工学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燕 山 大 学2011年5月国内图书分类号：TP274.3国际图书分类号：621.3工学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硕士研究生：刘永富导师：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: TP274.3U.D.C.: 621.3Dissertation for the Master Degree in Engineering STUDIES AND DESIGNE OF THE CONTROL SYSTEM OF THE SMART HOME BASED ON BLUETOOTHCandidate:Liu YongfuSupervisor:Prof.Jiao BinliangAcademic Degree Applied for:Master of EngineeringSpeciality: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。
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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：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要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。
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。
关键词家庭控制子网；蓝牙；智能家居控制器；嵌入式系统；Linux；ARM燕山大学工学硕士学位论文AbstractAbstractWith 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.Firstly, after comparing variety 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 application 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 networkedSecondly, the design of smart home controller, which is at the core of smart home system’s implementation, is studied and realized in both software and hardware. On the hardware side, Samsung’s 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 circuits 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 module’s driver of the system is added into the Linux kernel.Finally, Bluetooth modules’ communication, which is 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 controller; Embedded systerms; Linux; ARM目录目录摘要 (I)Abstract (III)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Linux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3.5 本章小结 (30)第4章硬件平台设计 (31)4.1 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6.5 本章小结 (71)结论 (73)参考文献 (75)攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果 (79)致谢 (80)作者简介 (81)燕山大学工学硕士学位论文第1章绪论第1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)[1]。