赵光辉毕业论文整体初稿-0410new.doc

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分类号：

TP277学校单位代码：

10446

硕士学位论文

论文题目：

基于LPC2138和蓝牙技术的智能家居

系统的设计

研究生姓名

：

学科、专业

：

物理电子学

研究方向

：

信号检测与处理

导师姓名、职称

：

论文完成时间

：

2008年3月

摘要

摘要

随着电子技术和计算机技术的进步，智能家居逐步进入人们的生活中。

然而通过调研发现，目前市场上的产品还都存在这样或那样的不足，例如功能不全、成本较高、安装维护不便等，使智能家居产品没有得到很好的推广。

为此，设计了基于LPC2138和蓝牙技术的智能家居系统。

系统采用菲利普公司的LPC2138作为中心控制芯片。

LPC2138是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的ARM7TDMI-STMCPU的微控制器,支持32/16位代码，有很强的处理能力。

其具有多达47个GPIO和9个外部中断，使系统可实现多种功能。

系统应用蓝牙模块来组建家庭内部通信网络。

蓝牙技术是一项公开的近距离无线连接的技术规范，工作在2.4GHz的ISM（工业、科学、医学）频段上,具有开放性、低功耗等特点，传输距离一般为0.1m～10m，功率放大后可达100m。

蓝牙模块在系统中的应用，解决了智能家居系统应用时需重新布线的烦恼。

但是，蓝牙工作的ISM频段是全球的公共频段（大多数国家规定该频段为2400～2483.5MHz,并划分为79个信道,每个信道带宽为1MHz），在使用其中某个频段时，也就难免出现相互之间的干扰。

为此,系统采用跳频和前向纠错方案以确保链路的稳定性。

在进行系统的硬件电路设计时，为了提高系统电路的通用性，从而将系统分为不同的模块。

中心控制模块，负责信息汇总处理和系统总体控制功能；家庭安全防范模块，监控并采集家庭环境信息，并通过系统中心控制模块与安全设备连接可实现安全联动功能；家用电器控制模块，通过控制开关和红外遥控来实现控制家用电器的功能；紧急呼叫模块，实现紧急呼救功能；家庭内部通信模块，即为蓝牙模块，嵌入在系统中心控制模块、家庭安全防范模块、家用电器控制模块和紧急呼叫模块上，实现系统中心控制模块和家庭安全防范模块、家用电器控制模块、紧急呼叫模块间的通信；家庭对外通信模块，可实现自动报警和远程控制的功能。

由于系统电路的模块化设计和无线通信技术的应用，从而使得系统便于安装、维护。

在进行软件设计时，遵循模块化的设计思想，既考虑了各模块功能的实现，又兼顾了程序总体的协调性。

系统软件主要由一个中心控制程序和六个子程序构成。

各个子程序基本上与硬件模块相对应。

在ARM公司推出的ADS1.2集成开发环境下，利用C语言进行系统的程序设计。

论文首次将ARM单片机和蓝牙技术应用于智能家居系统中；蓝牙技术的无线连接解决了家庭布线的烦恼；系统的硬件和软件都采用了模块化设计，使得系统具有很强的可移植性。

系统的各部分硬件电路均经过联机检测实验，性能良好。

系统具有成本较低，性能完善，可靠性高，易于安装、维护、扩充升级等特点，便于推广和应用。

关键词：

智能家居；LPC2138；蓝牙技术；模块化设计

Ⅰ

Abstract

Abstract

Withthedevelopmentofthetechnologyinelectronicandcommunication,thesmarthomesystemiscomingintopeople’slife.Buttheproductsonthemarketstillhavesomedeficienciesatpresent,forexample,incompletefunction,highcost,discommodioustoinstallandsafeguardandsoon.Sothesmarthomesystemproductisn’tpopularizedverywell.Therefore,thesmarthomesystembasedonLPC2138andbluetoothtechnologyhasbeendesigned.

LPC2138whichPhilipCorporationpromotesisusedforthemastercontrolchipinthesmarthomesystem.Itisamicro-controllerwhichbasedona32/16bitARM7TDMI-STMCPUsupportedReal-TimeEmulationandEmbeddedTrack.Itsupported32/16bitcodeandcansupplystrongprocessfunction.Becauseofforty-sevenGPIOandnineexternalinterruptinLPC2138,thesmarthomesystemcansupplymanykindsoffunction.

Bluetoothtechnologyisusedfororganizingthecommunicationnetworkinthehouse.Itisonekindofpublicshortdistancewirelessconnectiontechnologymanual.Itworksinthe2.4GHzISM（Industry,Science,Medicine）frequencybandandhasmanycharacteristics,forexample,openness,lowpowerconsumption.Itstrans-missiondistanceispopularlyfrom0.1mto10m,itcanreach100mifamplifyingitspower.Theapplicationofbluetoothmoduleinthesmarthomesystem，solvethetroublethatthesystemwouldn’tneedwiringinhouseagainwhenbeingemployed.ButtheISMfrequencybandwhichbluetoothworksinisonekindofglobalpublicfrequencyband（defined2400to2483.5MHzbymostcountriesintheworldanditisplottedouttoseventy-ninechannelsandthebandwidthis1MHz）.Itisinevitabletocomeacrossmutualinterferencewhenitisworkingatoneofchannels.TheprojectofFrequencyHoppingandForwardErrorCorrectionisusedforinsuringstabilityofthelink.

Whilecarryingonhardwarecircuitdesignofthesmarthomesystem,inordertoimprovethecommonalityofthecircuit,thesystemisplottedoutdifferentmodules.Themastercontrolmoduleassumestheinformationcollecting,informationprocessingandthemajorcontrolofthesystem;Thehousesafetyandprotectionmodulemonitorsandcollectstheenvironmentalinformationofthesystem,italsocanrealizethesafetyteamworkifitconnectsthesafetyequipmentbythemastercontrolmodule;Thehouseholdappliancescontrolmodulecancontrolthehouseholdappliancesbycontrolswitchpointsandinfraredremote-control;Theemergencycallmoduleithasthefunctionofcallingforhelpperemptorily;Thehouseinsidecommunicationmoduleisthebluetoothmoduleandrealizesthereciprocalcommunicationaboutthemastercontrolmoduleandthehouseholdappliancescontrolmodule,theemergencycallmodule,thehouseinsidecommunicationmodule,thehousesafetyandprotectionmodulebyembeddedinthem;Thehouseexternalcommunicationmodule,itcanrealizethefunctionofautoalarmandlong-rangecontrol.Thebuildingblockdesignofthesystemcircuitandtheapplicationofwirelesscommunicationmakethesmarthomesystembeingeasytoinstallandsafeguard.

Whilecarryingonsoftwaredesignofthesystem,followthebuildingblockdesignphilosophy.Itnotonlyconsiderstherealizationofthefunctionofeachmodule,butalsothinksoverthetotalcompatibilityoftheprocedure.Thesoftwareincludesonemasterprogramandsixsubprograms.Eachsubprogramiscorrespondingtothehardwaremodule.UndertheADS1.2integrateddevelopmentenvironmentwhichARMCorporationpromotes,