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1、青岛理工大学毕业设计（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，本文开发了一个基于蓝牙模块的智能家居
2、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 standards, people are
3、 paying more and more attention to the comfortablity, safety and convenience of their living environment. The emergence of smart home system in recent years, just meets the needs of people. It effectively constitutes appliances into a home information network and makes all kinds of appliances combin
4、ed into an organic 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 implemen
5、t wireless communication between various fixed and mobile equipmentsBluetooth technology has a wide range of applications in mobile communications， wireless data collections， wireless remote control and sensing Computer network and automatic control and other areasUsing the bluetooth hardware and so
6、ftware interface designed，This paper developed an smart home furnishing control system based on Bluetooth moduleIn the system，The PC side is controlled by USB bluetooth adapterIts control instruction is received by the lower end of Bluetooth module which sent it to the micro controller. A basic blue
7、tooth and home appliance control simulation 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 be transmitted between the two partsAfter that，a further development which is file transmission is impleme
8、ntedKeywords: Bluetooth technology; smart home; Bluetooth moudule II目 录前 言1第一章 绪 论21.1 课题研究背景21.2 智能家居的发展状况21.3 未来智能家居的发展趋势31.4 研究的目的和意义31.5 课题研究的内容4第二章 蓝牙技术介绍52.1 蓝牙系统组成52.2 蓝牙协议栈62.3 蓝牙控制器接口(HCI)分析62.3.1 HCI概述62.3.2 HCI传输层72.3.3 HCI分组格式8第三章 设计方案及模块介绍103.1 蓝牙家居控制系统组成结构103.2 主要硬件模块介绍10第四章 系统硬件设计144.
9、1 下位机模块设计144.2PC机与蓝牙模块的连接164.3 单片机与家用电器的连接174.3系统电源模块原理图17第五章 系统软件设计195.1 单片机端软件设计195.2 PC端软件设计24第六章 系统测试与分析29结 论31致 谢32参考文献33附 录3430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
10、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
11、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(
12、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基带控$1J-器(Baseband)：是一个以ARM7一Thumb为基础的的芯片，通过
13、接口控制无线电收发器的运行。ROK 101 008的基带控制器提供UART和PCM两种接口。快闪式存储器r(Flash Memory)：闪存和基带控制器同时使用。无线电收发器(PBA 313012)：PBA313 012是短距离微波无线电收发器，其天线滤波器、RX和TX不平衡变压器都集成在电路中，可作为嵌入式结构应用。电压调节器：(Voltage Regulation)：Vcc典型值是33V，产生两个可调电压。13MHz晶振(13MHz Crystal)：晶振提供频率为13MHz的内置时钟。爱立信ROK 101 008蓝牙模块芯片详细的引脚封装如图3.5所示。图3.5 爱立信监牙模块ROK 1
14、01 008芯片引脚封装图引脚号排列按照从左向右依次为A、B、C、R、T，其中每个字母代表一列，每列又按从下到上依次为1、2、3、4、5、6。常用的部分引脚的说明如表3.1所示：表3.1爱立信ROK 101 008蓝牙模块芯片部分引脚说明3.2.2 蓝牙适配器模块蓝牙适配器图片蓝牙（Bluetooth）是无线网络传输技术的一种，原本是用来取代红外的。与红外技术相比，蓝牙无需对准就能传输数据，传输距离小于10米（红外的传输距离在几米以内）。而在信号放大器的帮助下，通讯距离甚至可达100米左右。蓝牙技术非常适合耗电量低的数码设备相互分享数据，如手机、掌上电脑等。蓝牙规范中广为应用的成熟版本为1.1
15、、 2.0、 3.0、 4.0，带宽约1M-24Mbps（USB1.1接口的带宽为12Mbps，USB2.0接口的带宽为480Mbps，局域网带宽为10Mbps/100Mbps/1000Mbps，火线IEEE1394带宽为400Mbps。所以说，蓝牙非常适合于传送小的文件（10MB以下的图片、铃声、电子书、文稿等等），方便与速度兼得。目前最新版本是2.1+EDR版本。第四章 系统硬件设计4.1 下位机模块设计 4.1.1 单片机C8051F120简介微控制器(MCu)是蓝牙应用系统的核心，它的选择将直接影响到系统的性能。C8051F120是Cygnal公司的一种与8051兼容的高速SOC单片机，它具有高速CIP51内核、灵活的IO交叉开关、先进的时钟系统、JTAG系统调试接口以及多源复位系统。它性能卓越，内核采用流水线结构，速度可达100MIPS，比普通的51快40倍，而且在资源丰富、体积小、功耗低、集成度高且调试方便。下面列出了它的一些主要特性：高速、流水线结构的8051兼容的CIP51内核；真正8位500ksps的ADC，带PGA和8通道模拟多路开关；2周期的1616的乘法和累加引擎；8448(8K+256)字节的片内RAM；可寻址64K字节地址空
