赵光辉毕业论文整体初稿0410new.doc
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1、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
2、的ARM7TDMI-STM CPU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0.1m10m,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24002483.5 MHz ,并划分为79个信道, 每个信道带宽为1MHz),在使用其中某个频
3、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;
4、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
5、,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AbstractAbstractWith the development of the technology in electronic and communication, the smart home system is coming into peoples life. But the products on the market still have some deficiencies at present, for example, incomplete fun
6、ction, high cost, discommodious to install and safeguard and so on. So the smart home system product isnt popularized very well. Therefore, the smart home system based on LPC2138 and bluetooth technology has been designed.LPC2138 which Philip Corporation promotes is used for the master control chip
7、in the smart home system. It is a micro-controller which based on a 32/16 bit ARM7TDMI-STM CPU supported Real-Time Emulation and Embedded Track. It supported 32/16 bit code and can supply strong process function. Because of forty-seven GPIO and nine external interrupt in LPC2138, the smart home syst
8、em can supply many kinds of function.Bluetooth technology is used for organizing the communication network in the house. It is one kind of public short distance wireless connection technology manual. It works in the 2.4GHz ISM (Industry, Science, Medicine) frequency band and has many characteristics
9、, for example, openness, low power consumption. Its trans- mission distance is popularly from 0.1m to 10m, it can reach 100m if amplifying its power. The application of bluetooth module in the smart home system,solve the trouble that the system wouldnt need wiring in house again when being employed.
10、 But the ISM frequency band which bluetooth works in is one kind of global public frequency band (defined 2400 to 2483.5MHz by most countries in the world and it is plotted out to seventy-nine channels and the bandwidth is 1MHz). It is inevitable to come across mutual interference when it is working
11、 at one of channels. The project of Frequency Hopping and Forward Error Correction is used for insuring stability of the link. While carrying on hardware circuit design of the smart home system, in order to improve the commonality of the circuit, the system is plotted out different modules. The mast
12、er control module assumes the information collecting , information processing and the major control of the system; The house safety and protection module monitors and collects the environmental information of the system, it also can realize the safety team work if it connects the safety equipment by
13、 the master control module; The household appliances control module can control the household appliances by control switch points and infrared remote-control; The emergency call module it has the function of calling for help peremptorily; The house inside communication module is the bluetooth module
14、 and realizes the reciprocal communication about the master control module and the household appliances control module, the emergency call module, the house inside communication module, the house safety and protection module by embedded in them; The house external communication module, it can realiz
15、e the function of autoalarm and long-range control. The building block design of the system circuit and the application of wireless communication make the smart home system being easy to install and safeguard. While carrying on software design of the system, follow the building block design philosop
16、hy. It not only considers the realization of the function of each module, but also thinks over the total compatibility of the procedure. The software includes one master program and six subprograms. Each subprogram is corresponding to the hardware module. Under the ADS1.2 integrated development envi
17、ronment which ARM Corporation promotes, exploits software of the system using the C language.ARM processor and bluetooth are the first time used in the construction of the smart home system in this paper; Because of the wireless link of the bluetooth, there is no trouble in house wiring; Because bot
18、h the hardware and software of the system apply the building block design, so the system has better portability. Each part of the hardware circuit is reliable performance by online detecting. The smart home system is low cost, perfect performance, high reliability, easy to install, safeguard and upg
19、rade. So, it is expedient to popularize and apply.Keywords: smart home; LPC2138; bluetooth; building block design 目录目 录摘 要2Abstract3第一章 绪论11.1 智能家居的发展现状11.2 智能家居系统的结构及功能21.3 本文的主要工作和技术路线21.3.1 主要工作21.3.2 技术路线31.4 本文的创新点3本章小结4第二章 应用技术介绍42.1 LPC2138单片机42.1.1 LPC2138单片机简介42.1.2 LPC2138单片机的特性42.1.3 LPC2
20、138结构图和引脚排列52.2 蓝牙技术62.2.2 跳频技术72.2.3 纠错技术72.2.4 微微网(Piconet)7本章小结9第三章 系统硬件设计113.1 系统的总体结构113.2 系统硬件电路设计113.2.2 家庭安全防范模块133.2.3 家用电器控制模块143.2.4 家庭内部通信模块153.2.5 家庭对外通信模块17第四章 系统软件设计254.1 系统的软件结构254.2 各模块软件设计254.2.1 安防模块254.2.2 家电控制模块264.2.3 家庭内部通信模块284.2.4 家庭对外通信模块30第五章 系统测试及应用前景345.1 系统测试及结论345.2 系统
21、中需要改进的地方345.3 系统的发展趋势345.3.1 ZigBee技术介绍355.4系统的应用前景36参考文献37在校期间发表或完成的论文39致 谢40V第一章 绪论第一章 绪论智能家居是在传统住宅的基础上, 利用现代计算机技术、现代通信技术、自动控制技术来实现家庭内部各种信息的采集、处理、传输和显示,实现对家庭内部各种电器设备和安全防护设备的自动化、智能化监控, 从而使人们的家居生活更加安全、舒适、便利。1.1 智能家居的发展现状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7000万家庭依靠智能化家庭网络设备生活1。近年来,以美国微软公司及摩托罗拉公司等为首
22、的一批国际知名企业也先后进入智能家庭网络的研究及开发领域,分别开发了“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、视听等资讯。这套产品也适合小型办公室2。Intel推出了Any point家庭网络系统可以通过电话线或无线方式将PC机与住户家中的各种设备连接起来,该公司还准备在适当的时候推出家用网关等网络设备。日本松下电器等一批大公司联手推出了无线连接和电力线连接并用的Echone系统,该系统支持即插即用,且能兼容不同厂家的家庭电器设
23、备。近年来随着自动化技术、智能技术的不断更新,国际上出现了很多功能比较齐全的智能家居产品,例如ELAN、Life Ware、Home Logic和mControl等产品,引领了国际智能家居产品的潮流3。国内厂商也在进行智能化家庭网络产品的研发和生产,一些大型IT企业利用自身在资金与技术等方面的优势,在低端产品市场上己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建筑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LDMS-2000,智能家居控制器、HomeNet网络化综合管理系统,并开通中国智
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