基于蓝牙Mesh和NB-IoT的智能家居系统设计与应用

发布时间：2022-12-06 00:23

　　随着近几年通讯技术的迅速发展,5G时代已经来临,让“万物互联”能够成为现实,而物联网技术也得以更加全面快速地发展。物联网相关的智能设备在人们日常的生活中有着越来越广泛的应用,智能家居设备也越来越受到人们的青睐,给人类带来进一步的生活改善。因此,本文设计了一套基于蓝牙Mesh和NB-IoT的智能家居系统。其主要工作如下:第一,针对蓝牙Mesh网络目前采用泛洪算法在节点数量较多时导致传输效率低的问题。本文提出了一种基于信号强度的广播算法,该算法通过信号强度来计算出节点坐标,继而通过最优覆盖模型选择下一个转发目标节点,在保证送达率的同时有效的降低了转发节点的数目和转发的次数,尽可能抑制冗余包和减少冲突重传。第二,针对目前无线Mesh网络拓扑结构单一,每个节点都是中转节点并且要求实时扫描来自邻居节点的消息包,从而导致蓝牙设备无法进行低功耗组网的问题。本文提出了一种改进的蓝牙Mesh网络拓扑结构,增加了朋友节点和低功耗节点,解决了蓝牙通信距离有限和低功耗组网的问题。Mesh网络中各个节点通过各类传感器与带有Nodic公司推出的超低功耗SoC芯片nRF52832的蓝牙5.0模块相结合,构成不同的M... 

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 智能家居研究现状
        1.2.2 蓝牙Mesh组网研究现状
    1.3 主要研究内容
    1.4 论文的组织结构
第2章 智能家居系统相关技术研究
    2.1 无线Mesh拓扑结构
    2.2 蓝牙技术
        2.2.1 蓝牙5.0
        2.2.2 蓝牙协议栈
        2.2.3 广播和建立连接
    2.3 NB-IoT技术
        2.3.1 NB-IoT简介
        2.3.2 NB-IoT网络架构
    2.4 嵌入式相关技术
        2.4.1 ARM处理器
        2.4.2 uC/OS-Ⅱ操作系统
        2.4.3 StemWin图像界面软件包
    2.5 智能家居系统体系架构
    2.6 本章小结
第3章 基于信号强度的空间覆盖MESH组网算法
    3.1 常见的Mesh组网算法介绍
    3.2 算法的设计思想
        3.2.1 正六边形节点覆盖模型
        3.2.2 圆盘覆盖模型
        3.2.3 蓝牙RSSI的距离换算
    3.3 算法设计
        3.3.1 圆盘模型下的广播算法
        3.3.2 SSCF广播算法
    3.4 Mesh网络仿真测试
        3.4.1 评价标准
        3.4.2 算法仿真与性能分析
    3.5 本章小结
第4章 智能家居系统MESH网络的设计与实现
    4.1 改进后的蓝牙Mesh网络拓扑
    4.2 无线通信协议的设计
    4.3 Mesh网络节点的硬件电路设计
        4.3.1 智能LED灯
        4.3.2 温湿度传感器
        4.3.3 烟雾报警器
    4.4 Mesh网络节点的软件设计
        4.4.1 环境配置及初始化
        4.4.2 中转节点功能设计
        4.4.3 朋友节点功能设计
        4.4.4 低功耗节点功能设计
    4.5 本章小结
第5章 智能家居控制器网关的设计与实现
    5.1 智能家居控制器网关的硬件结构
    5.2 控制器网关硬件电路设计
        5.2.1 外围电路设计
        5.2.2 TFT-LCD接口电路设计
        5.2.3 触摸屏电路设计
        5.2.4 NB-IoT模块电路设计
        5.2.5 蓝牙模块接口电路设计
    5.3 蓝牙5.0 通信模块
        5.3.1 蓝牙芯片的分析与选型
        5.3.2 外围电路设计
    5.4 控制器网关的软件设计
        5.4.1 uC/OS-Ⅲ操作系统的移植
        5.4.2 用户GUI操作界面的设计
        5.4.3 蓝牙模块通信设计
        5.4.4 NB-IoT模块软件设计
    5.5 本章小结
第6章 智能家居系统实例测试
    6.1 控制器网关硬件平台
    6.2 控制器网关的功能性测试
        6.2.1 Mesh组网灯控测试
        6.2.2 温湿度采集测试
        6.2.3 物联网云平台连接测试
    6.3 系统性能测试
        6.3.1 蓝牙传输距离测试
        6.3.2 低功耗节点功耗测试
    6.4 本章小结
第7章 论文总结与展望
    7.1 论文总结
    7.2 展望
参考文献
致谢
在学期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]蓝牙5和蓝牙Mesh网络:支持工业4.0应用实例[J]. Pelle Svensson.  数字通信世界. 2018(S1)
[2]消费级物联网中的通信协议与标准[J]. 吴韶波,王明浩.  物联网技术. 2017(12)
[3]基于BLE Mesh组网应用系统设计[J]. 曾胡涛,黄晁,白玉军.  传感器与微系统. 2017(12)
[4]BLE Mesh网络协议综述[J]. 徐春燕,肖扬文,蔡敏.  电子技术应用. 2017(04)
[5]基于蓝牙4.0技术智能灯泡的设计与实现[J]. 张少华,魏志远.  物联网技术. 2015(04)
[6]短距离的信息传输中的无线通信技术分析[J]. 周薇薇.  电子制作. 2013(15)
[7]一种基于IPv6和低功耗蓝牙的物联网体系结构[J]. 王剑锋,陈灿峰,刘嘉,郗闽军.  计算机科学. 2013(05)
[8]浅谈WiFi技术应用及其发展前景[J]. 王红梅.  科技创业家. 2012(17)
[9]智能家庭网关设计及其物联网应用[J]. 章坚武,颜欢,包建荣.  计算机工程. 2011(18)
[10]多跳无线网络中无需邻节点信息的空间覆盖广播算法[J]. 刘靖永,李乐民,景小荣.  电子与信息学报. 2010(10)

博士论文
[1]蓝牙数据传输增强技术研究及其基带芯片设计实现[D]. 徐飞.西安电子科技大学 2013

硕士论文
[1]基于OpenWrt和BLE Mesh的智能家居终端控制系统的设计与实现[D]. 涂蓝.江西理工大学 2016
[2]基于蓝牙4.0的自组网家庭控制系统的研究与设计[D]. 刘丽萍.北方工业大学 2016
[3]BLE Mesh网络及协议的研究与应用[D]. 侯立阳.华东师范大学 2016
[4]基于物联网的智能家居控制系统设计[D]. 姜宇航.吉林大学 2014
[5]WLAN Mesh网络认证协议研究[D]. 王立.西安电子科技大学 2012
[6]上海无线城市建设模式研究[D]. 顾丹.上海交通大学 2010



本文编号：3710667