【正文】 .....................................13 藍(lán)牙無(wú)線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ...........................................................................................15 藍(lán)牙信道分配及多址方式 .......................................................................................16 藍(lán)牙無(wú)線連接的建立 ...............................................................................................17 藍(lán)牙應(yīng)用模式 ....................................................................................................................19 替代電纜 ...................................................................................................................19 無(wú)線聯(lián)網(wǎng) ...................................................................................................................19 無(wú)線上網(wǎng) ...................................................................................................................20 藍(lán)牙目前存在的問(wèn)題 ........................................................................................................20 互操作問(wèn)題 ...............................................................................................................20 軟件問(wèn)題 ...................................................................................................................21 數(shù)據(jù)傳輸速率問(wèn)題 ...................................................................................................21 4 方案設(shè)計(jì)與設(shè)備選型 ..............................................................................................................22 工程環(huán)境 ..........................................................................................................................22 系統(tǒng)功能要求 ..................................................................................................................23 設(shè)備的選型 ......................................................................................................................26 智能家居設(shè)備的選型原則 .........................................................................................26 主要設(shè)備 .....................................................................................................................26 設(shè)備清單 ......................................................................................................................36 結(jié)論 ................................................................................................................................................37 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................................38 致謝 ................................................................................................................................................39 1 1 緒 論 概述 伴隨著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的進(jìn)程，智能化的浪潮席卷了世界的 每 個(gè)角落，成為勢(shì)不可擋的歷史趨勢(shì)，在這種形式下智能家居技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生的。 摘 要 目前，家庭自動(dòng)化、智能家居的研究方興未艾。 關(guān)鍵詞 : 智能家居，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，藍(lán)牙 Abstract Nowadays， the study on home automation and smart home is more and more favored .That how to choose the right technology and method to design a system and suit the situation of our country has bee an important task for the real of smart home .Bluetooth technology, a new wireless technology in ISM band, can replace the cable and freely transmit data and voice in short distance .Because of widely supporting ,open standard ,and low power and high security ,now the Bluetooth has been accepted by more and more people .The application to smart home is one of the most important applications of Bluetooth, and it drives Bluetooth39。 智能家居中的信息傳輸技術(shù)，按傳輸介質(zhì)的不同可分為有線技術(shù)和無(wú)線技術(shù)兩大類，其中無(wú)線技術(shù)是目前最熱門的研究力向。除此之外，藍(lán)牙無(wú)線技術(shù)還為已存在的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)和外設(shè)提供通用接口，可以以組建一個(gè)小區(qū)域無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。根據(jù) IDC的統(tǒng)計(jì)， 截至 2021年，在美國(guó)家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和與家居有關(guān)的網(wǎng)關(guān)市場(chǎng) 規(guī)模已達(dá) 57億美元，美國(guó)的家庭網(wǎng)關(guān)已達(dá) 450萬(wàn)個(gè) [3]。本設(shè)計(jì)課題就是在這種背景下，經(jīng)導(dǎo)師細(xì)心指導(dǎo)后選定的。當(dāng)前家庭內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以分為有線聯(lián)網(wǎng)和無(wú)線聯(lián)網(wǎng)兩大類。 (2)中央控制器 (或家庭網(wǎng)關(guān) ) 它是家庭網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備，不僅為家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和外部網(wǎng)絡(luò)環(huán)境提供了連接，還提供了路由選擇、內(nèi)外部子網(wǎng)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換等服務(wù)。目前來(lái)看，信息家電主要基于以下四類設(shè)備。當(dāng)前家庭內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以分為有線和無(wú)線兩大類。它是通過(guò)在電話線上加載高頻載波信號(hào)來(lái)實(shí) 現(xiàn)信息的傳遞， 可同時(shí)滿足 XDSL、電話業(yè)務(wù)、家庭內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸，且互不干擾。家庭中的用戶可能更愿意使用 家居己布好的電纜和電話線，而不愿意另外重新安裝，因此就目前來(lái)說(shuō) ,以太網(wǎng)可能是家庭網(wǎng)絡(luò)發(fā)展初期的首選方案，但不是家庭網(wǎng)絡(luò)的最終選擇方案。它是由蘋果電腦公司提出的 Fire wire標(biāo)準(zhǔn)衍變而來(lái)，也稱 iLink或“火線”。目前，關(guān)于家庭無(wú)線聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)已有一些產(chǎn)品和標(biāo)準(zhǔn)。 。采用 2FSK調(diào)制方式時(shí) ， HomeRF的傳輸速率為1Mbit/s,采用 4FSK調(diào)制方式時(shí)傳輸速率為 2Mbit/s。 FCC（ Federal Communications Commission 聯(lián)邦通訊委員會(huì) ） 規(guī)定，在 ISM頻段中不采用擴(kuò)頻技術(shù)的無(wú)線通信設(shè)備的最大發(fā)射功率不能超過(guò) 0dBm(即 1mW),要獲得更高的發(fā)射功率，必須采用擴(kuò)頻技術(shù)。藍(lán)牙規(guī)范要求發(fā)射功率的控制精度在 2～ 8dB之間，形成一個(gè)單調(diào)系列， RSSI在 60dB量的指示準(zhǔn)確度為 +4dB，最小操作范圍為 20+6dB,起點(diǎn) 為60dB。 HomeRF技術(shù)日前普遍被認(rèn)為是無(wú)線局域網(wǎng) (WLAN)的代表 ，它 的無(wú)線連接距離在 50100m 左右，傳輸速率也遠(yuǎn)比現(xiàn)在的廣域網(wǎng) (WAN)高。 13 3 藍(lán)牙技術(shù)研究 藍(lán)牙是一種短距 離的無(wú)線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的代稱 [10]，其實(shí)質(zhì)就是要建立通用的無(wú)線電空中接口 及其控制軟件的公開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)。藍(lán)牙技術(shù)支持一個(gè)異步數(shù)據(jù)通道，或 三 個(gè)并發(fā) 的同步話音通道，或一個(gè)同時(shí)傳送異步數(shù)據(jù)和同步話音的通道。由于可以使用的射頻空間非常有限，所以大多數(shù)國(guó)家都對(duì)射頻空間的使用進(jìn)行了規(guī)劃，這包括劃分頻段、在發(fā)射功率受到一定 限制的條件下采用發(fā)放頻段使用許可證制度。發(fā)端信息碼序列與擴(kuò)頻碼序列組合以后按照不同的碼字去控制頻率合成器，其輸出的頻率根據(jù)碼字的改變而改變，從而形成了頻率的跳變。一組相互獨(dú)立、以特定的方式連接在一起的 微微網(wǎng)可構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò) (Scatter)，形成靈活多重微微網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖 31所示。為了減少帶外的輻射和干擾， 保留的上、 下保護(hù)頻帶分別為 2MHz和 。 藍(lán) 牙采用碼分多址 (Code Division Multiple Access, CDMA)的多址方式。從設(shè)備在每個(gè) (監(jiān)聽(tīng)窗口 )內(nèi)監(jiān)聽(tīng)它的設(shè)備接收碼。當(dāng)一臺(tái)藍(lán)牙設(shè)備活躍在一個(gè)頻段 上 時(shí)，它會(huì)被分配一個(gè) 三 個(gè)比特位的激活成員地址 (AM ADDR)。在此狀態(tài)下，遙控器 定期的 去監(jiān)聽(tīng)消息。利用藍(lán)牙技術(shù)，電腦配件 (鍵盤、鼠標(biāo)、耳機(jī)、傳聲器、游戲操縱桿等 )、電腦輸入輸出設(shè)備 (打印機(jī)、掃描儀、外置調(diào)制解調(diào)器、移動(dòng)硬盤、 ZIP驅(qū)動(dòng)器等 )和電腦多媒體組件 (耳機(jī)、傳 聲器、攝像頭、揚(yáng)聲器、超低音音箱、數(shù)碼相機(jī)等 )均可以采用無(wú)線方式接入電腦主機(jī)，使得除了電源線之外再無(wú)其他的連線。藍(lán)牙技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線接入服務(wù)，其自動(dòng)、實(shí)時(shí)和便捷的程度更是難以想象。但是單用 手機(jī)上網(wǎng)會(huì)給使用者帶來(lái)許多的不便。 藍(lán)牙目前存在的問(wèn)題 目前藍(lán)牙技術(shù)存在的問(wèn)題主要包括互操作性、軟件、數(shù)據(jù)傳輸率等方面。兩個(gè)不同的藍(lán)牙設(shè)備，如果一個(gè)使用新的 ，而另一個(gè)使用舊的規(guī)范版本，那么即 使使用同一個(gè)制造商生產(chǎn)出的產(chǎn)品也有可能會(huì)發(fā)生不兼容的情況。目前新頒布的的藍(lán)牙 ，理論上將把藍(lán)牙的傳輸速率提高到 2Mbit/s以上 ，也有可能達(dá)到 l0Mbit/s， 以便支持實(shí)時(shí)視頻傳送和其他一些對(duì)數(shù)據(jù)傳輸率要求比較高的應(yīng)用。根據(jù)工程環(huán)境與系統(tǒng)功能要求，我們采用藍(lán)牙技術(shù)作為系統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接的解決方案， 主要是基于藍(lán)牙 技術(shù)特點(diǎn) 和優(yōu)勢(shì)進(jìn)行 考慮 的： (1)家庭中各個(gè)家電之間的相隔距離一般不會(huì)超 10m，藍(lán)牙適用于在短距離 (大約 10m)范圍內(nèi)替代電 纜，如果增大發(fā)射功率，它的傳輸距離可達(dá) 100m，滿足家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)傳輸距離要求。遵循適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，也將保證產(chǎn)品能不斷適應(yīng)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) ，具有充分的發(fā)展?jié)摿Α? (6)簡(jiǎn)潔易用：系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)便易用、用戶界面友好，不需要使用者花上太多的精力就能掌握。對(duì)于已經(jīng)實(shí)現(xiàn) TCP/IP 協(xié)議的藍(lán)牙設(shè)備（如藍(lán)牙 PDA、藍(lán)牙筆記本），藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)可以運(yùn)行 PPP 協(xié)議與該類藍(lán)牙設(shè)備實(shí)現(xiàn)通訊；對(duì)于沒(méi)有實(shí)現(xiàn) TCP/IP 協(xié)議的藍(lán)牙設(shè)備（藍(lán)牙家電），藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)可以使用 Bluetooth Serial Port Profile 與該類藍(lán)牙設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互，網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)封裝成符合 TCP/IP 協(xié)議規(guī)范的數(shù)據(jù)，從而達(dá)到將該類藍(lán)牙設(shè)備接入到本地網(wǎng)絡(luò)及 Inter 的目的。從而使藍(lán)牙設(shè)備與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行透明地?cái)?shù)據(jù)交換。 基