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1、1浅析一种基于手机蓝牙的多功能教学辅 助系统作者：夏百战 何怀文 黄惠玲 论文关键词:蓝牙;通用对象交换;耳机应用;多媒体教学;教学辅助系统 论文摘要:基于手机蓝牙功能，本文设计了一种具有语音传输、多媒体设备控制以及无线 U 盘等功能的多媒体教学辅助系统。该设计具有投入成本小、通信稳定可靠、使用方便等优点，可广泛应用于多媒体教学、演讲等各种场合。 随着多媒体计算机的发展与普及，多媒体教学在日常教学中起着越来越重要的作用。然而，目前的多媒体教学过程中，由于受有线话筒和频繁操作多媒体设备的制约，教师被限制在讲台之上，方寸之间，不利于教师与学生的交流和互动，影响了多媒体授课的效果。为了克服这一缺点，
2、市场上出现了各种各样教学专用的无线耳麦和多媒体设备无线遥控器。传统的无线话筒存在信号易受外界干扰、教室之间无线通信相互影响“串台”及有效传输距离短等缺陷。蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范。使用蓝牙能够廉价、简便地实现短距离内单点对多点的无线数据和语音传输，且功耗低(1mW)。因此，采用蓝牙技术来实现多媒体辅助教学能克服传统设备的诸多缺陷。 一、方案简介 1.系统功能简介 目前的多媒体教学设备大都是一台功能强大的多媒体计算机，或者还包括一些其他完全可以由计算机控制的多媒体设备。同时，具有蓝牙功能的智能手机作为个人重要通讯工具基本上人手一台。所以，本文教学辅助系统方案在硬件上只需额
3、2外投入一个十几元钱的蓝牙适配器即可。PC 机的蓝牙适配器和手机的蓝牙模块通过蓝牙技术进行通信，从而实现教学辅助系统的以下功能: (1)教师通过手机的麦克风演讲，可以在 9m 范围内实现无线话筒的功能。 (2)教师可以通过手机上的键盘或者触摸屏来操控 PC 机及其与之相连的多媒体教学设备。 (3)将手机上的 SD 卡等存储设备当作 U 盘，在手机用户的监控下实现文件的相互传输，同时防止文件被盗拷贝。 这样，教师便可以走下讲台，将手机当作话筒、遥控器和 U 盘使用，给多媒体教学工作带来了诸多便利。 2.系统方案应用模型 在蓝牙技术规范中，定义了 4 个通用的应用模型，它们是实现其他蓝牙应用模型的
4、基础。这 4 个应用模型是:通用访问模型(GenericAccessProfile，即 GAP)、串口仿真模型(SerialPortProfile，即 SPP).服务发现应用模型(ServiceDiscoveryApplicationProfile，即 SDAP)、通用对象交换模型(GenericObjectExchangeProfile，即 GOEP)。本文教学辅助系统参考通用对象交换模型和蓝牙耳机应用模型实现，方案的蓝牙协议和过程如图 1 所示。 限于篇幅限制，这里不再对蓝牙协议结构及工作原理进行深入论述。本文的无线麦和遥控器应用基于串口之上，参考蓝牙耳机模型的应用。麦控制和遥控器命令建立
5、在 AT 指令集的基础上，它是负责特定控制信令的实体。音频仿真接口层是仿真移动电话或 PC 的音频端口的实体，音频驱动是耳机或 PC 声卡的驱动软件。 二、系统设计的关键技术分析 1.基于耳机模型的音频传输分析 3本文系统音频传输参考蓝牙耳机应用模型。理论上，AG 和 HS 都有两种角色:服务器(Server)和客户机(Client)。在本文实现的多媒体教学辅助系统应用中，AG 仅作为服务器(Server)由 PC 机担任，HS 仅作为和客户机(Client)由移动电话来担任，因此本文应用中仅在 PC 上实现蓝牙语音网关。蓝牙耳机的应用场景包括入呼连接、出呼连接、连接转移和音量调节等。 “入呼
6、”“出呼”是从 HS 的角度看的，基于上面提到的 C/S 结构，本文应用不会出现入呼连接和连接转移场景。下面对各种可能出现的应用场景进行分析。 (1)出呼连接 HS(手机担任)作为 Client 主动发起到 AG(PC 担任)的连接。手机用户通过运行程序，启动无线麦功能时，便会通过建立在 ACL 链路上的模拟串口发送(AT 十CKPD)命令给配对过的音频网关(PC 担任)，音频网关通过执行一系列过程建立SCO 链路，并发送音频流给虚拟声卡。 (2)音量调节 就蓝牙耳机而言，用户可以有两种方法调节耳机的音量大小。通过发送“ATE-VGM=n“，调节 Microphone 输入的大小，通过发送“A
7、T-I-VGS=n”调节 Speaker 输出的大小。音量调节可在耳机端或音频网关端进行，并且会存储当前音量设置以便下次直接使用。本文应用是通过 HS 端(手机)发送“AT 十 VGS=n”调节 AG 端(PC 机)虚拟声卡的 Speaker 输出的大小来调节广播音量，而直接通过耳麦上的旋钮来调节麦的音量大小。 (3)遥控操作 蓝牙耳机应用无此场景。这里为了方便地实现遥控器功能，借用 AT 指令“AT 十CKPD“。手机端发送的“AT+CKPD”指令参数为“”“v”“”“”“*”“e”时分别被4解析为“上”“下”“左”“右”方向键及“确认”和“退出”按键。这样，用户可以方便地通过手机操控多媒体
8、电脑及设备。 2.基于 OBEX 模型的文件传输分析 本文系统文件传输基于蓝牙对象交换(OBEX)模型。OBEX 对象交换协议是面向应用层的协议，支持文件传输、对象“推”操作(Ohjectpushprofile)，同步等多种应用。协议支持的交换对象可以是文件、图像以及应用支持的任何数据单元。对象交换采用的是基于查询一应答方式的 C/S 模式，两台建立 OBEX 连接设备中的每一个都可以是主或从设备。按本文需求，为防止文件被盗拷贝，只允许手机端发起文件传输请求，因此手机总是主动发起方作为主设备(Client),PC 机作为被找到者是从设备(Server)。 OBEX 文件传输应用的实现过程主要包
9、括初始化、建立连接、文件操作 3 个阶段。系统首先执行初始化，初始化过程包括 Client,Server 和对象库的初始化。初始化后，用户通过点击界面上的按钮发出 PUT 或 GET 对象操作请求，系统查询连接是否建立，如未建立，则先进行传输层的连接，成功后再进行 OBEX 层连接，直到系统返回连接成功标志后表示连接成功。建立 OBEX 连接后便可进行文件的传输操作。 三、系统软件设计 系统软件采用 C/S 架构，PC 机作为服务器端，软件各模块如图 2 所示。 其中，用户界面模块为用户提供友好界面，方便用户对无线耳麦的操控及设置、对无线遥控器的配置以及对文件传输的操作等。 协议栈模块实现 H
10、CI 接口顶层及以上相关蓝牙协议。负责建立 ACL 链路、解析AT 指令、建立和拆除 SCO 链路等功能。需要说明的是，这里遥控器功能是通过解析手机端发送的 AT+CKP 时旨令来实现的。 5虚拟声卡模块实现一个功能相对比较简单的物理声卡，主要是负责接收和播放手机端传来的音频数据。因为方案要求语音单向传输，所以这个虚拟声卡并没有实现采集音频数据的功能。 传输层模块按照协议模块传来的数据的类型(HC 工命令，ACL 数据，SCO 数据)，调用核心态硬件驱动程序的接口，完成软件与硬件的交互。 硬件驱动模块，即硬件驱动程序主要是调用操作系统提供的类驱动和小驱动程序，并对其基本功能进行扩展来实现与蓝牙
11、硬件的交互，本文只实现了对蓝牙 USB适配器的支持。略做修改即可提供对 UARTBCSP 等多种蓝牙硬件的支持。 手机作为客户端，软件各模块如图 3 所示。 手机端软件也采用与 PC 机端软件相同的基于外部处理器模式的开发。即当手机与蓝牙芯片通信时，HCI 层以上协议在主机(蓝牙手机)上运行，HCI 层以下协议由蓝牙芯片(蓝牙主机控制器)的硬件及相应固件实现，它们通过 HC 工传输层进行通信。因此，手机端的协议栈模块也只实现 HC 工接口顶层及以上相关蓝牙协议，无线麦及遥控器应用模块、文件传输应用模块与 PC 机上基本相同。 笔者采用 ES-388USB2.0 蓝牙适配器和诺基亚 N95 手机实现了文中所述的多功能蓝牙教学辅助系统，蓝牙信号的可靠传输距离在 9m 左右，可以很好地满足多媒体教学需求。 四、结束语 本文多媒体教学辅助系统方案基于现有设备(多媒体 PC 机和蓝牙手机)，只需微小投入(蓝牙适配器)即可实现无线麦、无线遥控器和无线 U 盘等功能。与传统设备相比，其优势在于投入小、实现简单、功能丰富、使用方便，可广泛应用于多媒体教学、演讲等各种场合。
