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摘要：針對(duì)智能家居系統(tǒng)的日益增長(zhǎng)需求及嵌入式技術(shù)的廣泛應(yīng)用，分析了智能家居系統(tǒng)的組成和功能，并提出了智能家居控制系統(tǒng)的核心部分智能家居控制器的總體架構(gòu)，簡(jiǎn)要介紹了藍(lán)牙技術(shù)以及藍(lán)牙通訊協(xié)議。給出了一種基于三星公司的S3C44B0X芯片和藍(lán)牙通信技術(shù)的智能家居控制器的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)方案。結(jié)果表明，該系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，易于擴(kuò)展。
1 引言
智能家居是近幾年產(chǎn)生并迅速崛起的一種新型家居住宅，家居的智能化為住戶提供了一種更加安全、舒適、方便、快捷和開(kāi)放的智能化、信息化的生活空間。它不僅已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)的綜合標(biāo)志之一，而且也是人類社會(huì)住宅發(fā)展的必然趨勢(shì)。
隨著EDA技術(shù)的高速發(fā)展，智能家居的實(shí)現(xiàn)也得到了更好的解決。本系統(tǒng)采用三星公司的S3C44B0X芯片，使用uC/OS-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)以及先進(jìn)的藍(lán)牙無(wú)線通信技術(shù)給出了智能家居的一種合理的、高性能的實(shí)現(xiàn)。
2 總體方案設(shè)計(jì)
本控制系統(tǒng)采用分布式控制方式對(duì)智能家居的各部分進(jìn)行統(tǒng)一的控制，主要包括信息家電部分、環(huán)境控制（包括室溫，照明，窗簾等）部分、安防報(bào)警部分、遠(yuǎn)程操作部分。各部分又包含多個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)即為通訊的一個(gè)終端。各節(jié)點(diǎn)之間相互獨(dú)立，某一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)不影響到其他節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行。智能家居系統(tǒng)總體架構(gòu)框圖如圖1所示。
從圖中1可以看到，遠(yuǎn)程操作部分與主控制器以串口連接，家居中各節(jié)點(diǎn)與主控制器形成一個(gè)藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)相互通信，所以通過(guò)外部計(jì)算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)就可以實(shí)現(xiàn)和主控制器的通訊從而實(shí)現(xiàn)對(duì)家居中各節(jié)點(diǎn)的控制。當(dāng)然也可以由主控制器來(lái)直接控制各節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行，這樣更快捷。主控制器通過(guò)發(fā)送控制命令給節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)收到命令后進(jìn)行相應(yīng)分析并做出相應(yīng)動(dòng)作，然后返回最終的狀態(tài)給主控制器，主控制器再通過(guò)串口將各節(jié)點(diǎn)的信息發(fā)送到遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)或直接顯示到自帶的顯示液晶上。系統(tǒng)中各部分都預(yù)留有擴(kuò)展的節(jié)點(diǎn)，以備將來(lái)設(shè)備的增加。
3 硬件設(shè)計(jì)
3.1 藍(lán)牙技術(shù)
藍(lán)牙技術(shù)是一種無(wú)線數(shù)據(jù)與數(shù)字通信的開(kāi)放性規(guī)范，用微波無(wú)線通信技術(shù)取代數(shù)據(jù)電纜來(lái)完成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)短距離通信。藍(lán)牙技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)有：可以隨時(shí)隨地用無(wú)線接口來(lái)代替有線電纜連接；具有很強(qiáng)的移植性，可用于多種通信場(chǎng)合；功耗低，對(duì)人體危害��；藍(lán)牙集成電路應(yīng)用簡(jiǎn)單，成本低廉，實(shí)現(xiàn)容易，易于推廣。藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用了全球統(tǒng)一的頻率（ISM頻段）設(shè)置，ISM頻段是對(duì)所有無(wú)線電系統(tǒng)都開(kāi)放的頻段，使用其中的某個(gè)頻段都會(huì)遇到不可預(yù)測(cè)的干擾源。因此藍(lán)牙技術(shù)特別設(shè)計(jì)了快速確認(rèn)和跳頻方案以確保鏈路穩(wěn)定。
藍(lán)牙協(xié)議棧如圖2所示。藍(lán)牙體系結(jié)構(gòu)中的協(xié)議可分為4層：核心協(xié)議、電纜替代協(xié)議、電話傳送控制協(xié)議和可選協(xié)議。除了這些協(xié)議層外，規(guī)范還定義了主機(jī)控制器接口（HCI），它為基帶控制器、鏈路管理器、硬件狀態(tài)和控制寄存器提供命令接口。藍(lán)牙核心協(xié)議包括基帶、LMP、L2CAP、SDP。
在藍(lán)牙協(xié)議棧中，HCI以上部分通常用軟件實(shí)現(xiàn)，包括邏輯鏈路控制和適配協(xié)議L2CAP、串行仿真RFCOMM、電話替代協(xié)議和選用協(xié)議；而HCI以下部分則用硬件實(shí)現(xiàn)，包括基帶協(xié)議和鏈路管理協(xié)議（LMP），這部分也叫藍(lán)牙協(xié)議體系結(jié)構(gòu)中的底層硬件模塊。
在家居控制器上使用藍(lán)牙技術(shù)主要是為了給家居控制器的各個(gè)功能模塊提供無(wú)線傳輸?shù)姆绞剑瑢?duì)藍(lán)牙的高層協(xié)議并沒(méi)有太大的需求，因此在家居中央控制器上可以采用藍(lán)牙模塊加開(kāi)放藍(lán)牙協(xié)議的方式開(kāi)發(fā)藍(lán)牙功能。綜合考慮成本、結(jié)構(gòu)等因素，信息家電可以采用藍(lán)牙模塊加單片機(jī)的方式實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙功能。將整個(gè)藍(lán)牙核心協(xié)議棧移植到單片機(jī)中顯然不合實(shí)際�？梢圆捎眠@樣的開(kāi)發(fā)方案：在藍(lán)牙HCI層的基礎(chǔ)上，根據(jù)信息家電信息傳輸?shù)膶?shí)際需求，建立相關(guān)協(xié)議，利用單片機(jī)直接和藍(lán)牙硬件模塊交換HCI指令，實(shí)現(xiàn)信息交互。單片機(jī)采集信息家電的相關(guān)信息通過(guò)藍(lán)牙模塊發(fā)送出去，藍(lán)牙模塊也可以將接收到的命令用HCI指令傳遞給單片機(jī)執(zhí)行。
