基于蓝牙组网的灯光控制系统研究与应用

摘要

智能家居技术的快速发展，对智能家居中的照明管理和控制提出更高的要求，一方面要能够通过手机进行智能控制，同时又要兼顾传统的本地开关控制习惯。当前主要的无线控制技术有WiFi、ZigBee、Z-wave等组网技术和简单的遥控技术。这些单一的技术很难兼顾上述两个方面。现有的WiFi智能灯控产品虽然手机控制方便，但功耗大、对手机依赖性强，难以实现本地开关控制和电池供电的遥控器控制；而ZigBee、Z-wave等组网技术和简单的遥控技术不能直接连接手机。针对这些问题，本文研究了手机普遍支持的蓝牙技术，一方面蓝牙具有低功耗、遥控控制方便等特点，同时又具备手机快速连接的优点，如能实现多点控制，将是一个很好的解决方案。其中的关键问题是如何实现基于蓝牙的Mesh网络。
　　本文给出了一种蓝牙Mesh组网技术方案，并将其与灯光智能控制系统相结合，设计了一种基于蓝牙组网的灯光控制系统。论文首先介绍了智能家居中现有的短距离无线通信技术，然后深入分析了蓝牙协议栈架构和网络拓扑结构；同时研究了无线Mesh组网的原理和组网的实现方法，并针对Mesh组网中的路由技术，给出了一种基于改进蚁群算法的AODV路由协议。相对于传统的AODV路由协议，网络吞吐量提高，网络延时减少。在此基础上设计了一个验证性的基于蓝牙组网的灯光控制系统，并开发相关的Android客户端App软件，进行了系统测试。
　　本文在路由设计部分，在传统蚁群算法基础上，将改进的蚁群算法应用到AODV协议的路径发现和路径选择过程，用以改善路由质量。在基于蓝牙组网的灯光控制系统中，为满足组网和调光需求，蓝牙通信节点采用CSR1010芯片，通过蓝牙mesh节点的路由转发功能，完成客户端到目的节点的数据转发，实现对灯光节点的多点智能控制。软件设计部分包括节点通信程序的设计和Android控制软件的设计，实现对网络中所有灯光节点的个性化控制，包括自定义分组、情景设定、颜色亮度调节等多种控制方式。该系统具有健壮的网络结构，易操作的控制界面，可根据用户需求实现蓝牙灯光网络的多点智能控制。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 短距离无线通信技术的发展现状及应用

1.3 灯光控制系统发展现状

1.4 本文研究内容和结构安排

第2章 蓝牙无线通信技术

2.1 蓝牙技术简介

2.2 蓝牙协议栈架构

2.3 网络拓扑

2.4 本章小结

第3章 无线Mesh网络原理及实现方法

3.1 无线Mesh网络概述

3.2 无线Mesh网络原理

3.3 无线Mesh网络的实现方法

3.4 蓝牙Mesh网络设计

3.5 本章小结

第4章 蓝牙Mesh网络路由技术研究

4.1 蓝牙Mesh网络路由技术

4.2 蓝牙Mesh网络路由协议设计

4.3 仿真实验研究

4.4 本章小结

第5章 蓝牙组网灯光控制设计

5.1 核心模块设计

5.2 蓝牙灯光节点设计

5.3 Android客户端应用程序设计

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 课题展望

致谢

参考文献

附录