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通信技术的应用领域-蓝牙技术在无线通信中的应用

发布时间:2018-05-13 所属栏目:广域网技术应用

一 : 蓝牙技术在无线通信中的应用

中北大学分校毕业设计(论文)

蓝牙技术在无线通信中的应用(智能化家居应用设计)

摘 要

使用蓝 牙技术的短距离无线通信功能,构建一个小型的微微网,将家居内部的所有电器组合在一起,通过主、从设备之间的短距离无线数据信息的传递,实现现代家居的智能化控制.系统采用了基于ROKIO1008蓝牙芯片与ATmega16单片机的系统集成、通过主控系统和接收机系统协同工作来具体实现。介绍了基于蓝牙模块的智能家居系统的构成方案,给出了数据传输及蓝牙技术在信息家电系统中的应用方法.实现了家用设备控制自动化和网络化,水表、电表和煤气表的远程自动抄送以及家庭通讯与网络功能,具有很强的实用性和先进性。

关键词:无线蓝牙,微微网,智能家居,无线通信,控制中心

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蓝牙技术在无线通信中的应用(智能化家居应用设计)

The Design for the Application of Bluetooth—based Smart Home

Abstract

By means of the short – distance wireless communications of the bluetooth technology,a small – scaled Piconet can be constructed, connecting all the electric appliances in Smart Homes. Through the short – distance data message transmission between the host and the equipments, modern homescome under intelligent control.This system, which is efficient, secure and reliable, works by employing the system integration of ROK101008bluetooth chip and ATmega16 MCU, and under the joint operations by the master control system and the receiver system . This paper introduces the structure project of intelligent housing system based on blue tooth model,and presents the application methods of network d ata transferring and spectrum—spreading technology in housing information electronic system,which realizes the automation and networking of the control over housing electrical applications ,the remote automatic reading and sending of water meter,electricity meter,and gas meter,and the function of home communication and network as wel1.

Keywords:bluetooth,the Piconet,Smart Home ,wireless communication,monitor centre

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目录

1绪论 .................................................................................................................................. 5

1.1引言 ........................................................................................................................... 5

1.2 蓝牙技术的简介及其在无线通信中的现状及发展 .............................................. 5

1.2.1 蓝牙的起源 ....................................................................................................... 6

1.2.2 蓝牙技术的简介 ............................................................................................... 6

1.2.3 蓝牙的发展现状 ............................................................................................... 9

1.2.4 课题研究的重要意义 ..................................................................................... 11

2 总体方案设计 ............................................................................................................... 13

2.1需求分析 ................................................................................................................. 13

2.1.1 项目背景 ......................................................................................................... 13

2.1.2 设计依据 ......................................................................................................... 13

2.1.3 设计原则 ......................................................................................................... 14

2.2 整体设计方案 ........................................................................................................ 14

2.2.1 主控系统的设计 ............................................................................................. 14

2.2.2 接收机的设计 ................................................................................................. 16

2.2.3 软件设计思路 ................................................................................................. 18

3 主控电路的分析 ........................................................................................................... 19

3.1 系统硬件结构 .................................................................网络日记....................................... 19

3.2 电源模块部分设计 ................................................................................................ 21

3.3 单片机拓展电路设计 ............................................................................................ 22

3.4 蓝牙电路设计 ........................................................................................................ 23

3.5 驱动设计及软件构架 ............................................................................................ 24

4 数据接收模块的分析 ................................................................................................... 25

4.1 无线数据采集模块方案 ........................................................................................ 25

4.2 数据采集模块硬件设计 ........................................................................................ 26

4.2.1 无线数传模块选型 ......................................................................................... 26

4.2.2 数据采集信芯片选型 ..................................................................................... 28

4.3 无线数据采集模块原理框图 ................................................................................ 28

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蓝牙技术在无线通信中的应用(智能化家居应用设计)

4.4 数据采集模块软件设计思路 ................................................................................ 29

4.4.1 数据采集模块软件流程 ................................................................................. 29

4.4.2 蓝牙通信 ......................................................................................................... 30

4.4.3 智能终端数据采集控制器 ............................................................................. 31

5 结论与工作展望 ........................................................................................................... 32

5.1 主要成果 ................................................................................................................ 32

5.2 后续展望 ................................................................................................................ 32

参考文献 ........................................................................................................................... 34

附录A ............................................................................................................................... 36 致谢 ................................................................................................... 错误!未定义书签。

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1绪论

1.1引言

近年来,随着人们生活水平的不断提高,家居面积也越来越大,特别是高档住宅小区的建设规模不断扩大,住宅内的家用电器种类以及照明装饰灯具也越来越多,控制这些设备的开关通常是安装在墙上固定位置,这给使用带来了诸多不便。人们对工作、生活等环境的要求也越来越高.随着信息技术飞速发展,计算机技术、网络技术、自动控制技术、现代通信技术不断发展和融合给住宅小区和家庭智能化提供了现实的技术基础。因此利用微电子技术实现智能化家居是当今控制系统没计中一个热门题。目前家庭环境中应用比较广泛的技术主要有HomeRF,802.1lg,Wi—Fi以及无线蓝牙技术构建家庭局域网。我们可以将家用电器如电视机、热水器和微波炉等和照明装饰灯具有效地组合在一个智能家庭网络中,从而实现家居的智能化。

由于有线通信接线过多、方式复杂,线路存在的隐患较多,而且综合度、智能度不高,因而无线蓝牙通信是近年来各通信行业所研究的重点。蓝牙(Bluetooth)技术是一种近距离无线通信的标准,可以实现多种智能设备的无线互连,支持数据传输和语音通讯,已成为世界上人们普遍关注的热门通信技术。蓝牙使用2.4 GHz ISM(工业、科学、医疗)全球通自由波段,最高数据传输速率1Mb/s,传输距离为10m,在增加发射功率的情况下可达到100m。蓝牙技术与其它类似技术相比较,更具有低成本、低功耗、体积小、点对多点连接、语音与数据混合传输以及高抗干扰能力等优点。蓝牙模块在通信、电子、家庭无线网和个人信息网等方面都有着较多的应用.随着无线蓝牙技术的进一步发展,产品规模的不断扩大、技术的日益成熟和价格的下降,蓝牙技术逐渐应用到工业领域和家庭中.由于无线蓝牙通信媒介特殊性和优势,它可以很好地灵活地应用于智能家居信息网络.在智能家居系统中的家电设备可以利用电话线或Internet对其进行远程遥控;用户或维修单位可以通过电话或Internet登录到家庭网点,并发出相应的运行或检测命令,该命令被网关接到后,通过无线蓝牙发送模块发送到无线蓝牙接收模块上.由于无线蓝牙通信技术可以有效地抑制干扰的噪声,在速度、抗干扰性、可靠性等方面具有较大优势.因此采用无线蓝牙技术实现智能住宅的水电费管理、通讯和安全保卫等系统的构造,具有广泛的应用空 间。

本文主要讨论如何利用无线蓝牙技术构建一个小型的微微网,将家居内部的所有电器组合在一起,实现智能化家居管理。

1.2 蓝牙技术的简介及其在无线通信中的现状及发展

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1.2.1蓝牙的起源

蓝牙技术基本上是一个无线传输的技术,不需要透过实际线路。可以传输可观的资料量,这种无线传输可传达数十至数百公尺内的距离。另外可传输的装置不限于手机.只要装配有蓝牙收发模块的装置都可以使用蓝牙传输。蓝牙是由瑞典爱立信等5家公司开展标准化活动而提出的近距离无线(2.4GHz)数据通信技术,现在正进入实用阶段。1998年5月,爱立信、IBM、Intel、诺基亚、东芝等5家公司开始进行近距离无线通信技术的标准化活动。其目标是实现最高数据传输速度1Mb/s(有效传输速度为721kb/s)、最大传输距离达10米,用户不必经过允许便可利用2.4GHz的ISM(工业、科学、医学)频带,在其上设立79个带宽为1MHz的信道,用每秒钟切换1600次的频率、滚齿(hobbing)方式的频谱扩散技术来实现电波的收发。这也就是蓝牙技术的由来和特点。

使用蓝牙技术进行通信的设备,分为决定频率滚齿模式的―主叫方‖和它的通信对手―受取方‖。主叫方可同时与7台受取方通信。因此可以把主叫方连同7台受取方共8台设备连接成名为Piconet(锯齿网)的子网。Piconet内的受取方可以同时作为两个以上Piconet的受取方。1999年7月,蓝牙公布了正式规格BluetoothVersion1.0。遵从这一规格的移动电话和笔记本电脑将于1999年底或2000年初上市。声称要把蓝牙技术产品化的企业正与日俱增,目前蓝牙标准化团体―BluetoothSIG(特别兴趣组合)‖的成员企业数已增加到800家以上。

为了使蓝牙得到普及,使用蓝牙技术的厂家关心两个问题,一是使收发设备低价格化,二是国家对可利用频率带宽的规定。这两个问题是推广蓝牙 的关键。

由于采用了低的数据传输速度和传输距离,因此蓝牙相应设备可以实现低价格化、低耗电化。每个模块刚推出时估计为20~30美元,随着大量生产和采用高频CMOS技术,2001年其价格可降到每个5美元。关于频率带宽的规定,各国政府也在积极进行放宽对2.4GHz频带使用的限制。

1.2.2 蓝牙技术的简介

蓝牙(Bluetooth)是一个开放性的、短距离无线通信技术标准。它可以用来在较短距离内取代目前多种线缆连接方案,穿透墙壁等障碍,通过统一的短距离无线链路,在各种数字设备之间实现灵活、安全、低成本、小功耗的话音和数据通信。

蓝牙技术规范包括协议和应用规范两个部分。整个蓝牙协议体系结构可分为4层,即核心协议层、线缆替代协议层、电话控制协议层和采纳的其它协议层。

蓝牙涉及一系列软硬件技术、方法和理论,包括无线通信与网络技术,软件工程、软件可靠性理论,协议的正确性验证、形式化描述和一致性与互联测试技术,嵌入式实时操作系

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统,跨平台开发和用户界面图形化技术,软硬件接口技术以及高集成、低功耗芯片技术。

蓝牙系统一般由天线单元、链路控制(固件)单元、链路管理(软件)单元和蓝牙软件(协议栈)单元四个功能单元组成:天线单元、链路控制(硬件)单元、链路管理(软件)单元、软件(协议栈)单元 。

蓝牙设备依靠专用的蓝牙微芯片使设备在短距离范围内发送无线电信号,来寻找另一个蓝牙设备。一旦找到,相互之间便开始通信。目前,蓝牙的研制者主要寻求其ASIC的解决方案,包括射频和基带部分。现在已有多种将基带ASIC电路和射频ASIC电路做成一个电路模块的方案,预计很快将会进入批量生产的阶段。蓝牙系统的通信协议大部分可用软件来实现,加载到Flash RAM中即可进行工作。

蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范,它是低成本、短距离的无线个人网络传输(wirelessPersonal Area Network)应用,其主要目标是提供一个全世界通行的无限传输环境,通过无线电波来实现所有移动设备之间的信息传输服务。这些移动设备包括手机、笔记本电脑、PDA、数字相机、打印机等等。

具体地说,蓝牙的目标是提供一种通用的无线接口标准,用微波取代传统网络中错综复杂的电缆,在蓝牙设备间实现方便快捷、灵活安全、低成本低功耗的数据和话音通信。因此,其载频选用在全球都可用的2.45GHz工业、科学、医学(ISM)频带。

蓝牙技术不但传输量每秒钟可1 MB,同时可以设定加密保护,每分钟变换频率一千六百次,因而很难被接收,也不受电磁波干扰。蓝牙比一般传统式红外线传输更快,且不用点对点的成一直线,即可有高效的无线传输效果。这就是蓝牙科技在传输方面的好处,它能够允许两个装置,在不排成一直线的状态下,还能够以无线的方式传送数据。不像红外线传输,你必须对准两个传输端IZl成一直线才有办法传送数据。蓝牙传输甚至无视干墙壁、IZl袋或公事包的存在而可以顺利进行。而且蓝牙的数据传输速度比红外线传输还要快,每秒钟高达1 MB。

蓝牙无线装置最终的目的是在整合一个通行于全世界的短距离无线电联结,其应用范围横跨了通信、计算机周边、信息家电、消费电子、网络、汽车等不同的领域。支持蓝牙规格的业者包括世界级科技大厂,如易利信、诺基亚、摩托罗拉、IBM、英特尔、朗讯、微软、东芝、3Com等,Putscher表示,在这些——www.61k.com——世界级大厂的全力支持下,蓝牙传输技术正逐渐串起办公室内的种种设备。

关于蓝牙技术,它当然有它显著的优势:

(1)全球可用

Bluetooth无线技术规格供我们全球的成员公司免费使用。许多行业的制造商都积极地

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蓝牙技术在无线通信中的应用(智能化家居应用设计)

在其产品中实施此技术,以减少使用零乱的电线,实现无缝连接、流传输立体声,传输数据或进行语音通信。Bluetooth技术在2.4 GHz波段运行,该波段是一种无需申请许可证的工业、科技、医学(ISM)无线电波段。正因如此,使用Bluetooth技术不需要支付任何费用。但您必须向手机提供商注册使用GSM或CDMA,除了设备费用外,您不需要为使用Bluetooth技术再支付任何费用。

(2)设备范围

Bluetooth 技术得到了空前广泛的应用,集成该技术的产品从手机、汽车到医疗设备,使用该技术的用户从消费者、工业市场到企业等等,不一而足。低功耗,小体积以及低成本的芯片解决方案使得Bluetooth技术甚至可以应用于极微小的设备中。请在Bluetooth产品目录和组件产品列表中查看我们的成员提供的各类产品大全。

(3)易于使用

Bluetooth 技术是一项即时技术,它不要求固定的基础设施,且易于安装和设置。您不需要电缆即可实现连接。新用户使用亦不费力,您只需拥有Bluetooth品牌产品,检查可用的配置文件,将其连接至使用同一配置文件的另一Bluetooth设备即可。后续的PIN码流程就如同您在ATM机器上操作一样简单。外出时,您可以随身带上您的个人局域网 (PAN),甚至可以与其它网络连接。

(4)全球通用的规格

Bluetooth 无线技术是当今市场上支持范围最广泛,功能最丰富且安全的无线标准。全球范围内的资格认证程序可以测试成员的产品是否符合标准。自 1999 年发布 Bluetooth 规格以来,总共有超过 4000 家公司成为 Bluetooth 特别兴趣小组 (SIG) 的成员。同时,市场上 Bluetooth 产品的数量也成倍的迅速增长。产品数量已连续四年成倍增长,安装的基站数量在 2005 年底也可能达到 5 亿个。

从蓝牙创立至今以来有许多技术版本:

①截止2009年 4月,蓝牙共有五个版本 V1.1/1.2/2.0/2.1/3.0。

②以通讯距离来在不同版本可再分为 Class A(1)/Class B(2)。

③版本的区别

1.1 为最早期版本,传输率约在748~810kb/s,因是早期设计,容易受到同频率之产品所干扰下影响通讯质量。

1.2 同样是只有 748~810kb/s 的传输率,但在加上了(改善 Software)抗干扰跳频功能。 ④通讯距离版本

Class A是用在大功率/远距离的蓝牙产品上,但因成本高和耗电量大,不适合作个人通

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讯产品之用(手机/蓝牙耳机/蓝牙Dongle等等),故多用在部份商业特殊用途上,通讯距离大约在80~100M距离之间。

Class B是目前最流行的制式,通讯距离大约在8~30M之间,似乎产品的设计而定,多用于手机内/蓝牙耳机/蓝牙Dongle的个人通讯产品上,耗电量和体积较细,方便携带。

⑤无论1.1/1.2版本的蓝牙产品,本身基本是可以支持Stereo音效的传输要求,但只能够作(单工)方式工作,加上音带频率响应不太足够,并未算是最好之Stereo传输工具。

⑥版本2.0是1.2的改良提升版,传输率约在1.8M/s~2.1M/s,可以有(双工)的工作方式。即一面作语音通讯,同时亦可以传输档案/高质素图片,台湾有部份蓝牙 Dongle已经有在市面发售,但在手机内有支持蓝牙2.0版本则是很少。蓝牙耳机能够真正使用的亦不多,部份蓝牙产品自称是2.0版本,但仍然要利用外加配件才能达到。故相信最快也要到今年9~11月底才成气候,2.0版本当然也支持Stereo运作。

⑦稍后蓝牙2.0版本的芯片,是有机会加入了Stereo译码芯片,则连A2DP(Advanced Audio Distribution Profile)也可以不需要了。

⑧2009年4月21日,蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)正式颁布了新一代标准规范"Bluetooth Core Specification Version 3.0 High Speed"(蓝牙核心规范3.0版 高速)。

1.2.3 蓝牙的发展现状

目前国际市场上比较活跃的蓝牙设备生产商有四家,分别是Jabra、i-Tech、Plantronics以及OMIZ。在这些厂商中Jabra Hi—Tech早就进入了中国市场,大家应该都比较熟悉,这两家厂商的产品也主要以蓝牙耳机、蓝牙音箱等免提音频设备为主。而Plantronics同样也是专注在耳麦领域的厂商,至于最后一家OMIZ则是一家全方位的蓝牙设备制造商。虽然这个品牌我们之前听到的可能并不多,但是他们的产品可能我们的一些消费者已经非常熟悉。因为很多著名厂商的蓝牙耳机、蓝牙适配器、PDA折叠蓝牙键盘以及蓝牙鼠标等产品都是OMIZ的贴牌产品。如今OMIZ这位我【www.61k.com们最熟悉的陌生人即将要以自己的品牌进入中国市场,无疑是给中国蓝牙产品的市场注入了新的活力。

信息时代最大的特点便是更加方便快速的信息传播,正是基于这一点技术人员也在努力开发更加出色的信息数据传输方式。蓝牙,对于手机乃至整个IT业而言已经不仅仅是一项简单的技术,而是一种概念。当蓝牙联盟信誓旦旦地对未来前景作着美好的憧憬时,整个业界都为之震动。抛开传统连线的束缚,彻底地享受无拘无束的乐趣,蓝牙给予我们的承诺足以让人精神振奋。

蓝牙技术推向市场以来,技术已日臻成熟,其应用前景十分广阔,并在移动通信,汽车,

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笔记本电脑,PDA,家庭娱乐等广泛的领域获得众多厂商和用户的追捧。新的蓝牙标准2.0版拟支持高速10Mbit/s以上速率,以适应未来愈来愈多宽带多媒体业务需求。通过蓝牙产品,蓝牙的应用也随之不断拓展,从手机、笔记本、耳机等这样的手持终端扩展到各行各业,如汽车、医疗、工业控制、办公应用、电子商务等等,所涉及的技术、功能、市场等要求越来越高,产业链也日益复杂,有望成为电子消费类产品的一个新的增长点,因而日益为人们所关注和重视。但其还存在一些问题,如:降低成本;要安全、稳定、可靠地进行工作等。一旦上述问题被解决,蓝牙将迅速改变人们的生活与工作方式,并大大提高人们的生活质量。列举其中的一些新应用如下:

(1)开拓无线连接的新用途:现在许多手表厂家、游戏厂家都加入了蓝牙SIG,表明了他们都要采用蓝牙技术。日本卡西欧公司便声称,他们的数码相机、手表等许多产品,今后都将使用蓝牙技术;在第三代移动通信中显身手:日本将在2001年3月开始第三代移动通信(WCDMA)服务,NTT正在研究在用于这一服务的移动电话中使用蓝牙技术。1999年5月,在东京举行的―99商品展览会‖上,厂家展出了WCDMA移动电话的各种型号样机,其中许多型号的接收部分同手持部分相互分开,人们猜想这也许就是要用于使用蓝牙技术的无线通信。

蓝牙也将用在笔记本电脑上:综合爱立信、Intel、Dataquest、VLSITechnology等公布的资料,我们预计到2002年时,使用蓝牙技术的移动电话将达到2.5亿台,使用蓝牙技术的PCMCIA卡和Modem等外围设备将达到1.5亿台,使用蓝牙技术的个人机将达到2500万台;半导体厂家加入有利于降价:除了机器厂家外,半导体厂家也在加入这一领域,这将有助于使收发模块降低价格。大厂家的加入,将使移动电话采用的LSI实现通用化和单芯片化;加快蓝牙普及的一个重要因素是现在已有的红外通信技术IrDA(红外数据联盟),蓝牙无疑要尽量沿用IrDA的软件资源:蓝牙SIG已经发表了采用IrDA的对象交换协议(OBEX)。采用OBEX的应用软件可以不关心机器和方式的不同,因而各种各样的对象都可以进行交换。现在业界正在讨论蓝牙同IrDA上层协议通用化的问题。例如当双方对话层协议采用IrDA制定的OBEX时,便可共享同样的应用软件。此外,在蓝牙的网络层和传输层RFComm也可以使用IrDA的用以转送图像文档的协议IrTranP。

日本卡西欧已在1999年3月于德国举行的―CeBIT 99‖展览会上,进行了使用IrTranP转送图像文档的表演,结合使用TrTranP和蓝牙技术,人们便可在移动电话和数码相机之间进行图像文档的转送。数码相机中的图像经由公共移动电话网送到移动电话上,再通过IrDA在笔记本式机的屏幕上显示出来,整个过程用了40秒,主要时间是用在公共移动电话网上进行数据通信。这种方法下层分别使用蓝牙和IrDA,上层沿用现有的IrDA协议。

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2)蓝牙发展趋势可以概括以下几点:第一,小型企业吸引资金,投资者寻找有发展前途的小型企业,目的是共同在技术上找到突破点,使价格降下来。第二,解决蓝牙的互操作性问题,目前的产品一致性测试都已经没问题,但是无法互通,蓝牙只有成为无线通信的世界语才有意义,目前的2164个成员就显得单薄。第三,对国内的企业来说,关键的是要找到开发应用的目标,有针对地开发出创新的应用产品,避免与国外企业的冲突。第四,考虑蓝牙与其他技术的共存性,蓝牙只是WPAN中重要的技术,有起局限性,WPAN网的实现需要几种技术的结合完成,大的公司往往不仅参与一个标准、一项技术的开发,比如英特尔,既参加蓝牙,又参加IEEE802,HOMERF等。第五,从技术上讲,蓝牙要向单芯片方向发展,目前已经有所突破。第六,蓝牙与其他相同标准的干扰的解决、蓝牙的耗电、蓝牙的体积等等方面有所突破。

我国的产业界和有识之士应当在蓝牙发展中勇当先锋,敢于创新,因为我们经过多年的经济持续稳定地增长,有了相当的物质和人才基础,应该在蓝牙的发展中有所作为。

1.2.4 课题研究的重要意义

随着国民经济和科学技术快速发展,人们对工作、生活等环境的要求也越来越高。随着信息技术飞速发展,计算机技术、网络技术、自动控制技术、现代通信技术不断发展和融合给住宅小区和家庭智能化提供了现实的技术基础。因此,网络信息化社区和家居智能化将成为今后我国住宅建设的趋势。

由于有线通信接线过多、方式复杂,线路存在的隐患较多,而且综合度、智能度不高,因而无线蓝牙通信是近年来各通信行业所研究的重点。蓝牙模块在通信、电子、家庭无线网和个人信息网等方面都有着较多的应用。随着无线蓝牙技术的进一步发展,产品规模的不断扩大、技术的13益成熟和价格的下降,蓝牙技术逐渐应用到工业领域和家庭中。由于无线蓝牙通信媒介特殊性和优势,它可以很好地灵活地应用于智能家居信息网络。在智能家居系统中的家电设备可以利用电话线或Internet对其进行远程遥控;用户或维修单位可以通过电话或Internet登录到家庭网点,并发出相应的运行或检测命令,该命令被网关接到后,通过无线蓝牙发送模块发送到无线蓝牙接受模块上。由于无线蓝牙通信技术可以有效地抑制干扰的噪声,在速度、抗干扰性、可靠性等方面具有较大优势。因此采用无线蓝牙技术实现智能住宅的水电费管理、通讯和安全保卫等系统的构造,具有广泛的应用空间。

在智能化家居系统中,无线网络技术应用于家庭网络已成为势不可挡的趋势,这不仅仅因为无线网络可以通过更大的灵活性,流动性,省去了话在综合布线上的费用和精力么热切他更符合于家庭网络的通讯特点,听说随着无线网络技术的进一步发展,也必将大大促进家

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蓝牙技术在无线通信中的应用(智能化家居应 用设计) 庭智能化、网络化的进程。

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2 总体方案设计

2.1需求分析

随着电子信息技术和计算机网络技术的发展,实现家庭信息化、网络化是当今智能家居系统发展的新趋势。住宅智能化是人类住宅的又一场新的革命,它能够为人类提供更加轻松、有序、高效的现代生活方式,是未来居住模式的必然发展趋势。随之而来,智能家居系统也在逐渐成为一个新兴的研究领域。

那么何谓―智能家居‖呢?所谓的―智能家居‖(smart home),又称智能住宅,通俗地说,它是以住宅为平台,兼备建筑、网络通讯、信息家电、设备自动化,集系统、结构、服务、管理为一体的舒适、安全、便利、环保的居住环境。

2.1.1 项目背景

目前,无线网络技术主要可分为irda红外线技术、ieee802.11b协议技术、home rf协议和蓝牙技术。红外irda技术虽然实现成本很低,但必须直线视距连接,限制太大,并不适合 们通常意义上的家庭网络;802.11b的传输速率高、连接设备多,但其射频和基带协议更复杂,实现成本高,难以进入平民家庭,其功耗大、抗干扰性和安全性也不及蓝牙。home rf抗干扰性和安全性也不及蓝牙且其无法用芯片或模块实现,成本比蓝牙高。蓝牙技术属于ieee802.15协议,作为一种低功耗、低数据速率、低成本的技术,非常适合于家庭自动化、安全保障系统及进行低数据率传输的低成本设备之间,蓝牙技术是很符合信息家电发展的优选技术,很适合家居智能化的要求,必将在未来的智能家居中获得广泛应用。

2.1.2 设计依据

蓝牙技术是由蓝牙sig(special intere st group)联合制定的近距离无线通信技术标准,其目的是实现最高数据传输速率1mb/s(有效数据传输速率是721kb/s)、最大传输距离为10米的无线通信。1998年5月,爱立信、诺基亚、东芝、IBM和英特尔等五家著名厂商在联合开展短程无线通信技术的标准化活动时提出了蓝牙技术(bluetooth),其宗旨是提供一种短距离、低成本的无线传输应用技术。

蓝牙技术具有以下几个特点:工作于2.4ghz的ISM频段,无需申请频率许可证;采用1600hop/s的快速跳频技术;采用正向纠错编码(fec)技术;采用FM调制方式,设备简单;

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支持点到点、点到多点通信;协议体系完备,充分支持现有高层协议;设备体积小,便于携带或移动,成本低廉。基于蓝牙技术的家居智能网络是用近距离的无线通信技术取代线缆,构建智能化的无线家居网络。

蓝牙采用快速跳频和时分多址等无线技术来代替电缆,提供了一种低成本、低功耗的无线接入方法。同时蓝牙简单可靠的实现特性为其系统的发展提供了有力的支撑。蓝牙的应用范围非常广泛,在信息家电、移动电话、嵌入式应用开发等诸多领域得到重视。未来的信息家电将以internet和家庭网络为基础,以无线连接实现双向传输,是具有智能的3c(计算机、通信、消费)相结合的信息产品。在智能家庭网络中,蓝牙技术应用前景十分广阔。

2.1.3 设计原则

(1)先进性:采用了蓝牙这种无限通信的方式实现了家居内电器的智能化管理。

(2)可靠性:蓝牙是一项比较稳定的无限通信技术,能更安心的为用户所用。

(3)经济性:在无线通信中蓝牙是一项较为成熟的短距离通信方式,在家居的智能化设 计这个小范围内的应用上能够得到充分的展现。

(4)简易性:基于蓝牙这种大家比较熟悉的技术方式来设计更能为用户所用,应用简单,设备也不复杂。

2.2 整体设计方案

为了使家居内部电器实现智能化管理,可根据实际情况,以节约成本和操作便利为目标,将整个住宅区域设为一个可控的微微网络,如果住宅面积较大可以考虑增强其发射功率。每个房间安装一个蓝牙从设备模块,用于与主控设备之间通信,通过智能控制机构完成本房间所有电器没备的控制。由于一个微微网最多不能超过8个,去掉一个主控设备外最多有7个从设备处于活动态,对于一般的住宅来说应该没有多大问题。为了使设计便利,本系统的所有设备都连接在一个微微网内部,总体上分成两部分:一部分是由作为主控设备的无线遥控发射机组成,另一部分是由用于控制房间所有电器设备的无线接收机组成。本系统的硬件部分主要由ROK101008蓝牙芯片和ATmega16单片机以及必要的外围电路组成。其具体电路图见附录A。

2.2.1主控系统的设计

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主控电路由2个模块组成:单片机控制模块和蓝牙模块,其中单片机控制模块包括ATmega16芯片和信号灯系统,红色信号灯为电源指示灯,绿色信号灯为建立连接指示灯,以及用于生成指令的键盘系统和液晶显示模块。蓝牙模块使用ROK101008芯片用于完成无线发射任务,ATmega16单片机通过串口与ROK101008连接。在实际使用时,将它设计成一种手持式的无线遥控发射机,采用电池供电方式,因此整个电路具有体积小、耗电量低、操作方便等特点。无线遥控系统中发射机的组成逻辑如图2.1 所示。

图2.1 主控设备连接逻辑

其工作原理是:首先接通主控发射器的电源,红灯闪亮表示发射系统处于通电状态。然后系统自动搜索其周围的所有网内的蓝牙从设备 ,同时和从设备建立连接,连接的实际状态可以在液晶显示器上显示,并且绿色指示灯闪烁提醒用户系统处于连接过程中。待从设备连接成功后,通过按键就可以向从设备发送指令数据,从设备根据接收到的指令数据做相应的动作。其工作流程图见图2.2所示。一般在家居控制系统中大多数的情况是一些开关控制量,所以本系统设计的指令数据主要用于开关量的控制。发射指令编码格式为:一帧数据由12字节组成,帧头字段占4字节,由于微微网中从设备只能有7个处于活动状态,所以指令数据格式设计为2个字节,前3位用于表示从设备号,后l3位用于表示每一个从设备控制的开关量,最多可以控制13个电器的开关,―1‖表示对应的电器开关接通,―0‖表示关闭。指令信息在一帧中重复发送3次指令码共6个字节,其目的是增加其抗干扰能力。接收机在对该信息解码时,接收到的这3组码中只要有一组码的误码没有超出可纠错的范围,即可正确执行相应动作。不必再等待接收下帧数据,可减少延迟时间。最后2个字节用于汉明校验,增强其纠

蓝牙通讯 蓝牙技术在无线通信中的应用

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蓝牙技术在无线通信中的应用(智能化家居应用设计)

错能力。

图2.2 主控设备流程图

2.2.2接收机的设计

接收机是蓝牙的从设备,根据指令特点,每个接收机可以控制13个电器设备的开关,对于一般的家居来说完全可以满足其实际需要。蓝牙模块与微控制器相连,蓝牙模块收到的遥控发射机发出的含有遥控指令编码信息的数据传给微控制器;由微控制器对该指令编 码进行译码、变换后经由相应的驱动电路隔离和放大,然后控制对应的被控对象动作。由于接收机用于控制家用电器设备,所以接收机的供电由市电提供,这样可以使从设备一直处于待机状态,减轻用户因使用电池带来的不必要麻烦。其程序流程图如2.3所示。

接收机的微控制器收到的信息理论上应和发射机指令编码数据相同,但由于数据在传输过程中经由射频无线传输,更有可能因干扰等原因出现误码,使得接收到的信息与发送方的信息不一致,这就需要再次对收到的编码信息进行纠错处理。本系统对开关量信息采取加大码组间汉明距离的方法增加其纠错能力,来减小误码的影响。接收机的组成逻辑如图2.4所示。

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图2.3 从机蓝牙数据处理流程图

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图2.4 遥控接收机逻辑

2.2.3 软件构成

由于蓝牙技术标准定义了主机控制器接口HCI(Host Controller Interface),对于蓝牙的访问就必须通过HCI来完成,软件上除了要在单片机上完成数据采集的部分程序外,上电时还应该初始化蓝牙模块,使模块能够在其有效范围内被搜索连接。本系统软件设计采用直接对HCI层进行编程,由主机通过主控制器接口给主控制器发指令,HCI收到命令后,会向下传递到LM层,由LM负责链路的建立加密和鉴权,完成建立ACL链接;主机接收HCI发来的事件包,根据具体的事件采取相应的处理。其ACL通信流程图如图2.5所示。

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图2.5蓝牙ACL通信流程图

具-61阅读-体的软件工作流程是:

(1)遥控发射机模块和终端接收机蓝牙适配器组成l点对7点的微微网,遥控发射机模块为微微网中的主设备,终端接收机蓝牙适配器为微微网中的从设备。由主设备发起建立连接,主、从设备第一次建立连接时,主设备查到从设备的蓝牙设备地址,然后发起建立连接指令,当终端绿色信号灯闪烁时表明主、从设备已经建立好连接;当两者之间的链接断开时,主设备产生链接断开事件,通知主、从设备ACL链路已经断开,这时绿色信号灯常亮。

(2)当主、从设备建立好联系后,用户根据需要发出指令帧,等待从机作出反应,如果接受数据有误,系统重新发送指令帧直到指令数据接收正确为止。

(3)终端蓝牙接收设备的软件流程和主控设备的流程相似。首先初始化蓝牙模块,等待主控遥控模块发起建立连接;ACL链路建立成功后,接收主控设备发来的数据,再进行数据格式处理和校验;如果校验通过则执行相应的动作,否则向主控模块发出重发指令,直到收到正确的数据指令为止。

3 主控电路的分析

3.1 系统硬件结构

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本系统硬件结构比较简单,主要由电源部分,单片机拓展部分及串行通信接口部分(蓝牙部分)组成。这里选择的单片机是ATmega16,其主要参数和特性如下:

(1) 高性能、低功耗的8位AVR处理器

(2)先进的RISC结构

①131条指令,大多数指令执行时间为单个时钟周期。

②32个8位通用 工作寄存器。

③全静态工作。

④工作于16MHZ时性能高达16MIPS。

⑤只需两个时钟周期的硬件乘法器。

(3)非易失性程序和数据存储器

①16K字节的系统内可编程Flash擦写寿命:10,000次。

②具有独立锁定位的可选Boot代码区;通过片上Boot程序实现系统内编程;真正的同时读写操作。

③512字节的EEPROM擦写寿命:100,000次。

④1K字节的片内SRAM。

⑤可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密。

(4)JTAG接口(与IEEE 1149.1标准兼容)

①符合JTAG标准的边界扫描功能。

②支持扩展的片内调试功能。

③通过JTAG接口实现对Flash、EEPROM、熔丝位和锁定位的编程。

(5)外设特点

①两个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器。

②一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器。

③具有独立振荡器的实时计数器RTC。

④四通道PWM。

⑤8路10位ADC;8个单端通道;TQFP封装的7个差分通道;2个具有可编程增益(1×,10×,或200×)的差分通道。

⑥面向字节的两线接口。

⑦两个可编程的串行USART。

⑧可工作于主机/从机模式的SPI串口接口。

⑨具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器。

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⑩片内模拟比较器。

(6)特殊的处理器特点

①上电复位以及可编程的掉电检测。

②片内经过标定的RC振荡器。

③片内/片外中断源。

④6种睡眠模式:空闲模式、ADC噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、Standby模式以及扩展的Standby模式。

(7)I/O和封装

①32个可编程的I/O口。

②40个引脚PDIP封装,44引脚TQFP封装,与44引脚MLF封装。

(8)工作电压

①ATmega16L:2.7-5.5V

②ATmega16L:4.5 -5.5V

(9)速度等级

①0-8MHZ ATmega16L

②0-16MHZ ATmega16

(10)ATmega16L在1MHZ,3V,25℃时的功耗

①正常模式:1.1mA

②空闲模式:0.35 mA

③掉电模式:<1μ A

3.2电源模块部分设计

我们在设计改设备的时候,考虑到蓝牙接入设备的可移动性,电源部分采用有源供电和电池供电两种方式,电压适配器采用普通的5V直流供电,电池则采用普通的Li电池。因此我们采用了MAX1555来实现电池充电功能,该芯片具有两种充电模式,这里用的是交流适配器供电模式,该芯片不管在有没有电池的情况下都能提供标准的4.2V电压。同时采用MAX8881芯片来4.2V电压转换为标准的3.3V,从而给各芯片供电。MAX8881给负载提供的是200MA的电流,而交流适配器充电电流在350MA左右,系统平均负载电流小于充电电流,电池在使用的同时仍然会被充电。为了增强设备的电源抗干扰能力,设计时在每级电源的前后级都加上滤波电路来减少外部干扰和前级电源的影响。电路设计如图3.1所示。

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图3.1 电源模块电路图

3.3 单片机拓展电路设计

晶振时钟电路,这里我们设计的是由外部电路提供,采用晶体振荡器和两个负载电容, 电容的大小取决于晶体的频率和输入阻抗等参数。

JTAG接口电路:ATmega16在进行调试或下载时支持在线操作,所用的下载调试口为通用的10针标准JTAG接口, 此接口可以与电脑中的并性数据接口连接通过JTAG和并口建立测试设备与电脑中与开发环境的连接。JTAG口在线调试支持断点调试,支持寄存器和内存值显示等一系列先进的调试方法,大大方便了用户的软件调试和代码下载工作。在进行JTAG硬件原理图设计的时候,设计方法按照通用的JTAG连接方法,其中TDI、TDO为JTAG的数据输人、输出线,TCK为时钟脉冲端口,TMS为模式选择端口。

为了方便用户的显示和操作,此处采用的显示器是液晶显示器SMC1602A。

其主要技术参数如

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接口信号说明:

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3.4 蓝牙电路设计

蓝牙接入设备选用ROK101008为蓝牙芯片。在电路设计时,ATmega16微处理器的串行口与蓝牙芯片的UART口相连接,通过串口实现蓝牙模块的初始化及数据通信。对于蓝牙电路部分,需要特别注意的是对蓝牙芯片的供电电压正负极不能颠倒,否则容易烧毁蓝牙芯片。其电路图见图3.2所示。

图3.2 蓝牙与单片机接口电路图

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3.5 驱动设计及软件构架

该设备是通过UART口来开发蓝牙无线通信的相关应用,而UART口提供到HCI传输层的物理连接是-www.61k.com-高层与物理模块进行通信的通道 ,所以蓝牙接口驱动实际上就是解决蓝牙串行接口(UART)驱动问题。UART口驱动程序主要包含ATmega16微处理器的串口(与蓝牙的UART相接)初始化、蓝牙通信参数设定、HCI指令封装、数据信息处理等几个部分,主要函数的功能描述如下:

(1)串行El初始化函数,主要设定其串口波特率为38400bit/s,数据格式为一个起始位、8个数据位、一个停止位,同时对串口做相应的处理。

(2)蓝牙数据参数设定函数,此函数主要完成蓝牙模块初始化以及蓝牙数据格式的打包。

(3)数据信息处理函数,此函数丰要实现监牙初始化时返回数据的处理,通过判断这些返回的信息来确定蓝牙模块的状态。

(4)串口读写数据函数,通过此函数可实现串口发送和数据接收。

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4 数据接收模块的分析

蓝牙技术是近年来发展迅速的短距离无线通信技术,利用蓝牙技术构建无线数据采集模块,可以减少系统间的电缆连接,具有携带方利用蓝牙片和数据采集芯片研制成的蓝牙无线数据采集模块,对模块的总体方案、硬件电路和软件设计等内容作了详细的介绍。蓝牙无线数据采集模块与数据分析系统调便、应用灵活等优点。本文介绍了利用蓝牙芯片和数据采集芯片研制成的蓝牙无线数据采集模块,对模块的总体方案、硬件电路和软件设计等内容作了详细的介绍。蓝牙无线数据采集模块与数据分析系统调试结果说明该模块性能达到了设计的要求。

4.1 无线数据采集模块方案

无线数采及分析系统的总体——http://www.61k.com——方案如图4.1所示,PC机通过挂接在USB口的蓝牙芯片发送指令信息(通道选择、采样频率、采样长度等)给数据采集模块,数据采集模块接收指令信息,采集数据并以无线方式传输给PC机,PC机接收数据后显示,并进行各种处理。蓝牙无线数据采集模块是无线数据采集及分析系统的重要组成部分,该模块由数据采集单元、无线传输单元、系统软件几大部分构成。数据采集模块由电池供电,安装在现场,可脱离系统按指令自动完成数据的采集。在图4.1中,输入信号是传感器放大器送来的模拟信号,此信号经信号调理电路隔离放大及极性转换后送入数据采集芯片ADμC812,再经过AID转换(高速数据采集时数据可缓存在外部RAM AT29LV256中),然后封装成数据包,由蓝牙芯片的天线发送。电源管理模块利用电池为信号调理电路、数据采集芯片、蓝牙芯片提供长期稳定的电源。

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图4.1 无线数据采集及分析系统框图

4.2 数据采集模块硬件设计

在硬件电路的设计中,最重要的是所用元器件的选型,特别是主要元器件的选型。无线数据采集模块中主要的元器件有两个:一是数据采集芯片,另一个是无线传输模块。

4.2.1 无线数传模块选型

爱立信的蓝牙模块ROK101008和ROK101007(含USB接口)是两款使用非常广泛的产品,它们集成了射频单元和基带控制器,提供多种HCI(主机控制器接口)传输层接口,并提供用于试验的接口电路板和天线,在使用上非常方便。由于本文设计的蓝牙无线数据采集模块使用串口通信,而ROK101008可以完成无线数采模块所需要的功能,所以采用了ROK101008蓝牙模块。

ROK 101008蓝牙模块主要由3部分组成:工作在2.4 GHz的射频模块,链路控制器、链路管理器和主机接口部分。模块结构如图4.2所示.

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图4.2 蓝牙模块结构图

R()K 101008蓝牙模块各组成部分及功能介绍:

(1)无线收发器:无线收发和信号调制功能是通过PBA313O1/2完成的,该芯片工作在

2.4~ 2.5 GHz ISM 频段的近距离微波射频收发器。其最大数据传输率为1 Mb/s,可在79个信道之间快速跳频.内部的交换控制器可协调接收器和发送器工作,保证蓝牙全双工传输。无线滤波器主要是对射频信号滤波。

(2)基带控制器:通常使用一个基于ARM7—Thumb的芯片并通过串行口来控制无线收发器。功能包括语音编码、头错误校验、前向纠错、循环冗余校验、数据扰码、有效数据的加密和解密、跳频序列的选择等。

(3)闪存:ROK 101008中的闪存可与基带控制器交换数据、地址和控制信息。

(4)链路管理器:通过链路管理器可以实现链路管理协议并负责处理底层链路控制方面的功能:设备间链路的建立、生成交换并检查加密密钥。协调基带分组大小、功率模式的切换、一个微微网中的设备的连接状态等。

(5)主控制接口:蓝牙规范定义了主机控制接口(HCI),它为基带控制器、硬件控制器、硬件状态和控制寄存器等提供了标准的命令接口。主机通过HCI传输层将控制命令和数据发送给蓝牙模块,而蓝牙模块又通过HCI传输层将其状态信息及数据发还给主机。HCI传输层的主要目的是实现透明性。传输层不需要对主控制器驱动程序传送给主控制器的数据可见,这就使接口(HCI)或主控制器能在不影响传输层的基础上升级。

(6)时钟和电源:该蓝牙模块内置时钟频率为13 MHz。VCC电源的典型值为3.3 V。一般来说一个简单的基于蓝牙模块的前端测量电路包括传感器、信号处理、A/D转换、微控制器和ROK 101 008蓝牙模块等组成。蓝牙模块和微控制器之间通过串口输入HCI指令实行数据通信。

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图4.3 蓝牙模块和单片机的接口电路

根据蓝牙模块ROK 101008的引脚功能和要求设计了蓝牙模块和单片机的接口电路。蓝牙模块和单片机的接口电路十分简单,以与蓝牙模块ROK 101008连接为例,电路如图4.3所示。将蓝牙模块ROK 101008的发送端TXD与ATmega16的串行输人口RXD相连,蓝牙模块ROK 101008的接收端RXD与ATmega16的串行输出口TXD相连。蓝牙模块使能端ON和输入/输出口的外部使能端VCC-I/O直接接高电平有效。VCC接3.3 V工作电源。信号地端(B3,R1,R2,T1,T3)接地。重置端RESET接单片机的复位引脚RST。ANT端外界无线天线。其它无用引脚悬空。单片机将采集到的信号通过蓝牙芯片ROK 101008和天线无线发送给便携式分析仪。

4.2.2 数据采集信芯片选型

ADμC812的优点是集成了一个完全可编程、自校准、高精度的模拟数据采集系统,它的体积小、成本低,通过采用闪速/电擦除存储器,辅之以内含的加载器和调试软件,解决了以ROM为基础的芯片产品的灵活性差、存储困难等问题,也使系统的设计、编程、调试更加简便。另外,它的空闲和掉电方式对于电池供电的测控设备来说都是至关重要的性能。

4.3 无线数据采集模块原理框图

无线数据采集模块硬件如图2所示。为了用电池满足ADμC8l2、ROK 101008、7HC573、AT29LV256芯片3.3V供电,以及信号调理电路5V供电要求,采用可以输出3. 3V和5V电压的稳压模块MAX756和输出-5V电压的ICL7660。由于ADμC812只能实现单极性模数转换,因此以差分放大器IN105进行双极性到单极性转换,并实现各类和放大作用。另外,以差分放大器OP291实现两路D/A输出信号单极性到双极性及隔离作用。机型转换电路原

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理如图4.4所示。

图4. 4 无线数据采集模块硬件原理图

4.4 数据采集模块软件设计及调试

数据采集模块的软件主要包括两部分:数据采集和蓝牙通信。该软件是在Windows环境下用ATmega16编写的,用ICC编译成HEX格式的文件,然后用ADI公司提供的程序下载软件Wsd通过JTAG串口和接口电路下载到ADμC812。数据采集模块的调试包括软件调试和硬件调试,软件调试可以在ICC软件环境下完成,硬件调试不需要专门的开发工具,只要在网上下载一个普通的串口调试工具ComTools就可以观察程序的运行隋况。

4.4.1数据采集模块软件流程

数据采集模块的软件主要有初始化程序(包括串口、蓝牙、状态寄存器、定时器和看门狗),接收采集参数程序、A/D转换及数据存储程序、数据发送程序等部分组成。其流程如图4.5所示。所实现的软件是基于实际工程应用的,数据采集模块的单片机接收上位机的指

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令,按照上位机设置的参数(采样频率、采集通道数及通道号、采集模式,采集点数等)进行数据采集,然后把采集的数据发送给上位机进行数据显示和分析处理。所研制的数据采集模块还可实现PID控制,其程序主要包括:接收控制参数(通道选择、比例系数、积分系数、微分系数、采样频率等)、采样(A/D转换)、PID运算、D/A转换以及数据发送等。

图4.5数据采集流程图

4.4.2 蓝牙通信

两个蓝牙设备进行数据通信是通过HC1分组实现的。HC1分组有命令分组、事件分组和数据分组。图4.6是蓝牙通信示意图。ACL(Asynchronous ConnectionLess)数据通信流程一般有6个步骤:蓝牙模块自身初始化、HCI流量控制设置、查询、建立连接、进行数据传输和断开连接。

初始化程序主要是单片机对蓝牙发送一系 列命令分组。单片机每向蓝牙发送一个HCI命令分组就要接收蓝牙返回的事件分组,判断命令执行的情况。苦返回事件分组不正确就要重新初始化蓝牙,直到完全正确。蓝牙芯片初始化完成后,打开流量控制,对数据流量进行配置,包括数据分组的长度等。此后,主设备查询周围的蓝牙设备,找到之后即可向其发出

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建立连接指令,建立ACL连接。建立连接成功后,两个蓝牙设备可以相互发送ACL数据分组,其格式为0x 0l 02 0l 20数据总长(两个字节)数据。每发送5个数据分组将返回一个完成事件分组,用于流量控制。通信完成后,主设备和从设备都可以发出断开连接命令。

4.4.3智能终端数据采集控制器

单个家庭所有的家用设备可以接到一个采集器上构成智能终端,本系统的采集器是由蓝牙ROK 101 008通信模块和单片机http://www.61k.comATmega16组成,单片机ATmega16将采集到每一种数据信号处理后传送到ROK 101008通信模块中,ROK 101008通信模块将信号无线传输到智能终端控制器。智能终端上有两种地址:一种是智能终端地址,每一个模块上只有一个,在一个小区系统中这个地址是唯一的,是一个顺序编码;另一种是智能终端各模块通道地址(智能终端上的每一个I/0接口有唯一的一个编码,称为I/0设备地址),每个模块上有若干个,与模块上的通道一一对应,在一个小区系统中这个地址是唯一的,由楼、户、类、序组成.两类地址是独立的。这两个地址的唯一性保证了系统通讯时不会出现冲突。物业管理中心的管理机就是通过这两个地址来进行巡检和其它操作。各个模块之间独立工作。所有模块的脉冲计量接口可以对任何脉冲计量表进行计量,水、电、燃气、直饮水、暖通、空调等计量表均可以。

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5 结论与工作展望

5.1 主要成果

随着智能家居系统的不断升级,无线网络技术应用于家庭网络已成为势不可挡的趋势,这不仅仅是因为无线网络可以提供更大的灵活性、流动性,省去了用在综合布线上的费用和精力,而且它更符合家庭网络的通讯特点,同时随着无线网络技术的进一步发展,也必将大大促进家庭智能化、网络化的进程。本设计采用ATmega16单片机开发符合蓝牙标准的温湿度设备,在实验中具有良好的实际效果。该设备根据实际要求还可以将蓝牙模块替换为符合串13接口的802.11b模块和ZigBee模块,实现其它智能家居系统设备的硬件设计。另外,本系统利用的蓝牙技术仅仅是解决家庭电器的开关量的控制,随着家电智能化发展,蓝牙技术还可以实现其它智能家居系统设备的工作程序设计,使系统真正实现家居高智能化控制。

5.2 后续展望

随着社会的进步,人们对家居生活的要求愈来愈高,国家发展智能住宅建设的步伐也愈来愈快,智能住宅愈来愈具有更为广泛的需求基础,小区智能化已经成为房地产增长业的一个新实点。智能住宅小区已成为国家基础设施的信息高速公路的节点和信息网络的站点。

从无线通信智能家居系统的实际运行情况看,它具有维护量小、误码率低、通信容量大、抗干扰性好等特点,适用于载波抄表(水、电、气表)、电网管理等,家庭自动化(网络家电,家庭各种电器控制);智能大厦及楼宇控制;办公室问通讯;火警及安全防范系统;计算机终端接口及载波电话等。可成为智能小区域内通信设备更新的一种方案。虽然蓝牙技术的成熟应用需要一个过程,但蓝牙的技术特点和协议的开放性注定了它具有广阔的应用前景和发展空间。

蓝牙技术在电信业、计算机业、家电业有极其广阔和诱人的应用前景,它将对未来无线电移动通信产生巨大的推动作用。虽然蓝牙技术有突飞猛进的发展,但是仍然有很多应用技术的细节问题需要解决,譬如为防止语音和数据信息误传和被截取,相邻设备之间必须提前设置某个相同的频率。另外,蓝牙标准还无法跨越硬件的兼容性问题。随着技术的发展和不断完善.蓝牙技术必将对我们的生活和工作产生巨大影响。

蓝牙技术在标准上一定会飞速发展,但仍然有一些应用的细节问题需要解决,如相邻设备之间为防止信息误传和被截取,必须要用户提前设置对应频段等,严重影响蓝牙技术产品面市的速度 。但相信随着一个不断完善的发展过程和住宅家居智能化的进一步普遍,蓝牙技

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术会为我们的未来家居带来不仅仅是方便一点的革命。

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附录A

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二 : CG技术应用领域知多少

随着科技的不断发展,首当其冲的CG技术也在高速的发展,CG技术不管在平面还是影像里都得到了很大的发展,并以以假乱真的的逼真度和还原度给观赏者身临其境的感觉。(www.61k.com]正是这种特性,使得CG技术应用领域十分的广阔,从简单的几何体模型如一般产品展示、艺术品展示,到复杂的人物模型;CG动画从静态、单个的模型展示,到动态、复杂的场景如房产酒店等CG三维虚拟城市,角色动画。所有这一切,CG动画都能依靠强大的技术实力为您呈现出来。下面就是CG技术应用领域的集合,看一下到底CG技术到底在我们生活中如何“无孔不入”的。
一、规划领域
所谓规划,就是将未来要出现道路、桥梁、隧道、立交桥、街景、夜景、景点、市政规划、城市规划、城市的形象等先设计好展示出来,CG三维技术很好的虚拟出规划的城市。甚至连园区规划、场馆建设、机场、车站、公园、广场、报亭、邮局、银行、医院等都细致展现。事先的模拟出以后的样子,也使规划工程师可以发现一些将来会出现的问题。
二、建筑领域
现在在中国,CG技术在建筑领域可以说得到了最广泛的应用,每个房地产开发商在修建楼房时,都会在之前将以后成品的展现给投资者,不光是制作的缩景模型,也用CG动画技术反应出三维建筑设计的最终模样。随着现在CG三维技术的提升与创作手法的多元化,建筑动画已成行业里不可缺少的一部分,并在脚本创作和精良的模型制作,以及后期的电影剪辑手法和情感式的表现方法,制作出的建筑动画综合水准也越来越高。
三、产品演示
产品动画涉及:工业产品如汽车动画、飞机动画、轮船动画、火车动画、舰艇动画、飞船动画;电子产品如手机动画、医疗器械动画、监测仪器仪表动画、治安防盗设备动画;
CG三维汽车设计机械产品动画如机械零部件动画、油田开采设备动画、钻井设备动画、发动机动画;产品生产过程动画如产品生产流程、生产工艺等CG三维动画制作。
四、园林领域
园林景观动画涉及景区宣传、旅游景点开发、地形地貌表现,国家公园、森林公园、自然文化遗产保护、历史文化遗产记录,园区景观规划、场馆绿化、小区绿化、楼盘景观等动画表现制作。园林景观3D动画是将园林规划建设方案,用3D动画表现的一种方案演示方式。其效果真实、立体、生动,是传统效果图所无法比拟的。园林景观动画将传统的规划方案,从纸上或沙盘上演变到了电脑中,真实还原了一个虚拟的园林景观。

五、模拟动画
模拟动画制作,通过动画模拟一切过程如制作生产过程、交通安全演示动画(模拟交通事故过程)、爆破过程演示动画(模拟爆炸事故过程)、能源转换利用过程、水处理过程、水利生产输送过程、电力生产输送过程、矿产金属冶炼过程、化学反应过程等,也可以模拟不可逆的事件结果植等演示动画制作。
六、片头动画
影视节目前的一个简短展示,时间长度一般在15秒以内,通常用节目内容中典型的片段和3D动画或后期特效组合演绎而成。是对整个节目的浓缩与概括,使受众对节目内容一目了然。片头动画创意制作,如宣传片片头动画、游戏片头动画、电视片头等。
七、广告动画
动画广告是广告普遍采用的一种表现方式,动画广告中一些画面有的是纯动画的,也有实拍和动画结合的。在表现一些实拍无法完成的画面效果时,就要用到动画来完成或两者结合。如广告用的一些动态特效就是采用3D动画完成的,现在我们所看到的广告,从制作的角度看,几乎都或多或少地用到了动画。致力于CG三维数字技术在广告动画领域的应用和延伸,将最新的技术和最好的创意在广告中得到应用,各行各业广告传播将创造更多价值,数字时代的到来,将深刻地影响着广告的制作模式和广告发展趋势。
八、影视动画
影视三维动画涉及影视特效创意、前期拍摄、影视3D、特效后期合成、影视剧特效动画等。随着计算机在影视领域的延伸和制作软件的增加,三维数字影像技术扩展了影视拍摄的局限性,在视觉效果上弥补了拍摄的不足,在一定程度上电脑制作的费用远比实拍所产生的费用要低的多,同时为剧组因预算费用、外景地天气、季节变化而节省时间。制作影视特效动画的计算机设备硬件均为3D数字工作站。影视CG三维动画从简单的影视特效到复杂的影视CG三维场景都能表现的淋漓尽致。
九、角色动画
角色动画又称三维动画3D动画。首先建立一个虚拟的世界,设计师在这个虚拟的三维世界中按照要表现的对象的形状尺寸建立模型以及场景,再根据要求设定模型的运动轨迹、虚拟摄影机的运动和其它动画参数,最后按要求为模型赋上特定的材质,并打上灯光。当这一切完成后就可以让计算机自动运算,生成最后的画面。角色动画制作涉及:3D游戏角色动画、电影角色动画、广告角色动画、人物动画等。

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扩展:vr技术在教育领域应用 / 3d打印技术应用领域 / vr技术应用领域

三 : 3D摄像机:3D摄像机-技术特点,3D摄像机-D摄像机应用领域

3D摄像机,有两个并排镜头,可以将两个图像融合在一起,变成一个3D图像,这些图像可以在3D电视上播放,观众佩戴所谓的主动式快门眼镜即可观看。松下HDC-SDT750是全球首款3D摄像机,在这款摄像机推出以后,就可以用3D镜头捕捉人生每一个难忘瞬间。用户还可以购买3D刻录机,将电影片段直接烧录到DVD上保存起来,以后通过蓝光DVD播放机观看,也可通过高精打印机打印输出复上光栅制作3D相片或通过3D电子相册保留观看。一旦启动面部识别功能,镜头会在对一群人进行拍摄时锁定某一个人并自动调节景深,确保将镜头高清地对准他或她。

3d摄像机_3D摄像机 -技术特点

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这种眼镜能够以每秒60次的速度令左右眼镜的镜片快速交错开关

1、HDC-SDT750 3D摄像机也有2个并排镜头。这台3D摄像机本身的功能就像人脑一样,可以将2个图像融合在一起,变成1个3D图像。

(www.61k.com]2、这些图像可以在3D电视上播放,观众佩戴所谓的主动式快门眼镜就可以观看。

3、这种眼镜能够以每秒60次的速度令左右眼镜的镜片快速交错开关。这意味着每只眼睛看到的是同一场景的稍显不同的画面,所以大脑会由此以为其是在欣赏以3D呈现的单张照片。

4、迄今3D技术面临的1个顽疾是内容――电影电视节目――相对缺乏,我们的调查表明,人们渴望利用3D去记录家庭的每1个重要时刻,看到这些瞬间人们无疑会十分激动。

3d摄像机_3D摄像机 -D摄像机应用领域

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拍片现场

1、近几个月来全球许多高科技公司纷纷推出3D电视。索尼还推出了1款可以制作3D静态影像的相机。

2、3D摄像机有1个安放高速存储卡的插槽,存储卡可用于保存视频片段,创建家庭最重要瞬间的3D图库。这个存储卡可以插入3D电视进行观看。用户还可以购买3D刻录机,将电影片段直接烧录到DVD上保存起来,以后通过蓝光DVD播放机观看,也可通过高精打印机打印输出复上光栅制作3D相片或通过3D电子相册保留观看。

3、用户还可以利用这套3D镜头系统在互联网上打3D视频电话,令这种交流与现实生活的近距离交流更相像。

4、3D摄像机的其他功能还包括景深调节系统与面部识别和“微笑拍摄”。一旦启动面部识别功能,镜头会在对一群人进行拍摄时锁定某1个人并自动调节景深,确保将镜头高清地对准他或她。

5、“微笑拍摄”意味着,摄像机在拍摄期间如何发现某个人露出笑脸时,会自动捕捉静态画面。这款新型3D摄像机还有1个稳定功能,尽量消除镜头抖动。3D摄影机

亦可作传统2D摄像机使用。

3d摄像机_3D摄像机 -拍摄电影

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迈克尔?贝在拍片现场

《变形金刚3》(Transformers)将全程用3D摄影机进行拍摄。迈克尔?贝(Michael Bay)曾经抨击3D摄影机太过笨重,拍摄高速镜头之际简直是个累赘。不仅如此,他还非常喜欢电影胶片的质感,但3D摄影机不能满足他这一喜好,因为这一技术全都是高清数字录像。迈克尔-贝这样的论调让外界一直以为即使《变形金刚3》有3D版本,也是从2D版本转换而成。

也许是因为《爱丽丝梦游仙境》(Alice in Wonderland)和《诸神之战》(Clash of the Titans)中伪3D技术的失败,让迈克尔?贝最终还是选择紧跟时代潮流。《变形金刚3》将使用3D摄影机进行拍摄也获得了协助开发这一技术的电影摄影师文斯-佩斯(Vince Pace)的确认。也就是说,<变形金刚3>将使用与<阿凡达>(Avatar)和《电子世界争霸战2》(Tron Legacy)一样的3D技术。在3D摄影机日益盛行的今天,由2D再转换成3D的伪3D技术也许是时候退出市场了。

四 : 口咽通气管的使用技术-龚婕

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本文标题:通信技术的应用领域-蓝牙技术在无线通信中的应用
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