基于蓝牙模块的智能家居网络设计38

1、摘 要 随着科学技术的的发展和人们们生活水平的的提高，人们们越来越注重重自己生活环环境的舒适、安安全与便利。近近年来兴起的的智能家居系系统满足了人人们的这种需需求，它有效效地在家居环环境中组建家家庭信息网络络，将各种家家电产品结合合成一个有机机整体，对家家电设备进行行集中或异地地的智能化控控制与管理，并并且能够与外外界进行信息息交流。蓝牙技术作为一一种无线数据据与语音通信信的开放性全全球规范，可可提供低功耗耗、短距离的的无线空中接接口，在各种种固定与移动动设备之间实实现无线通信信。在移动通通信、无线数数据采集、无无线遥控与遥遥测、计算机机网络及自动动控制等多种种领域，蓝牙牙技术都有着着广泛的应

2、用用。应用设计的蓝牙牙软硬件接口口，本文开发发了一个基于于蓝牙模块的的智能家居控控制系统，在该系系统中，上位位机端通过UUSB控制蓝蓝牙适配器，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：蓝牙技技术；智能家家居；蓝牙模模块ABSTRACCT With thhe devvelopmment oof sciience and ttechnoology, and

3、the iimprovvementt of ppeoplees liiving standdards, peopple arre payying mmore aand moore atttentiion too the comfoortabllity, safetty andd convveniennce off theiir livving eenviroonmentt. Thee emerrgencee of ssmart home systeem in recennt yeaars, jjust mmeets the nneeds of peeople. It eeffecttively

4、y consstituttes apppliannces iinto aa homee infoormatiion neetworkk and makess all kindss of aappliaances combiined iinto aan orgganic wholee. It can iintellligenttly coontroll applliancees loccally or reemotelly, annd excchangee infoormatiion wiith thhe outtside worldd.As a glloballly opeen wirrele

5、sss dataa and speecch commmuniccationn speccificaation Bluettoothh techhnologgy cann provvide llow-poower、sshort distaance wwireleess aiir intterfacce andd impllementt wireeless commuunicattion bbetweeen varrious fixedd and mobille equuipmenntsBlluetoooth teechnollogy hhas a wide rangee of aapplicca

6、tionns in mobille commmuniccationns， wiirelesss datta colllectiions， wirelless rremotee conttrol aand seensingg Compuuter netwoork annd auttomatiic conntrol and oother areassUsing tthe bluetoooth hhardwaare annd sofftwaree inteerfacee desiggned，TThis ppaper develloped an smmart hhome ffurnisshing co

7、ntrrol syystem basedd on BBluetoooth mmoduleeIn thhe sysstem，The PCC sidee is ccontroolled by USSB bluetoooth aadapteerIts conttrol iinstruuctionn is rreceivved byy the lowerr end of Blluetoooth moodule whichh sentt it to thhe miccro controoller. A bassic bluetoooth aand hoome apppliannce coontroll

8、simuulatioon proogram was ppreparred inn the MCU. So,thhe sysstem ccan reealizee wirrelesss conttrol ffunctiion off PC aand simulaation of ellectriical aappliaances .And tthen，ddata ccan bee trannsmittted beetweenn the two ppartsAfterr thatt，a fuurtherr deveelopmeent whhich iis fille traansmisssion

9、is immplemeentedKeywordds: Blluetoooth teechnollogy; smartt homee; Bluuetootth mouudule 目 录TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc331093038 前 言 PAGEREF _Toc331093038 h 1 HYPERLINK l _Toc331093039 第一章 绪绪 论 PAGEREF _Toc331093039 h 2 HYPERLINK l _Toc331093040 1.1 课题研研究背景 PAGEREF _Toc331093040 h 2 HYPERLINK l

10、_Toc331093041 1.2 智能家家居的发展状状况 PAGEREF _Toc331093041 h 2 HYPERLINK l _Toc331093042 1.3 未来智智能家居的发发展趋势 PAGEREF _Toc331093042 h 3 HYPERLINK l _Toc331093043 1.4 研究的的目的和意义义 PAGEREF _Toc331093043 h 3 HYPERLINK l _Toc331093044 1.5 课题研研究的内容 PAGEREF _Toc331093044 h 4 HYPERLINK l _Toc331093045 第二章 蓝牙技技术介绍 PAGE

11、REF _Toc331093045 h 5 HYPERLINK l _Toc331093046 2.1 蓝牙系系统组成 PAGEREF _Toc331093046 h 5 HYPERLINK l _Toc331093047 2.2 蓝牙协协议栈 PAGEREF _Toc331093047 h 6 HYPERLINK l _Toc331093048 2.3 蓝牙控控制器接口(HCI)分分析 PAGEREF _Toc331093048 h 6 HYPERLINK l _Toc331093049 2.3.1 HHCI概述 PAGEREF _Toc331093049 h 6 HYPERLINK l _

12、Toc331093050 2.3.2 HHCI传输层层 PAGEREF _Toc331093050 h 7 HYPERLINK l _Toc331093051 2.3.3 HHCI分组格格式 PAGEREF _Toc331093051 h 8 HYPERLINK l _Toc331093052 第三章 设计方方案及模块介介绍 PAGEREF _Toc331093052 h 10 HYPERLINK l _Toc331093053 3.1 蓝牙家家居控制系统统组成结构 PAGEREF _Toc331093053 h 10 HYPERLINK l _Toc331093054 3.2 主要硬硬件模块

13、介绍绍 PAGEREF _Toc331093054 h 10 HYPERLINK l _Toc331093055 第四章 系统硬硬件设计 PAGEREF _Toc331093055 h 14 HYPERLINK l _Toc331093056 4.1 下位机机模块设计 PAGEREF _Toc331093056 h 14 HYPERLINK l _Toc331093057 4.2PC机机与蓝牙模块块的连接 PAGEREF _Toc331093057 h 16 HYPERLINK l _Toc331093058 4.3 单片机机与家用电器器的连接 PAGEREF _Toc331093058 h

14、17 HYPERLINK l _Toc331093059 4.3系统电电源模块原理理图 PAGEREF _Toc331093059 h 17 HYPERLINK l _Toc331093060 第五章 系统软软件设计 PAGEREF _Toc331093060 h 19 HYPERLINK l _Toc331093061 5.1 单片机机端软件设计计 PAGEREF _Toc331093061 h 19 HYPERLINK l _Toc331093062 5.2 PC端端软件设计 PAGEREF _Toc331093062 h 24 HYPERLINK l _Toc331093063 第六章

15、系统测测试与分析 PAGEREF _Toc331093063 h 29 HYPERLINK l _Toc331093064 结 论 PAGEREF _Toc331093064 h 31 HYPERLINK l _Toc331093065 致 谢 PAGEREF _Toc331093065 h 32 HYPERLINK l _Toc331093066 参考文献 PAGEREF _Toc331093066 h 333 HYPERLINK l _Toc331093067 附 录 PAGEREF _Toc331093067 h 34前 言随着科学技术的的发展和人们们生活水平的的提高，人们们越来越注重重

16、自己生活环环境的舒适、安安全与便利。近近年来兴起的的智能家居系系统满足了人人们的这种需需求，它有效效地在家居环环境中组建家家庭信息网络络，将各种家家电产品结合合成一个有机机整体，对家家电设备进行行集中或异地地的智能化控控制与管理，并并且能够与外外界进行信息息交流。首先，在研究蓝蓝牙 SPPP 应用模型型和我国家家庭控制子网网通信协议规规范的基础础上，经过比比较当前各种种家庭内部组组网技术的优优劣，选择了了基于蓝牙协协议的家庭控控制子网的实实现方案。该该方案使用蓝蓝牙 SPPP 模型来承承载通用设备备控制协议，降降低了家庭控控制子网组网网过程中的难难度，符合实实际应用场景景。其次，研究并提提出了

17、智能家家居系统实现现过程中处于于核心地位的的智能家居控控制器的软硬硬件设计方案案。在硬件方方面，选用 Samsuung 公司司具有较高性性价比的 AARM9 芯芯片 S3CC2410 作为其 CCPU，完成成了智能家居居控制器的电电源、显示、输输入、存储以以及无线蓝牙牙和 GPRRS 的模块块的电路设计计；在软件方方面，成功地地将 U-bboot、嵌嵌入式 Liinux 内内核和蓝牙协协议栈 BllueZ 移移植到了智能能家居控制器器目标板上，并并在 Linnux 内核核中为系统各各个硬件模块块添加了相应应的驱动程序序。最后，对蓝牙模模块进行了测测试，实现了了蓝牙的点对对点通信，并并且为系统开

18、开发了部分常常用的界面。对对研究工作做做了总结，列列出了所实现现的研究成果果以及有待实实现的智能家家居控制系统统的功能。第一章 绪绪 论1.1 课题研研究背景智能家居，或称称智能住宅，在在英文中常用用 Smarrt Homme、Inttelliggent hhome，与与此含义相近近的还有家庭庭自动化(HHome AAutomaation)、电子家庭庭(Elecctroniic Home、EE-homee)、数字家家园(Diggital familly)、网络络家居(Neetworkk Homee)，智能建建筑(Inttelliggent BBuildiing)。智智能家居是以以住宅为平台台，

19、兼备建筑筑、网络通讯讯、信息家电电、设备自动动化，集系统统、结构、服服务、管理为为一体的高效效、舒适、安安全、便利、环环保的居住环环境。智能家居是在家家庭产品自动动化、智能化化的基础上，通通过网络按拟拟人化的要求求而实现的。智智能家居可以以定义为一个个过程或者一一个系统，利利用先进的计计算机技术、网网络通讯技术术、综合布线线技术、无线线技术、将与与家居生活有有关的各种子子系统，有机机地结合在一一起。与普通通家居相比，由由原来的被动动静止结构转转变为具有能能动智能的工工具，提供全全方位的信息息交换功能，帮帮助家庭与外外部保持信息息交流畅通。智智能家居强调调人的主观能能动性，要求求重视人与居居住环

20、境的协协调，能够随随心所欲地控控制室内居住住环境。1.2 智能家家居的发展状状况智能家居从上世世纪八十年代代兴起于日本本和欧美，九九十年代末引引入中国，目目前美国有77000万家家庭依靠智能能家庭网络设设备生活。近近年来，以美美国微软公司司及摩托罗拉拉公司等为首首的一批国际际知名企业先先后进入智能能家庭网络的的研究及开发发领域，分辨辨开发了“梦幻之家”、“家庭主任”、“居所之门”等家庭智能能设备，3CCOM公司研研发出家用无无线网关等网网络产品，并并与Micrrosoftt 联手开发发通用式即插插即用的家庭庭网络系统。该该系统方便地地连接家电与与网络，可以以高速传输文文字、语音、视视听等咨询。

21、这这套产品也适适用于小型办办公室。国内厂商也在进进行智能化家家庭网络产品品的研发和生生产，一大批批大型IT企企业利用自身身在资金与技技术等方面的的优势，在低低端市场上已已占据了相当当重要的地位位。清华同方方在智能化家家庭网络领域域与建设部智智能化专家委委员会共同设设立了智能住住宅开放实验验室，还取得得了著名综合合布线厂商西西蒙、百通全全线产品在中中国的总代理理资格。北京京德达创先科科技集团先后后开发了LDDM-20000,智能家家居控制器、HHomeNeet网络化综综合管理系统统，并开通了了中国智能建建筑服务网络络提供智能化化建筑的在线线咨询与在线线技术支持该该网站已成为为国内建筑化化领域的权

22、威威网站。1.3 未来智智能家居的发发展趋势如何使家居环境境变得便利、舒舒适、人性化化、智能化，真真正提高人们们的生活品质质，才是智能能家居系统的的发展方向，其其发展趋势主主要有以下几几个方面：(1) 向个性性化方向发展展 人们可以以根据自己的的需要和喜好好，选择不同同的功能，智智能家居发展展将不断满足足人们要求个个性化的需求求。(2) 向系统统高度集成化化方向发展 信息家电控控制功能、呼呼叫对讲功能能、自动化管管理功能、安安防监控功能能、设备自检检功能等多种种功能将被集集成在一起，统统一调度，从从而降低成本本。随着科学学技术的不断断发展，系统统的集成度将将越来越高。(3) 向网络络化方向发展

23、展 网络化是是计算机、通通讯、电子和和物联网等多多种技术发展展的必然趋势势，也是智能能家居智能化化的一个重要要体现。(4) 向绿色色环保方向发发展 环保是是全球的要求求，智能家居居如何利用现现有技术减少少功耗、降低低对社区和家家庭的环境污污染，提高生生活环境的质质量，是智能能化的一个重重要目标。1.4 研究的的目的和意义义随着经济的发展展和后 PCC、物联网时时代的到来，人人们对自身居居住环境的要要求在不断地地提高，智能能化家居将逐逐渐成为中国国家居市场的的主流。目前前，在上海、北北京、广州、深深圳等经济比比较发达的地地区都已经建建立了一批智智能型住宅小小区，并且正正飞速地向其其他地区辐射射。

24、智能家居居将大大改变变人们的日常常生活和工作作方式，带动动传统家电制制造业、房屋屋智能化装修修、社区信息息服务、以及及房地产业等等相关产业的的蓬勃发展。家家居智能化、建建筑信息化以以及相关技术术产品正在得得到飞速地发发展，智能化化家居将很快快将会走入人人们的生活。建建设部已将智智能化住宅小小区列为国家家重点发展方方向，智能化化小区包括了了智能家居的的设计，智能能家居建设是是智能小区建建设的一部分分。目前，国国家已经投入入了大量的财财力和人力在在设计和开发发符合中国国国情的智能家家居，因此嵌嵌入式智能家家居项目的应应用前景非常常广阔的。但但是，由于智智能家居市场场的发展还处处于初级阶段段，智能家

25、居居的中的信息息设备之间的的通信还不是是很规范。为为此早在 22005 年年，国家已经经制定出了家家庭网络系统统体系结构及及参考模型家家庭控制子网网通信协议规规范、家家庭控制子网网通信协议规规范等规范范来推动和管管理中国智能能家居市场的的健康地发展展。智能家居居控制器是智智能家居的核核心器件，人人们只需一个个控制器就可可以控制家中中的所有电器器设备。本文文主要研究了了智能家居网网络的组建，智智能家居控制制器的设计，这是智能家居实现过程中的重要内容，具有广泛的现实意义，为将来的智能家居提供了一种可行的设计方案。1.5 课题研研究的内容主要通过使各种种各样的智能能家电都遵守守蓝牙协议构构建家庭控制

26、制子网，在完完成智能家居居控制器硬件件与软件设计计的基础上，将将控制器应用用到了网络化化的智能家居居系统中。课课题研究主要要内容具体如如下：(1)通信协议议的选择 分分析家庭内部部网络的体系系结构，对当当前智能家居居组网协议进进行研究和比比较，选定了了一个符合家家庭内部组网网具体要求的的通信协议。(2)智能家居居控制器硬件件的设计 首首先，根据对对智能家居控控制器的具体体要求例如功功耗、成本、体体积等，为其其选择一个性性价比比较高高的 CPUU；然后，分分别对其余各各个功能模块块进行硬件电电路的设计与与调试。(3)智能家居居控制器软件件的设计。给给出软件流程程框图，包括括运行在单片片机和PC机

27、机上程序，本本论文中均采采用C语言进进行编写第二章 蓝牙技技术介绍2.1 蓝牙系系统组成典型的蓝牙系统统可分为5个个单元，即无无线射频单元元、链路控制制单元、链路路管理单元、蓝蓝牙协议软件件单元和主机机应用软件单单元。(1)无线射频频单元蓝牙是以无线LLAN的IEEEE802211标准准技术为基础础的，使用224GHzz ISM全全球通自由波波段。蓝牙天天线属于微带带天线，空中中接口建立在在天线电平为为0dBm基基础上，遵从从FCC(FFederaal Commmuniccationns Commmissiion，美国国联邦通信委委员会)有有关OdBmm电平的ISSM频段的标标准。由于采采用扩

28、频技术术，发射功率率可以达到1100mW。系系统最大跳频频速率为16600跳秒秒，在24402GHzz和24880GHz之之间，采用779个间隔为为1MHz的的频点来实现现【31。系系统设计通信信距离为100cm100m，如增大大发射功率，其其距离可长达达100m。(2)链路控制制单元蓝牙的链路控制制单元，又称称基带单元，包包括3个集成成芯片：连接接控制器、基基带处理器以以及射频传输输接收器，此此外还使用了了35个单独调调谐元件。综综述链路控制制单元描述了了基带链路控控制器的数字字信号处理规规范。基带链链路控制器负负责处理基带带协议和其它它一些低层常常规协议。链链路控制单元元的主要功能能包括：

29、建立立物理链路及及网络连接，包包括面向连接接的同步链路路SCO(SSynchrronouss Connnectioon Oriientedd)链路、 异步链路AACL(Assynchrronouss Connnectioonlesss)链路及匹匹克网；差错错控制；在物物理层提供验验证和加密，其其中验证基于于“请求响应应”运算法则实实现，为用户户建立一个个个人的信任域域，而加密则则用来保护连连接中的个人人信息。(3)链路管理理单元链路管理器LMM(Linkk Manaager)软软件模块设计计了链路的数数据设置、鉴鉴权、链路硬硬件配置和其其它一些协议议。链路管理理器能够发现现其它蓝牙设设备的链路

30、管管理器，并通通过链路管理理协议LMPP(Linkk Malllager Protooc01)建建立通信联系系。链路管理理器提供诸如如发送和接收收数据、设备备号请求、链链路地址查询询、建立连接接、鉴权、链链路模式协商商和建立、设设备模式的切切换等功能。2.2 蓝牙协协议栈蓝牙协议栈体系系结构为分层层结构，具体体如图21所示。图2.1蓝牙协协议栈体系结结构 蓝牙技术规范范的目的是使使符合该规范范的各种应用用之间能够实实现互操作115J。互操操作的远端设备需需要使用相同同的协议栈，不不同的应用需需要不同的协协议栈。并不不是任何应用用都必须使用用全部协议，而而是可以只使使用其中的一一层或多层。但但是

31、，所有的的应用都要使使用蓝牙技术术规范中的数数据链路层和和物理层。2.3 蓝牙控控制器接口(HCI)分分析 2.3.1 HCI概述述主机控制器接口口(HCI)处于蓝牙协协议栈的中间间层，它提供供了蓝牙主机机访问蓝牙主主机控制器的的基带与链路路控制器、链链路管理器、状状态寄存器等等硬件的统一一接口。蓝牙主机控制器器(Blucctoothh Hostt Conttrolleer)是蓝牙牙芯片的主要要组成部分，其其内部硬件结结构如图22所示。链链路控制器提提供了蓝牙基基带功能以及及物理层协议议的硬件和软软件实现；CCPU核提供供了链路管理理器和链路控控制器的固件件部分的运行行环境，使得得主机控制器器

32、可独立于主主机进行查询询和过滤呼叫叫请求。图2.2蓝牙主主机控制器内内部硬件结构构图硬件方面，主机机控制器集成成了无线电收收发器、基带带控制器、FFlash存存储器等部分分，其中基带带控制器大多多是以ARMM为基础的芯芯片，通过接接口控制无线线电收发器，提提供物理接HH(USBUARTPCM等)。蓝牙模块块通过这些接接口与主机上上对应的接口口相连接，构构成蓝牙系统统的硬件连接接。HCI就就是基于这些些物理接口定定义相应的传传输层实现主主机与主机控控制器间的数数据交换。两个蓝牙设备通通过HCI层层进行数据传传输的过程如如图2.3所示。图2.3蓝牙设设备通过HCCI层数据传传输过程 2.3.2 H

33、CI传输输层HCI传输层是是指在蓝牙主主机与主机控控制器间相连连的物理接口口，它介于主主机控制器驱驱动程序和主主机控制器之之间，主要目目的是实现传传输的透明性性，即从蓝牙牙模块外看HHCI看到的的是HCI传传输层，物理理总线是屏蔽蔽的，从而使使得HCI固固件能在不影影响传输层的的情况下升级级。2.3.3 HHCI分组格格式HCI提供了蓝蓝牙主机与蓝蓝牙主机控制制器交换信息息的接口，这这些信息以分分组的形式进进行交互。主主机可以向主主机控制器发发送HCI指指令分组、AACL数据分分组和SCOO数据分组；主机控制器器可以向主机机返回HCII事件分组、AACL数据分分组和SCOO数据分组。如如图2.

34、4所示即即为各HCll分组的流向向示意图。图2.4 HCCl分组流向向示意(1)HCI指指令分组HCI指令分组组用于从主机机向主机控制制器发送指令令。HCI指指令分组的格格式如表2.1所示。表2.1 HCCI指令分组组格式HCI指令分组组由操作码，参参数长度和指指令参数列表表组成。 (2)HCII事件分组主机向主机控制制器发送指令令分组以后，主主机控制器就就会返回相应应的事件分组组，其中携带带有指令的执执行情况以及及相关联的信信息。主机必必须具有接收收255字节节的HCI事事件分组的能能力，其中还还不包括HCCI事件分组组头。HCI事件分组组的格式如表表2.4所示示。表2.2 HHCI事件分分

35、组格式HCI事件分组组由事件码、参参数长度和事事件参数列表表组成事件码码(Evennt Codde)大小为为1字节，用用于唯一地标标识事件的类类型，取值范范围为0 x000-0 xfff。参数长长度以字节度度量。事件参参数列表存放放了与相对应应的指令关联联的返回事件件参数，大小小一般为8的的倍数。(3)HCI数数据分组HCI数据分组组用于在主机机和主机控制制器之间交换换数据。HCCI数据分组组分为ACLL数据分组和和SCO数据据分组两类，各各自有不同的的格式，在此此只讨论ACCL数据分组组格式。HCI ACLL数据分组用用于在主机与与主机控制器器间进行异步步链路的数据据交换，它的的分组格式如如

36、表2.5所所示。表2.3 HCCIACL数数据分组格式式第三章 设计方方案及模块介介绍3.1 蓝牙家家居控制系统统组成结构基于蓝牙技术的的智能家居系系统，其硬件件组成主要包包括蓝牙模块块、MCU、PPC及受控设设备等组成。总总体构成如图图3.1所示示。结构框图图中前半部分分为中心控制制部分，主要要由PC机、蓝牙牙无线收发模块块组成；后半半部分为多个个受控单元，主主要由受控电电器、单片机机、蓝牙模块块组成。在受控单元中，蓝牙模块块和单片机之之间通过串口口输入HCII指令实行数数据通信。其其工作过程是是：PC机发发送一条控制制命令，通过过串口发送给给蓝牙模块，并并由蓝牙模块块发送出去，这这条指令被

37、多多个蓝牙模块块接收后由单单片机进行识识别，并作出出相应的动作作，最终完成成对家电的控控制。图3.1.家居居控制系统总总体设计框图图在本设计中作为为通信部分的的蓝牙模块均均采用的是RROK1011008，单单片机选用性性价比较高的的C80511F120.3.2 主要硬硬件模块介绍绍3.2.1 爱爱立信蓝牙模模块ROK 101 0008简介爱立信ROK 1010008是爱立信信(Ericcsson)公司出品的的适用于短距距离通信的无无线基带模模块，它集成成度高、功耗耗小、完全兼兼容蓝牙10B协议规规范，可嵌入入到任何需要要蓝牙功能的的设备中。它它同时支持数数据和语音的的传输，输出出功率满足CCl

38、ass22的要求。它它提供有UAART、PCCM接口，可可方便地实现现与主机之间间的通信。它它在UARTT接口上的最最高传输速率率为460KKbs，缺缺省波特率是是576KKbs，可可支持的波特特率为3000、600，9900，12200、24400，48800，96600、199200，33840011 576000，1155200、22304000，608000bits，并有一一个128字字节的FIFFO队列1111】。它采采用压缩结构构(3317X03655cm)，金金表层覆盖，外外观图如图33.2所示。图3.2 爱立立信ROK 101 0008蓝牙模模块外观图ROK 1011008的系

39、系统结构图如如图3.3所所示。处于模模块底层的是是无线层(RRadio)和基带)县县(Baseeband)，以硬件的的形式存在；处于模块中中上层的，是是链路管理器器(LM)和和HCI，以以固件的形式式存在。图3.3爱立信信ROK 1101 0008蓝牙模块块系统结构图图ROK 1011008由基基带控制器(Basebband)、快快闪式存储器器(Flassh Memmory)、无无线电收发器器(PBA 3130112)、电电压调节器(Voltaage Reegulattion)、113MHz晶晶振(13MMHz Crrystall)共5部分分组成，其内内部结构框图图如图3.44所示。图3.4

40、爱立立信ROK 101 0008蓝牙模模块内部结构构框图基带控$1JJ-器(Baasebannd)：是一一个以ARMM7一Thuumb为基础础的的芯片，通通过接口控制制无线电收发发器的运行。RROK 1001 0088的基带控制制器提供UAART和PCCM两种接口口。快闪式存储器器r(Flaash Meemory)：闪存和基基带控制器同同时使用。无线电收发器器(PBA 3130112)：PPBA3133 0122是短距离微微波无线电收收发器，其天天线滤波器、RRX和TX不不平衡变压器器都集成在电电路中，可作作为嵌入式结结构应用。电压调节器：(Volttage RRegulaation)：Vcc

41、典典型值是33V，产生生两个可调电电压。13MHz晶晶振(13MMHz Crrystall)：晶振提提供频率为113MHz的的内置时钟。爱立信ROK 101 0008蓝牙模模块芯片详细细的引脚封装装如图3.55所示。图3.5 爱立立信监牙模块块ROK 1101 0008芯片引脚脚封装图引脚号排列按照照从左向右依依次为A、BB、C、R、TT，其中每个个字母代表一一列，每列又又按从下到上上依次为1、22、3、4、55、6。常用用的部分引脚脚的说明如表表3.1所示示：表3.1爱立信信ROK 1101 0008蓝牙模块块芯片部分引引脚说明3.2.2 蓝蓝牙适配器模模块 HYPERLINK /picvi

42、ew/175383/175383/0/f95898189fd495944bedbc74.html o 查看图片 蓝牙适配器器图片蓝牙（Blueetoothh）是 HYPERLINK /view/5030.htm 无线网网络传输技术术的一种，原原本是用来取取代红外的。与与红外技术相相比，蓝牙无无需对准就能能传输数据，传传输距离小于于10米（红红外的传输距距离在几米以以内）。而在在 HYPERLINK /view/840433.htm 信号放大器器的帮助下，通通讯距离甚至至可达1000米左右。 HYPERLINK /view/7011.htm 蓝蓝牙技术非常常适合耗电量量低的 HYPERLINK

43、/view/29459.htm 数码设备相互互分享数据，如如手机、 HYPERLINK /view/30816.htm 掌上上电脑等。蓝蓝牙规范中广广为应用的成成熟版本为11.1、 22.0、 33.0、 44.0，带宽宽约1M-224Mbpss（USB11.1接口的的带宽为122Mbps，UUSB2.00接口的带宽宽为480MMbps，局局域网带宽为为10Mbpps/1000Mbps/1000MMbps，火火线IEEEE1394带带宽为4000Mbps。所所以说，蓝牙牙非常适合于于传送小的文文件（10MMB以下的图图片、铃声、电电子书、文稿稿等等），方方便与速度兼兼得。目前最最新版本是22.

44、1+EDDR版本。第四章 系统硬硬件设计4.1 下位机机模块设计 4.1.1 单片机C88051F1120简介微控制器(MCCu)是蓝牙牙应用系统的的核心，它的的选择将直接接影响到系统统的性能。CC8051FF120是CCygnall公司的一种种与80511兼容的高速速SOC单片片机，它具有有高速CIPP51内核核、灵活的IIO交叉开开关、先进的的时钟系统、JJTAG系统统调试接口以以及多源复位位系统。它性性能卓越，内内核采用流水水线结构，速速度可达1000MIPSS，比普通的的51快400倍，而且在在资源丰富、体体积小、功耗耗低、集成度度高且调试方方便。下面列列出了它的一一些主要特性性：高速

45、、流水线线结构的80051兼容的的CIP551内核；真正8位5000kspss的ADC，带带PGA和88通道模拟多多路开关；2周期的16616的乘法法和累加引擎擎；8448(88K+2566)字节的片片内RAM；可寻址64KK字节地址空空间的外部数数据存储器接接口；硬件实现的SSPI、SMMBus112C和两个个UART串串行接El10l；5个通用的116位定时器器；具有6个捕捉捉比较模块块的可编程计计数器定时时器阵列；FLASH存存储器具有在在系统中重新新编程能力，可可用于非易失失性数据存储储，并允许现现场更新固件件；片内JTAGG调试电路允允许非侵入式式(不占用片片内资源)、全全速、在系统

46、统测试；可在工业温度度范NI(45C一一+85。cc)N用27V36V的电压压工作。C8051FF120为1100脚TQQFP封装。4.1.2 单单片机与蓝牙牙模块的连接接单片机与蓝牙模模块的硬件连连接比较简单单， 其原理理如图4.11所示：图4.1单片机机C80511F120通通过UARTT连接蓝牙模模块示意图图中的、分别标出了了连接中需要要注意的3个个地方。数据线和信号号线单片机C80551F1200具有两个UUART，在在此选用UAART0。在在编程时候可可通过交叉开关设置，将将UART00分配到两个个管脚上，例例如P000(TXD)和P0II(RXD)，分别与蓝蓝牙模块的RRXD(AS

47、S)和TXDD(B5)相相连，用于传传输控制信号号。另外，单单片机端需另另外分配两个个管脚，例如如P16和和P17，分分别作为流量量控制信号CCTS和RTTS，分别与与蓝牙模块的的RTS(AA6)和CTTS(B6)相连。若CCTS为1则则允许对方发发送，若CTTS为0则禁禁止对方发送送。蓝牙模块电源源线蓝牙模块的电压压管理器共有有3个输入，分分别是Vccc(C6)、VVcc_ioo(C4)和和ON(C22)。Vccc提供电源电电压，典型值值是33VV：Vet io为UAART提供一一个独立的电电源回路，可可以与单片机机逻辑接口相相同，可以连连接到Vccc；ON信号号控制内部电电压稳压器导导通或

48、关断。将将Vcc、VVcc ioo和ON连接接在一起使用用时，不需要要考虑蓝牙模模块的加电顺顺序；否则，则则要严格按照照“GNDVVetONVccc io”的顺序加电电，断电时候候顺序相反。在此处采用前者者，将Vett、Vcc io和ONN一起连接到到33V的的外部电源上上。蓝牙模块天线线蓝牙模块ANTT管脚连接到到50欧的天天线，天线的的电压驻波比比小于2：11。在本课题题的实验板的的设计中，单单片机和蓝牙牙模块是焊接接在一个PCCB板上的。由由于蓝牙模块块采用平面封封装，而且引引脚很密集，要要想直接焊接接到PCB板板上很困难，而而且天线也很很难焊接上去去。因而自行行设计了一个个辅助电路板板

49、，先将蓝牙牙模块焊接到到此辅助电路路板上，然后后将要用到的的蓝牙模块的的部分引脚引引出来，通过过插座将蓝牙牙模块连接到到PCB板上上，这样就使使得蓝牙模块块的装卸变得得很方便。辅辅助电路板引引出的管脚有有GND地地线、VCCC33VV、数据收发发线RXD和和TXD、流流控线RTSS和CTS、使使能信号线EN、复位位信号线RRESET，其其中BT EEN即图46中的ONN信号，实际际应用中将它它与VCC接接在一起，其其他的与单片片机相连。图4.2所示。图4.2蓝牙模模块ROKll01 0008辅助电路路板引出管脚脚图 PC机与蓝牙牙模块的连接接PC端硬件连接接比较简单，将将蓝牙USBB适配器直接

50、接通过USBB连接到PCC上即可。如图4.3所示示图4.3 PCC端硬件结构构图需要注意的是，插插上适配器后后，如果是在在XP系统下下，系统会自自动装载蓝牙牙适配器驱动动程序，因为为在此是要开开发自己的基基于HCI层层的应用程序序，而自动安安装的驱动程程序是针对高高级应用开发发的，覆盖了了HCI层，因因此需要将其其卸载，安装装针对特定适适配器的硬件件驱动程序。此此处使用的蓝蓝牙USB适适配器是CSSR Bluue Corre 04，安安装CSR USB DDriverr 1188，安装成功功后可在“设备管理器器“通用串行总总线控制器中查找到“CSR BBlue CCore BBluetooot

51、h，如如图4.3所示。图4.4 CCSR Bllue Coore Blluetoooth安装成成功示意图4.3 单片机机与家用电器器的连接家用电器控制模模块其主要功功能是根据接接收系统中心心控制模块的的命令，以控控制电视机开开关为例，将将控制电视机机开关的单片片机引脚设定定为p133,当该引脚为高高电平时继电电器吸合，电电视开，当为为低电平时继继电器断开，电电视机关。电电路图如图44.34.5 家电控控制电路原理理图C8051F1120收到中中心控制器发发送的控制信信号后P1.3引脚变为为高电平，当当光耦合器导导通，呆滞继继电器吸合，给给信息插座通通电，从而接接通家用电器器。当有警情情是P1.

52、44和P1.55变为高电平平，单片机则则通过TXDD和RXD发发送报警信号号，当蓝牙模模块输出到中中心控制器。 在上述电路中电电阻R1的选选择至关重要要，他影响着着2N45开开通与关闭的的性能。R11较小时，可可减小开关时时间与开关损损耗，R1较较大时则相反反。一般根据据产品手册上上提供的数据据作为参考，在在参考值（448欧姆）的的1倍到100倍见选取，在在这里选取55倍的参考值值，即2400欧姆。 系统电源模块块原理图C8051F1120微控制制器的内核和和I/O使用用同一电源电电压，只需单电源33.3V供电电 。图4.4所示，输输入9V直流流电源，电感感L1用于限限制瞬态电流流，经过C11

53、、C2滤波波，然后通过过SPX11117M-33.3将电源源稳压至3.3V，其输输出用了一个个4.7uff的电容来改改善瞬态响应应和稳定性。当当正确连接电电源后，LEED发光作为为电源工作指指示灯.为了了降低噪声和和出错几率，我我们用电感LL2、L3将将数字电源和和模拟电源隔隔离。图4.6 33.3V供电电原理图系统中有些外围围器件的工作作电压为5VV，比如控制制家电的部分分，所以我们们还需要5VV稳压电路，如如图4.5所所示，其工作作原理是输入入9V的直流流电源，经CC8、C9滤滤波，然后通通过LM788L05将电电源稳压至55V.图4.7 55V供电原理图图 SPX11117M是Siipe

54、x公司司生产的LDDO芯片，其其特点是输出出电流最大，输输出电压高，稳稳定性好。其其输出蒂娜刘刘可达到8000MA，输输出电压的精精度在+-11%以内还具具有电流限制制和热保护功功能，被广泛泛用于手持设设备、数字家家电和工控领领域第五章 系统软软件设计系统的软件设计计分为单片机机端软件设计计和PC端软软件设计两大大块。5.1 单片机机端软件设计计单片机端软件采采用嵌入式CC语言的编程程，开发环境境为Keill，在本设计计中只需完成成蓝牙基本数数据传输即可可。此部分软件包括括初始化、蓝蓝牙交互、处处理数据三个个部分。初始化包括系统统初始化和蓝蓝牙初始化。系系统初始化包包括系统时钟钟初始化、管管脚

55、分配、串串口初始化、定定时器初始化化等，蓝牙初初始化是通过过UART给给蓝牙模块发发送一系列初初始化指令，蓝蓝牙模块返回回事件，交互互完成一系列列的复位、鉴鉴权、读地址址等初始化操操作。蓝牙交互就是初初始化完成后后，若本地蓝蓝牙作从设备备，则等待远远端蓝牙设备备的建链请求求，如果接受受请求，则继继续等待建链链成功，获得得一个连接句句柄，从而即即可进行数据据交换；若本本地蓝牙作主主设备，则进进行一系列主主动查询、建建链、发送数数据、断链等等操作。处理数据就是将将有效数据转转存到相应位位置等一系列列后续操作。需要注意的是，在程序的主循环中，需要实时判断串口接收缓冲区是否有数据，有数据则调用HCI状

56、态机进行处理。程序流程如图551所示。图5.1单片机机端蓝牙基本本数据传输模模块程序流程程图系统时钟初始化化用来设置和和启动系统时时钟。在这里里采用外部224M外部振振荡器提供系系统时钟。首首先使能244M外部晶振振并等待外部部晶振就绪，然然后利用PLLL将其倍频频为96M作作为系统时钟钟。管脚分配配用来将UAART0的TTX和RX分分配到管脚pp0O和pp01，并并将pO00设为输出模模式、p01设为输入入模式。串口口初始化调用用单片机UAART接122函数uarrt_resst0、uaart_innit0实现现，其中uaart_innitoqbb涉及具体单单片机寄存器器的操作包括括设置UA

57、RRT0工作模模式、设置定定时器、设置置波特率等。定定时器初始化化部分实现对对定时器1初初始化和启动动，定时间隔隔为lOmss。在系统初始化完完成之后，就就需要开始对对蓝牙设备进进行操作。对对蓝牙设备的的操作需要构构造一个蓝牙牙HCI设备备控制结构体体hci ddev。蓝牙牙设备操作的的复杂性造成成此结构体也也相对复杂，具具体如图5.2所示：UART控控制结构体uuart ddev变量uud，唯一的的标识一个串串口连接。蓝牙HCII设备信息结结构体hcii dev info变变量hdinfo，保保存蓝牙地址址、设备类型型、缓冲区大大小等。蓝牙HCII设备连接控控制结构体hhci deev co

58、nn变量hd con，保保存连接状态态、连接句柄柄、远端地址址、时隙等。蓝牙HCI设备设置结构体hci dev set变量hd set，保存用户设置信息，包括扫描允许、连接超时、鉴权允许、查询参数等。蓝牙HCI设备标志位结构体hcidev_ flags变量hd_ flags，标识查询和连接状态。图5.2 蓝牙牙HCl控制制结构体hccidev数据据结构图因为此系统中只只有一个单片片机只与一个个UART00相连的蓝牙牙模块，即蓝蓝牙HCI设设备是唯一的的，因此此结结构体应该定定义为全局变变量并且整个个程序运行空空间内只允许许定义一个，为为便于讨论，假假设定义此变变量为hd，即即：蓝牙初始化包括括

59、蓝牙HCII复位、蓝牙牙参数设定和和蓝牙一系列列初始化指令令的发送。蓝蓝牙HCI复复位主要完成成对hd各项项默认值的设设置，包括将将hdhddinfo中中的acl_ num和和acl一11en全置00，cmdnum置11，以防止蓝蓝牙读缓冲区区大小指令RReadBuffeerSize执执行失败后得得到未定义的的值；将hddhdcon中的的constatuus的值赋为为NOT CCONNECCTED，将将con hhandlee的值设为1等等；蓝蓝牙参数设定定通过对hddhd sset相应参参数直接赋值值实现，可根根据具体需要要进行不同的的设置；蓝牙牙初始化指令令的发送是蓝蓝牙设备初始始化的关键

60、。在在此可调用蓝蓝牙HCI指指令接口完成成。至于具体体需要哪些指指令来进行初初始化，可根根据需要增减减，但有一些些指令是必备备的。在此提提供两个初始始化指令集合合initll和initt2，其中bbt iniit neccessarry为强制性性、必备的指指令集，btt_initt_optiional是是非强制性、可选的指令集，见表51。调用HCI指令接口函数时需要传入相应参数列表结构体，结构体各项的参数值从已设定的hdhd set中提取。各指令之间最好是加25ms的延时，在保证前一条指令执行成功后才发送下一条指令。指令包的流控由hdhd infocmd num控制。表5.1 初始始化指令集在