基于蓝牙的智能家居控制系统的研究与设计资料下载.pdf

1、焦斌亮教授 申请学位级别：工学硕士 学 科、专 业：电路与系统 所 在 单 位：信息科学与工程学院 授予学位单位：燕山大学 Classified Index:TP274.3 U.D.C.:621.3 Dissertation for the Master Degree in Engineering STUDIES AND DESIGNE OF THE CONTROL SYSTEM OF THE SMART HOME BASED ON BLUETOOTH Candidate:Liu Yongfu Supervisor:Prof.Jiao Binliang Academic Degree Appl

2、ied for:Master of Engineering Speciality:Electronic Circuit and System University:Yanshan University 燕山大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于蓝牙的智能家居控制系统的研究与设计，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年 月 日 燕山大学硕士学

3、位论文使用授权书 基于蓝牙的智能家居控制系统的研究与设计系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本人如需发表将署名燕山大学为第一完成单位及相关人员。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密，在 年解密后适用本授权书。本学位论文属于 不保密。（请在以上相应方框内打“”）作者签名：年 月 日 导师签名：年 月 日 摘 要 I 摘 要 随着科学技术的发展和人们生活水平的

4、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。首先，在研究蓝牙 SPP 应用模型和我国家庭控制子网通信协议规范的基础上，经过比较当前各种家庭内部组网技术的优劣，选择了基于蓝牙协议的家庭控制子网的实现方案。该方案使用蓝牙 SPP 模型来承载通用设备控制协议，降低了家庭控制子网组网过程中的难度，符合实际应用场景。其次，研究并提出了智能家居系统实现过程中处于核心地位的智能家居控制器的软硬件设计方案。在硬件方

5、面，选用 Samsung 公司具有较高性价比的 ARM9 芯片 S3C2410 作为其 CPU，完成了智能家居控制器的电源、显示、输入、存储以及无线蓝牙和 GPRS 的模块的电路设计；在软件方面，成功地将 U-boot、嵌入式 Linux 内核和蓝牙协议栈 BlueZ 移植到了智能家居控制器目标板上，并在 Linux 内核中为系统各个硬件模块添加了相应的驱动程序。最后，对蓝牙模块进行了测试，实现了蓝牙的点对点通信，并且为系统开发了部分常用的界面。对研究工作做了总结，列出了所实现的研究成果以及有待实现的智能家居控制系统的功能。关键词 家庭控制子网；蓝牙；智能家居控制器；嵌入式系统；Linux；A

6、RM 燕山大学工学硕士学位论文 II Abstract III Abstract With the development of science and technology,and the improvement of peoples living standards,people are paying more and more attention to the comfortablity,safety and convenience of their living environment.The emergence of smart home system in recent years

7、,just meets the needs of people.It effectively constitutes appliances into a home information network and makes all kinds of appliances combined into an organic whole.It can intelligently control appliances locally or remotely,and exchange information with the outside world.Firstly,after comparing v

8、ariety of networking technology within home,and studying of the application of Bluetooth serial part profile（SPP）and the Communication protocol specification of home control sub-network,the implementation scheme of home control sub-network based on Bluetooth is proposed.According to actual applicati

9、on fields,the communication protocol architecture for this scheme is established by using universal device control protocol（UDCP）over SPP and it becomes easier when the home control sub-network is networked Secondly,the design of smart home controller,which is at the core of smart home systems imple

10、mentation,is studied and realized in both software and hardware.On the hardware side,Samsungs S3C2410 chip（ARM9）is selected as the main CPU of the intelligent home controller,which is with good performance and low price.The power supply,display,input,storage,wireless Bluetooth and GPRS module circui

11、ts of smart home controller are designed.On the software side,U-boot,embedded Linux kernel and BlueZ（Bluetooth protocol stack）are implanted to the target board successfully.Then each hardware modules driver of the system is added into the Linux kernel.Finally,Bluetooth modules communication,which is

12、 point to point,is tested.And some common and useful GUI is designed.The research is summed 燕山大学工学硕士学位论文 IV up and the implementation of the research and other functions of the intelligent control system to implement are listed out.Keywords Home control sub-network;Bluetooth technology;Smart home co

13、ntroller;Embedded systerms;Linux;ARM 目 录 V 目 录 摘要 I AbstractIII 第 1 章 绪论1 1.1 课题研究背景1 1.2 智能家居的发展状况2 1.2.1 国外智能家居发展状况2 1.2.2 国内智能家居发展状况4 1.2.3 未来智能家居的发展趋势6 1.3 研究的目的和意义7 1.4 课题研究的内容8 1.5 本文组织结构8 第 2 章 智能家居关键技术11 2.1 嵌入式技术简介11 2.2 ARM 技术12 2.3 嵌入式 Linux 操作系统 13 2.3.1 嵌入式 Linux 操作系统简介 13 2.3.2 嵌入式 Lin

14、ux 系统开发流程 14 2.4 U-Boot 引导程序15 2.4.1 Bootloader 简介15 2.4.2 U-Boot 简介 16 2.5 蓝牙技术 17 2.6 本章小结 18 第 3 章 智能家居控制系统总体设计方案19 3.1 智能家居的主要功能19 3.2 智能家居网络结构20 3.2.1 家庭内部网络分析20 3.2.2 组网协议选择21 3.2.3 蓝牙控制子网22 3.2.4 控制子网协议结构24 3.3 智能家居控制器硬件总体设计27 3.4 智能家居控制器软件总体设计28 燕山大学工学硕士学位论文 VI 3.5 本章小结 30 第 4 章 硬件平台设计31 4.1

15、 硬件电路设计31 4.1.1 控制器硬件平台设计31 4.1.2 嵌入式处理器的选择32 4.2 S3C2410 最小系统硬件电路设计 33 4.2.1 电源模块设计34 4.2.2 时钟模块设计36 4.2.3 复位及复位芯片配置36 4.2.4 SDRAM 接口电路设计37 4.2.5 Nand Flash 接口电路设计39 4.2.6 UART 串口电路设计39 4.2.7 JTAG 调试接口电路设计 40 4.3 人机交互接口设计41 4.3.1 LCD 电路接口设计41 4.3.2 触摸屏电路设计43 4.4 蓝牙模块接口电路设计44 4.5 GPRS 接口电路设计45 4.6 本

16、章小结 46 第 5 章 软件平台的搭建47 5.1 U-Boot 在 S3C2410 上的移植47 5.1.1 U-Boot 源码的目录结构47 5.1.2 U-Boot 移植 48 5.2 Linux 内核在 S3C2410 上的移植48 5.2.1 Linux 内核源码的目录结构 48 5.2.2 Linux 操作系统的移植步骤 49 5.2.3 配置编译 linux 内核54 5.3 根文件系统的制作55 5.4 本章小结 57 第 6 章 驱动程序和应用软件开发59 6.1 设备驱动程序59 6.2 控制器驱动程序实现60 6.2.1 触摸屏驱动程序60 6.2.2 蓝牙驱动程序64 6.2.3 其他外设的驱动程序67 6.3 应用软件总体结构67 6.4 图形界面 68 目 录 VII 6.5 本章小结 71 结论