蓝牙收发器20位置以及蓝牙收发器20传送的无线信号数据，结合蓝牙aoa技术，计算出移动端的位置，并判断移动端与车身的相对距离是否满足解锁或者上锁预设值；若满足解锁预设值，则通知车辆控制单元进行解锁，并控制所述蓝牙收发器20进入蓝牙娱乐模式；若满足上锁预设值，则通知车辆控制单元继续上锁，并控制所述蓝牙收发器20保持低功耗蓝牙模式；
37.所述天线装置30，包括有两个天线组401、402，所述中央处理器根据解锁或者上锁的判断结果，控制所述蓝牙收发器连接相应的所述天线组，其中第一天线组401对应于所述低功耗蓝牙模式，所述第二天线组402对应于所述蓝牙娱乐模式；
38.所述射频开关30，用于所述蓝牙收发器20与不同所述天线组之间的切换连接。
39.具体地说，所述射频开关30为单刀四掷开关(图1采用s表示，分别有k0
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k1、k0
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k2、k0
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k3、k0
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k4三种连接状态)，分别对应连接所述第一天线组401和第二天线组402，其中，所述第一天线组401包括三个天线单元(图1采用ant1、ant2、ant3表示)。当车辆由启动状态进入熄火状态后，所述中央处理单元先控制所述蓝牙收发器20工作在低功耗蓝牙模式，然后再进入休眠模式，此时射频开关30连接状态为k0
‑
k1。在低功耗蓝牙模式下，所述蓝牙收发器20始终检测周边环境，当在工作范围内检测到适配的移动端信息后，所述蓝牙收发器20会发送信号“唤醒”中央处理器，所述中央处理器10进而控制所述蓝牙收发器20发送rf控制信号至所述射频开关30，射频开关30在k0
‑
k1、k0
‑
k2、k0
‑
k3之间依次循环切换。
40.所述天线单元之间呈等距阵列，间距值间距应控制在6cm之内，也就是不超过蓝牙
工作频段的二分之一波长，并且所述射频开关30切换时间需已知，循环切换连接状态用于aoa计算补偿相位差，有利于消除相位差的整周期模糊度，利于提高定位精度。
41.当中，为了更加精准地测算设备位置，所述第一天线组401还可以按照实际需求，设置有三个以上的天线单元，有助于提高检测精度，所述射频开关30的端口数量随之调整即可。
42.所述中央处理器10根据蓝牙收发器20的位置、相位差信息，结合蓝牙aoa技术，准确计算出移动端相对于车身的位置，再判断该相对距离是否满足解锁或者上锁预设值，从而控制车辆的启动或者继续关闭。当所述车辆启动时，所述中央处理器10控制所述蓝牙收发器20切换为与所述第二天线组402进行连接，从而进入经典蓝牙模式。
43.所述第二天线组402为一个天线单元(图中采用ant4表示)，在车辆启动状态下，所述射频开关的连接状态为k0
‑
k4，此时蓝牙收发器20用于蓝牙电话或蓝牙音乐等较高数据量传输，从而满足车辆行驶状态的娱乐需求。
44.本实施例中，所述第一天线组401的天线单元ant1、ant2、ant3与射频开关30之间建议分别通过同轴线缆x1、x2、x3连接，并且各个走线长度相等，从而确保rf蓝牙控制信号在各路传导中传输的时间相等。而所述第二天线组402的天线单元ant4与射频开关30之间则通过同轴线缆x4连接，线缆x4的长度不作限定。
45.请参阅图2，具体地，为了进一步减少安装空间，降低整车装配的复杂度，所述蓝牙收发器20、射频开关30以及第一天线组401的天线单元ant1、ant2、ant3都安装在车顶位置，更加优选地，所述天线单元ant1、ant2、ant3的馈电点与射频开关30之间通过同一块pcb电路板进行走线，从而尽可能缩小布线位置。所述天线单元ant4、中央处理器10则放置于车内中控位置。
46.补充说明的是，所述移动端为智能手机形式，或者为自带蓝牙模块的车辆钥匙。作为蓝牙无线感应工作的运行基础，使用本通信系统之前，厂家或者用户需要事先将所述移动端的蓝牙模块与所述蓝牙收发器达成通讯连接。
47.本通信系统的低功耗蓝牙模式优选采用5.2标准的aoa技术，目前该aoa技术已经达到厘米级的定位精度，可以实现对于移动端的精准测算，避免车辆误解锁和误上锁。
48.结合上述各个通信模块，在此说明一下基于蓝牙aoa模式的多功能车载通信方法，包括以下步骤：
49.(1)事先利用移动端的蓝牙模块与车身配置的蓝牙收发器20达成通讯连接；
50.(2)打开移动端的蓝牙模块并靠近蓝牙收发器20的检测范围；
51.(3)蓝牙收发器20将检测到的适配信号发送至中央处理器10，中央处理器10根据蓝牙收发器20位置以及蓝牙收发器20传送的检测信号数据，结合蓝牙aoa技术，计算出移动端的位置，并判断移动端与车身的相对距离是否满足解锁或者上锁预设值；
52.(3.1)若满足解锁预设值，中央处理器10通知车辆控制单元进行解锁，并控制所述蓝牙收发器20通过射频开关30切换进入蓝牙娱乐模式，用于蓝牙电话或蓝牙音乐等较高数据量传输；
53.(3.2)若满足上锁预设值，则通知车辆控制单元继续上锁，并控制所述蓝牙收发器20保持低功耗蓝牙模式，进行无实体钥匙进入系统的感应。
54.综上所述，本发明利用蓝牙收发器20实时检测适配的移动端，当检测到适配设备
时，所述蓝牙收发器20发送信号至中央处理器10，中央处理器10根据蓝牙收发器20位置以及蓝牙收发器20传送的检测信号数据，结合蓝牙aoa技术，得到移动端的位置并运算出移动端与车身的相对距离，并将该相对距离值与预设范围值进行比对，从而得出上锁或者解锁的判断，从而控制蓝牙收发器的工作模式。
55.在判断移动端位置的过程中，所述蓝牙收发器20属于低功耗蓝牙模式，根据aoa技术的工作原理，通过射频开关30依次与三个以上的天线单元循环切换，因此只需配置一个蓝牙收发器20对应不同的走线既能实现待测设备的精准定位，在硬件系统设计上减少了硬件成本和降低功耗，当中多个天线单元即使集中布局在一个区域(例如是车顶位置)也不会影响定位精度，大大简化了器件装配的复杂度；
56.在此基础上，所述射频开关30连接有另外的天线单元，当接到解锁决定时，中央处理器10同时改变蓝牙收发器20的控制信号，即能使其切换连接到该天线单元，使得蓝牙收发器20便捷进入蓝牙娱乐模式，从而快速高效地开启蓝牙电话或蓝牙音乐等较高数据量传输功能。
57.总体而言，本发明结合蓝牙aoa技术的工作特点，利用一发射端同时对应阵列天线接收端，简化整车装备过程的复杂度之余，还能够实现多种无线通信功能的同步切换，显著提升了车载通信系统的综合性能。
58.以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。