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1、(完整版)基于蓝牙模块的智能家居网络毕业设计论文 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
2、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 ABSTRACT With the development of science and technology, and the improvement of peoples living standar
3、ds, people are paying more and more attention to the comfortablity, safety and convenience of their living environment. The emergence of smart recent years, just meets the needs of people. It effectively constitutes appliances into a network and makes all kinds of appliances combined into an organic
4、 whole. It can intelligently control appliances locally or remotely, and exchange information with the outside world. As a globally open wireless data and speech communication specification Bluetooth technology can provide low-power、short distance wireless air interface and implement wireless commun
5、ication between various fixed and mobile equipmentsBluetooth technology mobile communications，wireless data collections，wireless remote control and sensing Computer network and automatic control and other areasUsing the bluetooth smart Bluetooth moduleIn the system，The PC side is controlled by USB b
6、luetooth adapterIts control instruction is received by the lower end of Bluetooth module which sent it to the micro controller. A basic bluetooth and program was prepared in the MCU. So,the system can realize wireless control function of PC and simulation of electrical appliances .And then，data can
7、be transmitted between the two partsAfter that，a further development which is file transmission is implemented Keywords: Bluetooth technology; smart )、电子家庭(Electronic Home、E-，美国联邦通信委员会)有关OdBm电平的ISM频段的标准。由于采用扩频技术，发射功率可以达到100mW。系统最大跳频速率为1600跳秒，在2402GHz和2480GHz之间，采用79个间隔为1MHz的频点来实现【31。系统设计通信距离为10cm10m，
8、如增大发射功率，其距离可长达100m。 (2)链路控制单元 蓝牙的链路控制单元，又称基带单元，包括3个集成芯片：连接控制器、基带处理器以及射频传输接收器，此外还使用了35个单独调谐元件。综述链路控制单元描述了基带链路控制器的数字信号处理规范。基带链路控制器负责处理基带协议和其它一些低层常规协议。链路控制单元的主要功能包括：建立物理链路及网络连接，包括面向连接的同步链路SCO(Synchronous Connection Oriented)链路、异步链路ACL(Asynchronous Connectionless)链路及匹克网；差错控制；在物理层提供验证和加密，其中验证基于“请求响应”运算法则
9、实现，为用户建立一个个人的信任域，而加密则用来保护连接中的个人信息。 (3)链路管理单元 链路管理器LM(Link Manager)软件模块设计了链路的数据设置、鉴权、链路硬件配置和其它一些协议。链路管理器能够发现其它蓝牙设备的链路管理器，并通过链路管理协议LMP(Link Mallager Protoc01)建立通信联系。链路管理器提供诸如发送和接收数据、设备号请求、链路地址查询、建立连接、鉴权、链路模式协商和建立、设备模式的切换等功能。 2.2 蓝牙协议栈 蓝牙协议栈体系结构为分层结构，具体如图21所示。 图2.1蓝牙协议栈体系结构 蓝牙技术规范的目的是使符合该规范的各种应用之间能够实现互
10、操作15J。互操 作的远端设备需要使用相同的协议栈，不同的应用需要不同的协议栈。并不是任何应用都必须使用全部协议，而是可以只使用其中的一层或多层。但是，所有的应用都要使用蓝牙技术规范中的数据链路层和物理层。2.3 蓝牙控制器接口(HCI)分析 2.3.1 HCI概述 主机控制器接口(HCI)处于蓝牙协议栈的中间层，它提供了蓝牙主机访问蓝牙主机控制器的基带与链路控制器、链路管理器、状态寄存器等硬件的统一接口。 蓝牙主机控制器(Bluctooth Host Controller)是蓝牙芯片的主要组成部 分，其内部硬件结构如图22所示。链路控制器提供了蓝牙基带功能以及 物理层协议的硬件和软件实现；C
11、PU核提供了链路管理器和链路控制器的固件部分的运行环境，使得主机控制器可独立于主机进行查询和过滤呼叫请求。 图2.2蓝牙主机控制器内部硬件结构图 硬件方面，主机控制器集成了无线电收发器、基带控制器、Flash存储器等部分，其中基带控制器大多是以ARM为基础的芯片，通过接口控制无线电收发器，提供物理接H(USBUARTPCM等)。蓝牙模块通过这些接口与主机上对应的接口相连接，构成蓝牙系统的硬件连接。HCI就是基于这些物理接口定义相应的传输层实现主机与主机控制器间的数据交换。 两个蓝牙设备通过HCI层进行数据传输的过程如图2.3所示。 图2.3蓝牙设备通过HCI层数据传输过程 2.3.2 HCI传
12、输层 HCI传输层是指在蓝牙主机与主机控制器间相连的物理接口，它介于主机控制器驱动程序和主机控制器之间，主要目的是实现传输的透明性，即从蓝牙模块外看HCI看到的是HCI传输层，物理总线是屏蔽的，从而使得HCI固件能在不影响传输层的情况下升级。 2.3.3 HCI分组格式 HCI提供了蓝牙主机与蓝牙主机控制器交换信息的接口，这些信息以分组的形式进行交互。主机可以向主机控制器发送HCI指令分组、ACL数据分组和SCO数据分组；主机控制器可以向主机返回HCI事件分组、ACL数据分组和SCO数据分组。如图2.4所示即为各HCl分组的流向示意图。 图2.4 HCl分组流向示意 (1)HCI指令分组 HC
13、I指令分组用于从主机向主机控制器发送指令。HCI指令分组的格式如表2.1所示。 表2.1 HCI指令分组格式 HCI指令分组由操作码，参数长度和指令参数列表组成。 (2)HCI事件分组 主机向主机控制器发送指令分组以后，主机控制器就会返回相应的事件分组，其中携带有指令的执行情况以及相关联的信息。主机必须具有接收255字节的HCI事件分组的能力，其中还不包括HCI事件分组头。 HCI事件分组的格式如表2.4所示。 表2.2 HCI事件分组格式 HCI事件分组由事件码、参数长度和事件参数列表组成事件码(Event Code)大小为1字节，用于唯一地标识事件的类型，取值范围为0x00-0xff。参数
14、长度以字节度量。事件参数列表存放了与相对应的指令关联的返回事件参数，大小一般为8的倍数。 (3)HCI数据分组 HCI数据分组用于在主机和主机控制器之间交换数据。HCI数据分组分为ACL数据分组和SCO数据分组两类，各自有不同的格式，在此只讨 论ACL数据分组格式。 HCI ACL数据分组用于在主机与主机控制器间进行异步链路的数据交换，它的分组格式如表2.5所示。 表2.3 HCIACL数据分组格式 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
15、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ROK 101 008简介 爱立信ROK 101008是
16、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10B协议规范，可嵌入到任何需要蓝牙功能的设备中。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460Kbs，缺省波特率是576Kbs，可支持的波特率为300、600，900，1200、2400，4800，9600、19200，384001 57600，115200、230400，60800bits，并有一个128字节的FIFO队列111】。它采用压缩结构(3317X0365cm)，金表
17、层覆盖，外观图如图3.2所示。 图3.2 爱立信ROK 101 008蓝牙模块外观图 ROK 101008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ROK 101 008蓝牙模块系统结构图 ROK 101008由基带控制器(Baseband)、快闪式存储器(Flash Memory)、无线电收发器(PBA 313012)、电压调节器(Voltage Regulation)、13MHz晶振(13MHz Crystal)共5部分组成，其内部结构框图如图3.4所示。 图3.4 爱立信ROK 101 008蓝牙模块内部结构框图