基于蓝牙模块的智能家居网络设计

青岛理工大学毕业设计（论文）I摘要随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，人们越来越注重自己生活环境的舒适、安全与便利。近年来兴起的智能家居系统满足了人们的这种需求，它有效地在家居环境中组建家庭信息网络，将各种家电产品结合成一个有机整体，对家电设备进行集中或异地的智能化控制与管理，并且能够与外界进行信息交流。蓝牙技术作为一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，可提供低功耗、短距离的无线空中接口，在各种固定与移动设备之间实现无线通信。在移动通信、无线数据采集、无线遥控与遥测、计算机网络及自动控制等多种领域，蓝牙技术都有着广泛的应用。应用设计的蓝牙软硬件接口，本文开发了一个基于蓝牙模块的智能家居控制系统，在该系统中，上位机端通过USB控制蓝牙适配器，其发送的控制指令由下位机端蓝牙模块接收后传给单片机，并在单片机端编写了一个基本的蓝牙及模拟家电控制程序，从而实现了PC与模拟家电的无线控制功能。本文提供的蓝牙软硬件接口方案及数据传输模块，不仅可以用来进一步开发蓝牙高层协议，而且还可作为通用的接口函数和模块应用到多种无线场合。关键字：蓝牙技术；智能家居；蓝牙模块青岛理工大学毕业设计（论文）IIABSTRACTWiththedevelopmentofscienceandtechnology,andtheimprovementofpeople’slivingstandards,peoplearepayingmoreandmoreattentiontothecomfortablity,safetyandconvenienceoftheirlivingenvironment.Theemergenceofsmarthomesysteminrecentyears,justmeetstheneedsofpeople.Iteffectivelyconstitutesappliancesintoahomeinformationnetworkandmakesallkindsofappliancescombinedintoanorganicwhole.Itcanintelligentlycontrolapplianceslocallyorremotely,andexchangeinformationwiththeoutsideworld.AsagloballyopenwirelessdataandspeechcommunicationspecificationBluetoo—thtechnologycanprovidelow-power、shortdistancewirelessairinterfaceandimplementwirelesscommunicationbetweenvariousfixedandmobileequipments．Bluetoothtechnologyhasawiderangeofapplicationsinmobilecommunications，wirelessdatacollections，wirelessremotecontrolandsensingComputernetworkandautomaticcontrolandotherareas．Usingthebluetoothhardwareandsoftwareinterfacedesigned，ThispaperdevelopedansmarthomefurnishingcontrolsystembasedonBluetoothmodule．Inthesystem，ThePCsideiscontrolledbyUSBbluetoothadapter．It’scontrolinstructionisreceivedbythelowerendofBluetoothmodulewhichsentittothemicrocontroller.AbasicbluetoothandhomeappliancecontrolsimulationprogramwaspreparedintheMCU.So,thesystemcanrealizewirelesscontrolfunctionofPCandsimulationofelectricalappliances.Andthen，datacanbetransmittedbetweenthetwoparts．Afterthat，afurtherdevelopmentwhichisfiletransmissionisimplemented．Keywords:Bluetoothtechnology;smarthome;Bluetoothmoudule青岛理工大学毕业设计（论文）3目录前言.....................................................错误!未定义书签。第一章绪论............................................错误!未定义书签。1.1课题研究背景......................................错误!未定义书签。1.2智能家居的发展状况................................错误!未定义书签。1.3未来智能家居的发展趋势............................错误!未定义书签。1.4研究的目的和意义..................................错误!未定义书签。1.5课题研究的内容....................................错误!未定义书签。第二章蓝牙技术介绍.......................................错误!未定义书签。2.1蓝牙系统组成......................................错误!未定义书签。2.2蓝牙协议栈........................................错误!未定义书签。2.3蓝牙控制器接口(HCI)分析...........................错误!未定义书签。2.3.1HCI概述.....................................错误!未定义书签。2.3.2HCI传输层...................................错误!未定义书签。2.3.3HCI分组格式.................................错误!未定义书签。第三章设计方案及模块介绍.................................................43.1蓝牙家居控制系统组成结构..........................................43.2主要硬件模块介绍..................................................4第四章系统硬件设计.......................................................84.1下位机模块设计....................................................84.2PC机与蓝牙模块的连接...........................................104.3单片机与家用电器的连接...........................................114.3系统电源模块原理图..............................................11第五章系统软件设计......................................................135.1单片机端软件设计.................................................135.2PC端软件设计.....................................................18第六章系统测试与分析....................................................23结论....................................................................25致谢....................................................................26参考文献.................................................................27附录....................................................................28青岛理工大学毕业设计（论文）4第三章设计方案及模块介绍3.1蓝牙家居控制系统组成结构基于蓝牙技术的智能家居系统，其硬件组成主要包括蓝牙模块、MCU、PC及受控设备等组成。总体构成如图3.1所示。结构框图中前半部分为中心控制部分，主要由PC机、蓝牙无线收发模块组成；后半部分为多个受控单元，主要由受控电器、单片机、蓝牙模块组成。在受控单元中，蓝牙模块和单片机之间通过串口输入HCI指令实行数据通信。其工作过程是：PC机发送一条控制命令，通过串口发送给蓝牙模块，并由蓝牙模块发送出去，这条指令被多个蓝牙模块接收后由单片机进行识别，并作出相应的动作，最终完成对家电的控制。图3.1.家居控制系统总体设计框图在本设计中作为通信部分的蓝牙模块均采用的是ROK101008，单片机选用性价比较高的C8051F120.3.2主要硬件模块介绍3.2.1爱立信蓝牙模块ROK101008简介爱立信ROK101008是爱立信(Ericsson)公司出品的适用于短距离通信的无线／基带模块，它集成度高、功耗小、完全兼容蓝牙1．0B协议规范，可嵌入到任何需要蓝牙功青岛理工大学毕业设计（论文）5能的设备中。它同时支持数据和语音的传输，输出功率满足Class2的要求。它提供有UART、PCM接口，可方便地实现与主机之间的通信。它在UART接口上的最高传输速率为460Kb／s，缺省波特率是57．6Kb／s，可支持的波特率为300、600，900，1200、2400，4800，9600、19200，38400157600，115200、230400，60800bit／s，并有一个128字节的FIFO队列111】。它采用压缩结构(3．3×1．7X0．365cm)，金表层覆盖，外观图如图3.2所示。图3.2爱立信ROK101008蓝牙模块外观图ROK101008的系统结构图如图3.3所示。处于模块底层的是无线层(Radio)和基带)县(Baseband)，以硬件的形式存在；处于模块中上层的，是链路管理器(LM)和HCI，以固件的形式存在。图3.3爱立信ROK101008蓝牙模块系统结构图ROK101008由基带控制器(Baseband)、快闪式存储器(FlashMemory)、无线电收发器(PBA31301／2)、电压调节器(VoltageRegulation)、13MHz晶振(13MHzCrystal)共5部分组成，其内部结构框图如图3.4所示。青岛理工大学毕业设计（论文）6图3.4爱立信ROK101008蓝牙模块内部结构框图①基带控$1J-器(Baseband)：是一个以ARM7一Thumb为基础的的芯片，通过接口控制无线电收发器的运行。ROK101008的基带控制器提供UART和PCM两种接口。②快闪式存储器r(FlashMemory)：闪存和基带控制器同时使用。③无线电收发器(PBA31301／2)：PBA31301／2是短距离微波无