基于蓝牙4.0智能开关控制系统的设计与实现

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1、基于蓝牙4.0智能开关控制系统的设计与实现　　摘要：随着物联网技术的不断发展，人们对家居生活的舒适度要求越来越高，对各种家居设备达到自动及远程控制的渴望也尤为突出。为了实现用户通过手机移动终端对家中的开关进行自动控制，将支持低功耗蓝牙4.0技术的蓝牙控制模块嵌入在传统开关上，实现手机对智能开关的自动控制。通过实验证明，该系统有良好的工作性能，能够达到对开关进行及时有效控制的设计要求。　　关键词：智能家居；蓝牙4.0技术；智能开关；CSR1010　　中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：2095-1302（2016）06-00-03　　0引言　　近年来，物联网技术不断发展

2、，成为继互联网之后的又一个重大科技创新。而智能家居成为了物联网的一个重要应用领域。智能家居概念起源于20世纪80年代初的美国，称之为SmartHome[1]。其涉及多个领域，如通信网络、系统集成、家电、医疗、传感器件、自动控制等[2]。智能家居的发展经历了4代，第四代的要求即基于物联网技术达到可根据用户需求实现个性化的功能[3]。与普通家居相比，物联网智能家居不仅具有传统的居住功能，还可提供信息交互功能，使得人们能够随时对家居设备进行控制，让家居生活更加安全、舒适[4]。7　　随着人们对家居环境的安全舒适等要求不断提高，物联网技术应用到家居生活的需求也不断增强，目前市场上已经有

3、很多像智能开关这样通过手机达到自动控制的家居产品。比如欧瑞博的智能插座，其通过在插座上嵌入WiFi模块来达到智能控制的目的，但其采用的WiFi技术功耗相对较大。在智能家居领域，低功耗很重要。比如飞利浦的HueLights智能LED灯[5]，采用ZigBee技术达到可通过智能终端设备控制LED灯的开关状态以及颜色亮度等。但因目前智能终端上不支持ZigBee通信，所以不能对其进行直接控制，而需要一个中继设备，这样既提高了成本，也带来了不便。低功耗蓝牙4.0技术是一种数据量低、应对通信的突发性强、可依据需求进行定制的短距离通信技术，采用该技术可有效组建成本低、复杂度低的无线体域网和无

4、线个域网[6]，并且目前蓝牙4.0技术已经广泛应用到智能手机设备中。与传统蓝牙设备相比，其克服了主设备连接7个从设备的限制，而且传输距离也能够达到50～60m[7]。　　通过对比，本文设计了基于蓝牙4.0技术的智能开关控制系统，主要通过在传统开关上嵌入的蓝牙4.0控制模块与智能手机终端直接连接进行通信，达到对智能开关的直接控制以及定时操作的目的。　　1系统总体架构设计　　智能开关的系统架构如图1所示，整个智能开关的系统主要由智能开关及智能移动终端两部分组成。其中，移动终端作为整个系统的控制端，通过直接与智能开关相连而控制开关。智能开关作为被控制端，负责接收来自手机的命令并执行。

5、　　1.1智能开关7　　智能开关上嵌入的蓝牙模块采用的是低功耗的CSR1010蓝牙芯片。该芯片拥有32个引脚，并可支持对Flash和E2PROM进行程序下载。智能开关正是通过蓝牙模块达到与智能移动终端进行数据传输、控制操作的功能。　　1.2智能移动终端　　系统中对智能移动终端的要求是要支持蓝牙4.0通信技术。通过智能移动终端上的App控制程序来控制开关的通断电。其中，App主要通过利用相关API函数调用手机的蓝牙适配器，实现对智能开关设备的发现、配对、连接、控制，并发送相关控制信息的功能。　　2智能开关的设计　　对智能开关的设计主要分为硬件设计和软件设计。其中硬件设计主要包括电

6、压转换模块和蓝牙开关控制模块；软件设计主要通过在CSR1010蓝牙芯片上运行蓝牙4.0协议，并在此基础上进行配置，从而达到对开关进行控制的目的。　　2.1智能开关的硬件设计　　2.1.1电压转换模块的设计　　电源芯片采用POWERINTEGRATIONS公司生产的LinkSwitch-TN小功率输出系列AC-DC电源转换芯片，该芯片适合替代所有使用电容降压的电路，应用于小家电和LED驱动。根据输出的功率需求，选择LNK304作为电源转换芯片。　　该芯片支持降压拓扑结构，集成自动重启功能，过稳保护功能，相对于电容降压式方案功率因数更高。并且只需要少量的外部元件，就可以实现220V

7、交流电到3.3V直流电源的转换。　　2.1.2蓝牙控制模块的设计7　　智能开关的蓝牙控制模块的电路如图2所示，主要包括系统指示灯、SPI程序下载接口、复位、电信号电路等。系统的时钟源采用16MHz的晶振，采用E2PROM进行存储。通过SPI串行外设接口下载与调试固件程序。利用蓝牙芯片引出1个引脚，设置为电信号模式，用于控制开关的状态。　　2.2智能开关的软件设计　　CSR1010芯片支持包括了ATT、GATT、GAP、L2CAP、SMP等规范的蓝牙4.0协议栈[8]。其中，通用访问规范（GA