ble 技术在智能家居中的应用浅析

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1、BLE技术在智能家居中的应用浅析韩　丹　周祖荣（青岛科技大学信息科学技术学院，山东青岛266061）【摘　要】智能家居是以住宅为平台，具备网络通信、信息家电、设备自动化等功能，集系统、控制、结构、管理、服务为一体的高效、安全、舒适、环保、便利的居住环境。智能家居利用先进的计算机技术、网络通信技术、远程控制技术、无线传输技术，把与家居生活有关的各种子系统有机的结合在一起统一管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。智能家居研究的内容很多，技术也在不断更新。本文主要研究智能通过与相关附件连接成智能控制中心，进而实现对智能家居的控制，着重研究BLE（BluetoothLoode双模设备和single-m

2、ode单模设备。dual-mode双模设备简单说就是向下兼容，而single-mode单模设备仅仅支持BLE。２．２　BLE协议栈简介BLE协议栈如图1所示：PHY物理层在2.4GHz的ISM频率段中跳频识别。LL链路层：用来控制设备的状态。BLE设备可能的五种状态：standby就绪，advertising广播，scanning搜索，initiating初始化和connected连接。广播（advertising）设备发送广播数据，使得搜索设备可以接收到并发现设备。初始者（initiator）就是一个对广播者回复连接请求的设备，收到广播信号后将连接请求反馈到广播者，如果广播者接受请求，广播者

3、与初始者就会进入连接（connected）状态。每一个处于连接状态的设备会有一个角色：主机（master）和从机（slave）。初始化这个连接的为主机，接受这个连接请求的为从机。HCI（Human-puterInteraction人机交互）层为主机（host）和控制器（controller）之间通过一个标准接口进行通信提供了一些方法。实现这一层可以通过一个软件API或者是硬件接口UART，SPI和USB。L2CAP为上层数据提供打包服务。SM：此层包含了建立连接和KEY的方法。GAP：此层直接与profile层和app层进行交互，提供设备的发现和连接相关的服务和初始化安全服务。ATT协议作用是

4、让一个设备去显示数据，其他设备对应的称之为“Attribute属性”，在ATT中，显示这些属性的设备被称为服务端(server),同等的另一个设备称之为客户端（client）。这类似于LL层的master和slave，但是和ATT层的这两个状态没有关联。GATT层：此层可以看作一个服务框架，ATT应用的子程序在这里被定义，profile的结构在这里声明。在BLE协议栈中，由profile或者是相关服务所使用的所有类型的数据都称为字符（characteristic）。由于相互连接的两台设备的数据交换都需经过GATT子程序处理，所以应用（app）和profile会直接使用GATT。开发BLE应用（

5、app），只需操作GAP和GATT两层就够了，其中GATT用来数据传送，GAP用来建立连接。２．３　TICC2541BLE芯片系统架构针对以上所述的BLE通用协议栈的概述，不同公司所生产的不同芯片、模组所使用的系统架构略有区别，目的为了减少开发时间，提高开发效率。开发人员在熟悉其系统架构后，仅需将开发的应用在其系统上进行部署就可使用，从而提高了了应用的逻辑性。HAL硬件抽象层是用来抽象硬件资源，并通知给软件。它的作用类似于一个嵌入式系统设备驱动程序的硬件资源的h头文件。当新的硬件平台完成后，只是修改HAL，无法修改HAL之上的堆栈协议。从而实现软件和硬件的低耦合，因此该软件无需更改或很少修改便

6、可应用到其他硬件，如此方便了硬件改造、升级和迁移后软件的移植。OSAL是其调度核心，其中BLE协议栈、profile定义、所有的应用都围绕它来实现。OSAL并非和传统使用的操作系统相同，它其实是一个允许软件建立和执行事件的程序循环。３　智能家居控制中心本课题设计的新型智能家居控制中心是一款以ARM嵌入式微处理器为核心，通过建立BLE连接获取控制信息，和家庭内部智能家居进行构建不同种类的无线网络，实现智能家居系统的控制，可以分为室内控制和远程控制。系统的总体结构分为硬件和软件两大部分：硬件部分包括以ARM微处理器作为智能家居系统的中央控制器、处理模块和各种功能的实现模块；软件部分包括移植嵌入式μ

7、C/OSII操作系统和编写数据传输程序的应用原件的设计。系统的总体设计方案如图3所示。从总体结构可以看出，本系统实现的主要功能为：在室内时，用户通过APP，利用中的BLE功能模块与中央控制器的BLE模块建立连接，发送控制智能家居的指令实现控制智能家居；在室外时，用户通过移动通信网络或互联网给与控制中心建立连接的发送控制智能家居的指令，收到指令后智能的APP解析并发送至中央控制器，从而实现对智能家居