基于蓝牙模块的智能家居网络
WiFi、ZigBee、Bluetooth在智能家居应用
WiFi、ZigBee、Bluetooth在智能家居应用本文导读一、Wi-Fi方案二、ZigBee方案三、Bluetooth方案蓝牙技术(Bluetooth)应该是在智能家庭运用场景里仅次于Wi-Fi和ZigBee的另一个关键无线传输技术，它通常被用于不同设备之间的短距离无线通信，如同Wi-Fi，蓝牙技术经过了近二十年的演进，从BT1.0、BT2.0、BT3.0、BT4.0到最新的BT5.0，其中蓝牙技术联盟(SIG) 在蓝牙4.0的标准规范中已提出了“低功耗蓝牙”(BLE, Bluetooth Low Energy)的运作模式，蓝牙技术连盟更进一步地在2013年底推出了蓝牙4.1的技术规范，其主要目的是为了让Bluetooth Smart 技术最终成为物联网发展的核心动力。
ZLG9021系列蓝牙模块是ZLG致远电子推出的一款低成本、低功耗和小尺寸的BLE模块，符合蓝牙4.0标准。
模块内置完整的无线协议栈，支持串口透明传输模式，用户无需进行繁琐的射频硬件设计或无线协议的开发即可快速使用，大幅减少研发投入，缩短产品的研发周期。
物联网的标准、规范与协议也许需要一个漫长的整改完善的过程，当然，新的技术还在不停的开发，可以预见的是每个规格之间的兼容性会愈来愈好。
并且通过物联网产品开发商的努力之下，同时支持多种传输技术与多种规范的产品会变成主流，在某个单一无线网络传输技术与规范统一整个物联网系统之前，能兼容于多种传输技术与规范的产品才能因应市场的变化并不被制定的框架所局限。
未来会不会有一个规格一统物联网的天下？目前没有人可以提供一个明确的答案。
但是多样性且充满创意的产品与应用能让万物更自由的互连互通并为人类的生活带来更多的便利，是所有科学家、软硬件设备开发商、规格制订者与解决方案提供者未来一起努力奋斗的目标。
基于BLE
基于BLE摘要：MESH网络是一种无线局域网类型，也就是网状结构网络，也称为“多跳（Multi-hop）”网络。
在Mesh网络中，所有的节点都互相连接，每个节点拥有多条连接通道，所有的节点之间形成一个整体的网络。
网状网络不同于传统的从属路由器系统。
在Mesh网络中，每个节点都不是传统的无线中继器。
每个节点都有多个连接通道。
当某条线路被阻塞或无响应时，无线网状网络可以根据情况选择其他线路进行数据传输。
任何节点故障都不会影响网络访问，可靠性非常高;当网络出现故障时，网络可以自动修复，保证了网络的高速，流畅。
关键词：MESH；蓝牙；智能家居；低功耗；物联网前言近年来,随着电子信息技术和计算机网络技术的不断发展，关于智能家居的研究项目在国内外大量开展,很多企业投入其中,实现家庭信息化、网络化是智能家居系统的发展趋势，把无线MESH组网技术应用到智能家居系统中是实现这一要求的重要手段。
当下物联网急需解决的难题就是联网问题，而物联网最大的痛点在于设备联网过程繁琐且耗时，目前行业主流蓝牙模块普通存在通信距离受限、连接设备受限、信号不稳定、功耗过高等问题，以及不同设备间协议不兼容等情况。
而传统的WiFi联网方式，平均配网时间需30到60秒，且每次配对都需手动操作，过程复杂，耗时严重。
本文结合实际情况，所设计的应用系统通过组建BLE Mesh网络，可以实现家庭用户通过手机实时控制蓝牙智能触摸开关、灯具等电器协同工作，以及监控其工作状态等，同时针对Mesh网络设备功耗问题，提出了一种新无线网络，拓扑结构。
采用BLE Mesh的设计及应用，无需传统的网关即可以与手机通信，及其低功耗、低成本对用户具有重要意义。
系统整体结构系统框架主要有用户管理层和设备应用层组成，两者通过蓝牙建立网络连接。
用户管理层主要由用户手机组成。
手机对Mesh网络中设备进行配置、添加、控制监听等功能，同时用户间还可以实现共享功能：主用户可以授权Mesh网络的网络密匙（network key）给其他用户，同时将配置好的家庭内设备信息共享给他人，即可实现多用户管理；设备应用层由各个应用场景设备组成，如图1所示的客厅、卧室、阳台等应用场景，而设备之间通过Mesh网络进行通信。
用2.4G-5G双频WiFi+蓝牙组合模块破解智能家居WiFi信号受干扰难题
用2.4G/5G双频WiFi+蓝牙组合模块破解智能家居
WiFi信号受干扰难题
得益于低功耗、低成本的优势特性，蓝牙模块在智能领域的应用可谓是如鱼得水，但是面对智能家居应用中稍大数据的传输，就需要WiFi技术的协助，但是这其中就有一个问题，WiFi和蓝牙同时工作在2.4GHz频段内，尤其是2.4G WiFi信号经常会受到干扰，这严重影响到我们的上网体验。
为优化物联网智能家居使用体验，2.4G/5G双频WiFi+蓝牙二合一组合模块才是破解智能家居WiFi、蓝牙数据同步难题的最佳解决方案。
2.4G/5G双频WiFi+蓝牙组合模块
WiFi+蓝牙组合模块是指高集成的WiFi +BLE蓝牙二合一组合模块，支持WiFi、BLE蓝牙多个数据接口，WiFi与蓝牙可通过UART串口进行数据传输。
目前市面上有多家无线模块厂商推出了适用于物联网智能家居的WiFi+蓝牙组合模块，WiFi部分支持2.4G，蓝牙部分支持BLE4.2。
鉴于2.4G WiFi 信号受干扰严重，为优化上网体验，SKYLAB推出了WiFi部分同时支持两个不同频段2.4GHz和5GHz,支持802.11a/b/g/n的双频WiFi+蓝牙二合一组合模块WG222。
WG222
WG222基于MTK芯片MT7697研发，WiFi符合802.11 a/b/g/n 无线标准，支持2.4GHz和5GHz双频WiFi，蓝牙支持低功耗蓝牙。
2.4G/5G双频。
基于蓝牙技术的家庭智能控制系统设计毕业论文
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蓝牙模块的5大应用场景
蓝牙模块，作为集成蓝牙功能的 PCBA 板，主要用于短距离无线通讯，已经作为物联网发 展的中坚力量。那么蓝牙模块在实际生活中有哪些应用呢？ 一、智慧医疗 当前的健康医疗设备通常是可穿戴产品或其他小物件。通过蓝牙模块，由健康医疗设备的传 感器实时收集的健康数据将传输到蓝牙模块的计算机。MCU 会校正收集到的数据的值。正 确的值可以通过相应的接口传输到文件，病人的健康数据可以通过蓝牙模块传输到屏幕上。 还可以通过 APP 负责接收和分析接收到的健康数据，起到对数据实时监控的作用。 二、蓝牙 Mesh 智能照明 蓝牙 Mesh 模块构建网络并使用单个控制设备与云进行同步，从而简化并有效地控制智能 家居系统中的所有功能。在蓝牙 Mesh 智能照明方案中，用户通过手机连接 Mesh 网络中 的任何一个 LED 灯，就可以控制 Mesh 网络中任意一个或一组灯，并对 Mesh 网络 LED 灯 管进行分组，调光，颜色调整，场景设置，蓝牙 Mesh 的体系结构可以扩展以满足办公室， 工厂，工业环境甚至城市的需求，并且可以连接数百万个节点而不会出现故障。 三、智能穿戴 由于低功耗蓝牙（BLE）的低功耗已广泛应用于智能可穿戴终端，很多智能设备都依靠蓝牙 技术和进行无线连接和数据交换，最常见例如：智能手环、智能项链等，由于蓝牙低功耗技 术可以实现短距离通信的最低功耗，从而大大延长了可穿戴设备的运行时间。 四、蓝牙 MAC 地址扫描打印 BLE 蓝牙模块在蓝牙 MAC 地址扫描打印解决方案中充当主机角色， 扫描周边设备
根据广播名称过滤 筛选出周边信号最强的设备 获取 MAC 地址 获取 MAC 地址后，通过串口将数据发送给标签打印机 标签打印机打印出符 MAC 地址进行读取，能 够有效提高工作效率。
五、智能门锁 在智能门锁的应用场景中，利用蓝牙技术可以满足不同用户和权限的需求，同时确保机密性。 将门锁内安装蓝牙模块，人们可以通过 APP 实时读取智能锁的蓝牙信息，然后进行配对， 向服务器发送解锁请求，服务器将解锁命令发送给手机，手机接收到解锁信息后，通过门锁 里面的蓝牙模块把指令发送给智能锁门，然后开锁。非常方便、快捷、安全。
蓝牙技术在智能家居控制系统中的运用
蓝牙技术在智能家居控制系统中的运用蓝牙技术是一种无线通信技术，它可以在短距离内进行数据传输和通信，因此在智能家居控制系统中的应用非常广泛。
随着智能家居概念的日益普及和人们对生活质量的要求不断提高，蓝牙技术在智能家居中的应用越来越受到关注。
本文将就蓝牙技术在智能家居控制系统中的运用进行详细的探讨。
蓝牙技术在智能家居中的应用智能家居是将各种家居设备与互联网和传感器相连接以实现自动化和远程控制的系统。
蓝牙技术在智能家居中的应用可以涉及到灯光控制、温度调节、安防监控、智能家电控制等多个方面。
蓝牙技术在智能家居中的一个重要应用是灯光控制。
通过将蓝牙模块嵌入灯具中，可以实现对灯光的远程控制和调节。
用户可以通过手机或平板电脑上的APP来控制家中的灯光，实现灯光的开关、亮度调节和颜色变换等功能。
这不仅提高了用户对灯光的控制便利性，还可以实现一些智能化的场景模式，比如睡眠模式、聚会模式、浪漫模式等，为用户营造出更加舒适的生活环境。
蓝牙技术在智能家居中还可以用于温度调节。
通过将温度传感器和蓝牙模块相连接，人们可以通过手机远程监测和调节室内温度。
在寒冷的冬天，智能家居系统可以根据用户的习惯自动调节室内温度，提供一个舒适的居住环境。
用户还可以通过手机预先设置好温度，让房间在他们回家的时候就已经变得温暖舒适。
蓝牙技术还可以应用于安防监控系统。
许多智能安防设备都采用了蓝牙技术，比如智能门锁、智能摄像头等。
用户可以通过手机实时监控家中的安全情况，随时查看门口的来访者或者家中的情况，还可以实现远程开锁、布防、消警等功能，提高了家庭安全的保障。
蓝牙技术还可以用于智能家电控制。
智能冰箱、智能洗衣机、智能空调等家电产品普遍具备蓝牙连接功能，用户可以通过手机进行远程监控和控制。
可以随时查看冰箱内食材的情况，了解洗衣机的工作状态，还可以根据家里的情况和自己的需求来调整空调的工作模式，提高了家电的使用便利性。
蓝牙技术在智能家居中的优势蓝牙技术在智能家居系统中的应用有许多优势。
蓝牙技术在智能家居网络中的应用
Ｉｅ ｅ 向监 控 中 心 报 警 。 ｎ ｒｔ ｔｎ
过 Ｉｅ ｅ 向监控 中心报 警 ｎｒｔ ｔｎ
蓝 牙从 设备 由蓝 牙模 块 ．ＭＣ Ｕ和 内嵌蓝 牙 模 块 的传感 器 网络 和被控 电器组成 传感 器 网 络 由红 外 线传感 器 或烟雾 传感 器和 三表 传感 器 构 成 ． 网络 对各种 火灾 ． 气泄漏 以及 盗窃 等 该 煤 灾 情信 号实 现现 场采 集 。系统 中的蓝 牙从 设备
１６ 智能建 城 息 ２０ ｉ 第５期 总 １期 ２ 筑与 市信 ０６－ ｆ 第１ ４
维普资讯
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可分 为三 类 ：报 警触 发类 ．三表 类和被 控 电器
类 ．这 三 类 从 设 备 都 是 内 嵌 蓝 牙 模 块 和 Ｍ Ｕ的 Ｃ
这种新型 的智能 家居 网络 ． 将各种家 用设 备和 家
用监控系统 ．如 Ｐ Ｐ Ａ 电视机 空调 机 洗 Ｃ Ｄ
的 紧急 开关供 主人在室 内遇 到紧急情 况时使 用。
如果发生火 灾 盗 窃或煤气泄漏等事件 ． 由蓝 则 牙模块接 收来 自蓝牙从设备 的数据 ， 由Ｍ Ｕ Ｃ 对这 些数据经过 处理之后 ． 通过无线连接 ．由智能监 控系统通过 Ｐ Ｔ 电话交换 网）向主人报警或通 Ｓ Ｎ（
蓝牙 （ｌ ｔｏｈ Ｂｕ ｏ ｔ）作 为一种近距离无线通信 ｅ 技术的标准 ． 由爱立信 Ｉ 英特 尔 诺基亚 是 Ｂ Ｍ． 东芝等 ５ 家公司于 １ ９ 年 ５ ８ ９ 月联合 制定 的 其主
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基于蓝牙的智能家居控制系统
基 于 蓝 牙 的 智 能 家 居 控 制 系统
刘永 富 ， 焦斌 亮 ， 刘庆 赘 （燕 山大 学 信 息科 学 与 工程 学院 ，河北 秦 皇 岛 ０６６００４）
摘 要 ：在 研究蓝牙 ｓＰＰ应 用模型和我 国《家庭 网络 平台》标准 的基础 上 ，提 出 了 基 于 蓝 牙 技 术 的 智 能 家 居 控 制 系 统 的 实 现 方 案 。 研 制 了基 于 ＡＲＭ９的 智 能 家 居控 制 器 ，用 ＰＣ 模 拟 家 庭 主 网 关 ，用 单 片 机 加 蓝 牙 模 块 模 拟 信 息 家 电 ，并 把 三 者 结合组成 了模拟的家庭控 制子网 ，实现 了家庭 控制子 网对 家电设备的基本操作 。
· 种能 ．家 ·
以上 ，主 要用 来 连 接 主 网 关 、数 字 电视 、计 算 机 、 录像 机 、控 制子 网关 以及 其他 高 数据 传 输 速率 的 设 备 。主 网关是 家庭 信息 系 统 核心 ，减 少 了系 统 其他 部分 的 负担 ，在 实 现 与 广域 网 的互 联 、局域 网的 内部 管理 时 均 能 起 主导 作 用 。 主 网关 主要 的作用 具体 如下 ：
焦 斌 亮 （１９６４一 ）。男 ，教授 ．研 究 方 向 为 嵌 入 式 开 发 、图 像 处 理 。 刘 庆 费 （１９８３一 ），男 ，硕 士研 究 生 。研 究 方 向 为 嵌 入 式 技 术 应 用 。
· １３ ·
Ｎｏ．１２ Ｖ‘ｌ１．Ｉ ＩＳｔ，ｒｈｔｌ Ｎ‘＇．１２）２１ＩｌＩｌ
关 键 词 ：智能家居 ；蓝 牙 ；通 用设备控制协议 ；嵌入式开 发 中 图分 类 号 ： ｒ｝）２７３ 文 献 标 志 码 ：Ｂ 文章 编 号 ：１６７４—８４１７（２０１０）１２４）０１３－０６
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基于蓝牙模块的智能家居网络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ABSTRACTW ith the development of science and technology, and the improvement of people’s 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, 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.As a globally open wireless data and speech communication specification Bluetoo—th technology can provide low-power、short distance wireless air interface and implement wireless communication between various fixed and mobile equipments．Bluetooth 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 areas．Using the bluetooth hardware and software interface designed，This paper developed an smart home furnishing control system based on Bluetooth module．In the system，The PC side is controlled by USB bluetooth adapter．It’s control instruction is received by the lower end of Bluetooth module which sent it to the micro controller. A basic bluetooth 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 parts．After that，a further development which is file transmission is implemented．Keywords: Bluetooth technology; smart home; Bluetooth moudule目录前言 (1)第一章绪论 (2)1.1 课题研究背景 (2)1.2 智能家居的发展状况 (2)1.3 未来智能家居的发展趋势 (3)1.4 研究的目的和意义 (3)1.5 课题研究的内容 (4)第二章蓝牙技术介绍 (5)2.1 蓝牙系统组成 (5)2.2 蓝牙协议栈 (6)2.3 蓝牙控制器接口(HCI)分析 (6)2.3.1 HCI概述 (6)2.3.2 HCI传输层 (7)2.3.3 HCI分组格式 (8)第三章设计方案及模块介绍 (11)3.1 蓝牙家居控制系统组成结构 (11)3.2 主要硬件模块介绍 (11)第四章系统硬件设计 (15)4.1 下位机模块设计 (15)4.2PC机与蓝牙模块的连接174.3 单片机与家用电器的连接 (18)4.3系统电源模块原理图19第五章系统软件设计 (21)5.1 单片机端软件设计 (21)5.2 PC端软件设计 (26)第六章系统测试与分析 (31)结论 (33)致谢 (34)参考文献 (35)附录 (36)前言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。
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。
第一章绪论1.1 课题研究背景智能家居，或称智能住宅，在英文中常用Smart Home、Intelligent home，与此含义相近的还有家庭自动化(Home Automation)、电子家庭(Electronic Home、E-home)、数字家园(Digital family)、网络家居(Network Home)，智能建筑(Intelligent Building)。
智能家居是以住宅为平台，兼备建筑、网络通讯、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。
智能家居是在家庭产品自动化、智能化的基础上，通过网络按拟人化的要求而实现的。
智能家居可以定义为一个过程或者一个系统，利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、无线技术、将与家居生活有关的各种子系统，有机地结合在一起。
与普通家居相比，由原来的被动静止结构转变为具有能动智能的工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通。
智能家居强调人的主观能动性，要求重视人与居住环境的协调，能够随心所欲地控制室内居住环境。
1.2 智能家居的发展状况智能家居从上世纪八十年代兴起于日本和欧美，九十年代末引入中国，目前美国有7000万家庭依靠智能家庭网络设备生活。
近年来，以美国微软公司及摩托罗拉公司等为首的一批国际知名企业先后进入智能家庭网络的研究及开发领域，分辨开发了“梦幻之家”、“家庭主任”、“居所之门”等家庭智能设备，3COM公司研发出家用无线网关等网络产品，并与Microsoft 联手开发通用式即插即用的家庭网络系统。
该系统方便地连接家电与网络，可以高速传输文字、语音、视听等咨询。
这套产品也适用于小型办公室。
国内厂商也在进行智能化家庭网络产品的研发和生产，一大批大型IT企业利用自身在资金与技术等方面的优势，在低端市场上已占据了相当重要的地位。
清华同方在智能化家庭网络领域与建设部智能化专家委员会共同设立了智能住宅开放实验室，还取得了著名综合布线厂商西蒙、百通全线产品在中国的总代理资格。
北京德达创先科技集团先后开发了LDM-2000,智能家居控制器、HomeNet网络化综合管理系统，并开通了中国智能建筑服务网络提供智能化建筑的在线咨询与在线技术支持该网站已成为国内建筑化领域的权威网站。
1.3 未来智能家居的发展趋势如何使家居环境变得便利、舒适、人性化、智能化，真正提高人们的生活品质，才是智能家居系统的发展方向，其发展趋势主要有以下几个方面：(1) 向个性化方向发展人们可以根据自己的需要和喜好，选择不同的功能，智能家居发展将不断满足人们要求个性化的需求。
(2) 向系统高度集成化方向发展信息家电控制功能、呼叫对讲功能、自动化管理功能、安防监控功能、设备自检功能等多种功能将被集成在一起，统一调度，从而降低成本。
随着科学技术的不断发展，系统的集成度将越来越高。
(3) 向网络化方向发展网络化是计算机、通讯、电子和物联网等多种技术发展的必然趋势，也是智能家居智能化的一个重要体现。