CN110351929B

CN110351929B - 一种基于蓝牙技术的无线灯具控制系统

Info

Publication number: CN110351929B
Application number: CN201910643073.5A
Authority: CN
Inventors: 蔡毅; 陈雨科; 顾逸飞
Original assignee: Suzhou Palin Software Technology Co ltd
Current assignee: Suzhou Palin Software Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2019-07-17
Filing date: 2019-07-17
Publication date: 2021-11-16
Anticipated expiration: 2039-07-17
Also published as: CN110351929A

Abstract

本发明涉及一种基于蓝牙技术的无线灯具控制系统，包括：一个手机端，手机端为每个蓝牙模块设置编号、为每个蓝牙模块配置密钥、导入显示内容到蓝牙模块、以及向蓝牙模块发送控制命令；若干个蓝牙模块，每个蓝牙模块接收并存储显示内容，同时接受控制命令，再根据控制命令控制与之对应连接的灯具；手机端采用第一加密方式为所述蓝牙模块配置密钥，所述手机端采用第二加密方式连接已配置密钥的蓝牙模块，且手机端每次连接蓝牙模块时采用的第二加密方式与对应配置的密钥均不同；采用无线信号的传输方式，方便灯具布置及后期维护；手机与蓝牙模块之间采用加密传输，安全可靠；每一次连接时都能采用不同的随机数实现加密连接，降低信息泄露的可能。

Description

一种基于蓝牙技术的无线灯具控制系统

技术领域

本发明涉及灯具控制的技术领域，具体涉及一种基于蓝牙技术的无线灯具控制系统。

背景技术

现有技术中，对于灯具的控制方式有多种且各具特点，例如附图1所示，DMX512协议主要用于舞台灯控制及LED灯具控制，其优势在于通过采用一点一地址的通信方式，各灯具及通讯方式相互并联，一个灯损坏对其它灯具无影响，但由于其采用有线的控制方式，存在线路多，布置复杂，维护困难的问题。

此外，如附图2所示，现有技术中近年来还出现了通过蓝牙技术实现灯具控制的构思方案，其在实现高速连接和控制的基础上，还实现了无线信号传输，解决了有线布置方式中线路多，布置复杂，维护困难的问题，然而由于该方案需要通过手机与蓝牙模块之间实现无线信号传输，因而只能实现手机端与蓝牙模块之间的1对1的控制方式。

另外，现有技术中还存在有通过蓝牙SIGMESH实现灯控的系统，如附图3所示，其在实现了无线传输，且能通过一个手机端实现对多个设备的控制的同时，存在传输速度慢，多设备同步性差的缺点。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足和缺陷，本发明提供了一种基于蓝牙技术的无线灯具控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于蓝牙技术的无线灯具控制系统，该系统包括：蓝牙控制模块，所述蓝牙控制模块接收并存储显示内容，同时接受控制命令并向蓝牙模块转发控制命令，再根据控制命令控制与之对应连接的灯具；智能设备端，所述智能设备端为各个蓝牙模块设置编号、为各个蓝牙模块配置密钥、导入显示内容到蓝牙模块、以及向蓝牙模块发送控制命令；若干个蓝牙模块，各个所述蓝牙模块接收并存储显示内容，同时接受蓝牙控制模块转发的控制命令，再根据控制命令控制与之对应连接的灯具；且所述蓝牙控制模块为若干个蓝牙模块中指定的任一个。

进一步地，其中所述蓝牙控制模块通过BLE广播包向各个所述蓝牙模块转发控制命令，各个所述蓝牙模块通过SCAN模式监听广播内容以接受控制命令。

进一步地，其中，所述智能设备端采用第一加密方式为各个所述蓝牙模块配置密钥，所述智能设备端采用第二加密方式连接已配置密钥的蓝牙模块，且智能设备端每次连接蓝牙模块时采用的第二加密方式与对应配置的密钥均不同。

进一步地，其中所述智能设备端为各个所述蓝牙模块配置密钥的第一加密方式为：

（1）智能设备端生成密钥A；

（2）智能设备端使用固定密钥B将包含随机数C的密钥A加密后发送给蓝牙模块；

（3）蓝牙模块存储密钥A，并记录随机数C；

（4）智能设备端和蓝牙模块使用密钥A和随机数C同时生成密钥D；

（5）智能设备端和蓝牙模块使用密钥D进行通信。

进一步地，其中所述智能设备端连接已配置密钥的蓝牙模块的第二加密方式为：

（1）智能设备端使用密钥A将对应于密钥A的随机数随机数C’、以及根据密钥A 和随机数C’生成的校验值加密后发送给蓝牙模块；

（2）蓝牙模块使用密钥A解密数据，获得随机数C’和校验值，并进行校验，当校验成功时则记录下C’；

（3）智能设备端和蓝牙模块使用密钥A和随机数C’同时生成密钥D’；

（4）智能设备端和蓝牙模块使用密钥D’进行通信。

进一步地，用户根据显示内容信息和灯具物理位置使用智能设备端给各个所述蓝牙模块设置序号。

进一步地，所述智能设备端读取指定格式的显示内容。

进一步地，所述智能设备端能够转换显示内容的格式。

进一步地，所述控制命令至少包括起始索引命令、终止索引命令、开始播放命令、播放速度调节命令、播放亮度调节命令、以及停止播放命令。

进一步地，各个所述蓝牙模块与对应连接的灯具之间还设置有电控单元。

本发明的有益效果是：

（1）采用无线信号的传输方式，方便灯具的安装布置及后期的维护。

（2）手机端在导入显示内容到蓝牙模块时采用蓝牙连接的方式进行组网，由于模块数量及图片数量可能很大，可以节省大量时间。

（3）整个系统中通过手机端把控制命令发送给蓝牙控制模块，由蓝牙控制模块通过BLE广播包向蓝牙模块转发控制命令，这样可以避免不同手机广播性能差异造成的影响。

（4）手机端与蓝牙模块之间采用加密传输，安全可靠；且手机端采用第一加密方式为蓝牙模块配置密钥，手机端采用第二加密方式连接已配置密钥的蓝牙模块，且手机端每次连接蓝牙模块时采用的第二加密方式与对应配置的密钥随机数均不同，使得每一次连接时都能采用随机数进行实现加密连接，进一步降低信息泄露的可能。

（5）由于预先存储了播放内容，实际控制中只需要传输一个索引序号值，传输内容少，以此来解决无线传输中的速度限制，实现高速播放的同时实现一个手机端同时控制位于射频信号覆盖范围内的多个蓝牙模块。

（6）所有操作一个手机就可以完成，操作简单。

附图说明

图1为现有技术中采用DMX512协议的灯具控制系统的结构示意图；

图2为现有技术中采用蓝牙技术的灯具控制系统的结构原理图；

图3为现有技术中采用蓝牙SIGMESH的灯具控制系统的结构原理图；

图4为本发明中手机端为蓝牙模块设置编号的原理图；

图5为本发明一种基于蓝牙技术的无线灯具控制系统的结构示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图4-5所示，一种基于蓝牙技术的无线灯具控制系统，包括：

至少一个手机端，手机端为每个蓝牙模块设置编号、为每个蓝牙模块配置密钥、导入显示内容到蓝牙模块、以及向蓝牙模块发送控制命令；

至少一个蓝牙控制模块，蓝牙控制模块接收并存储显示内容，同时接受控制命令并向蓝牙模块转发控制命令，再根据控制命令控制与之对应连接的灯具；

若干个蓝牙模块，每个蓝牙模块接收并存储显示内容，同时接受蓝牙控制模块转发的控制命令，再根据控制命令控制与之对应连接的灯具；且所述蓝牙控制模块为若干个蓝牙模块中指定的任一个；

其中，手机端采用第一加密方式为所述蓝牙模块配置密钥，所述手机端采用第二加密方式连接已配置密钥的蓝牙模块，且手机端每次连接蓝牙模块时采用的第二加密方式与对应配置的密钥均不同。

其中，优选地，第一加密方式和第二加密方式不同。

具体地，其中蓝牙控制模块通过BLE广播包向蓝牙模块发送控制命令，各个蓝牙模块通过SCAN模式监听广播内容以接受控制命令，从而使得延时时间小于1ms，保证蓝牙控制模块转发控制命令及蓝牙模块接受控制命令及时有效。

每个蓝牙模块有自己唯一地址mac。

手机端连接蓝牙模块后根据蓝牙模块的mac和预设固定算法生成固定密钥B；同时，蓝牙模块根据自己的mac和预设固定算法生成固定密钥B。

手机端和蓝牙模块采用的预设固定算法相同，蓝牙模块mac地址是确定的，所以手机端和蓝牙模块能生成同样的密钥B并进行加密/解密。

对于不同的蓝牙模块，由于mac地址变化，导致固定密钥B变化，但手机端和蓝牙模块得到的密钥B是相同的。

例如，假设蓝牙模块X和蓝牙模块Y，它们的地址mac分别为 x和y。

手机端给蓝牙模块X配置时，密钥XB=算法(x)，手机端和蓝牙模块X可以算出同样的密钥XB。

手机端给蓝牙模块Y配置时，密钥YB=算法(y) ，手机端和蓝牙模块Y可以算出同样的密钥YB。

而密钥XB和密钥YB是不同的。

具体地，其中所述手机端为所述蓝牙模块配置密钥的第一加密方式为：

（1）手机端生成包含随机数C的密钥A；

（2）手机端使用固定密钥B将包含随机数C的密钥A加密后发送给蓝牙模块；

（3）蓝牙模块存储密钥A，并记录随机数C；

（4）手机端和蓝牙模块使用密钥A和随机数C同时生成密钥D；

（5）手机端和蓝牙模块使用密钥D进行通信。

通过采用加密方式的密钥A实现加密传输，而且后期传输过程中并不直接使用密钥A，来保证密钥A的安全性。

具体地，其中所述手机端连接已配置密钥的蓝牙模块的第二加密方式为：

（1）手机端使用密钥A将对应于密钥A的随机数随机数C’、以及根据密钥A 和随机数C’生成的校验值加密后发送给蓝牙模块；

（3）手机端和蓝牙模块使用密钥A和随机数C’同时生成密钥D’；

（4）手机端和蓝牙模块使用密钥D’进行通信。

通过每次连接都采用不同加密方式来增加破解密钥的难度，以保证安全性，同时在传输过程中并不直接使用密钥A，来保证密钥A的安全性。

具体地，所述随机数C中包含通过密钥A和随机数C生成密钥D的生成方法，所述随机数C’中包含通过密钥A和随机数C’生成密钥D’的生成方法，由于在每次通过手机端连接蓝牙模块时，随机数都是根据相应密钥随机产生的，因而在每次连接时，都会产生不一样的随机数，从而使得手机端每次连接蓝牙模块时采用的第二加密方式与对应配置的密钥随机数均不同，使得每一次连接时都能采用随机数进行实现加密连接，进一步降低信息泄露的可能。

手机端使用密钥A将根据密钥A 和随机数C’生成的校验值加密后发送给蓝牙模块。

具体地，每个蓝牙模块与对应连接的灯具之间还设置有电控单元，每个蓝牙模块根据控制命令通过该电控单元实现对相应灯具的控制。

具体地，用户根据显示内容信息和灯具物理位置使用手机端给每个蓝牙模块设置序号，具体如图4所示，设置灯具所处物理位置的列数为W，行数为h，则灯具序号设置如图4中所示，其中灯具总数为W*h，该方式可以根据灯具的总数量和灯具具体所处的位置空间具体确定各灯具的排布及设置编号，并在此基础上具体为各灯具进行编号，例如，当灯具总数为6个时，此时W*h为6，当选取3行2列的排布方式时，此时编号结果为下表1所示

表1 灯具总数为6个时采用3行2列的灯具编号表

0	1	2
			3	4	5

当选取2行3列的排布方式时，此时编号结果为下表2所示

表2 灯具总数为6个时采用2行3列的灯具编号表

0	1
		2	3
4	5

具体地，手机端读取指定格式的显示内容，以保证后续从手机端导入的显示内容能够经手机端转换为本系统所规定的统一格式。具体地，手机端能够转换显示内容的格式，从而将手机端所导入的显示内容的格式转换为本系统所规定的统一格式再传输给蓝牙模块。例如，当显示内容为图片文件时，手机端读取指定格式的图片文件，如bmp，jgeg等，再由手机端将其转换成本系统所规定的格式例如jpg并传输给蓝牙模块，在增大可导入的显示内容的格式范围的同时，保证以相同的规定的格式实现显示内容在本系统内部从手机端向蓝牙模块的传输，以同时实现该系统的可导入显示内容范围广、传输显示内容准确无丢失的效果。

具体地，控制命令至少包括起始索引命令、终止索引命令、开始播放命令、播放速度调节命令、播放亮度调节命令、以及停止播放命令；其中起始索引命令用于开启显示内容的索引，终止索引命令用于关闭显示内容的索引，开始播放命令和停止播放命令用于开启和关闭显示内容的播放功能，播放速度调节命令及播放亮度调节命令则用于调节显示内容播放时的播放速度及播放亮度。

作为进一步的优选，本发明在手机端导入显示内容至蓝牙模块时采用connectedmesh的连接方式，相对于基于SIG协议的连接方式而言，采用connected mesh的连接方式具备以下优点：

（1）添加设备时connected mesh的连接方式比基于SIG协议的连接方式简单快速；SIG mesh配置一个模块需要10秒以上，而connected mesh配置一个模块小于2s；对于大规模系统而言，可以节省添加设备的时间。

（2）connected mesh的连接方式比基于SIG协议的连接方式网内传输速度更快，模块与模块之间直接采用蓝牙连接的方式进行组网，网内传输速率可达2KB/s，而SIG mesh网内传输速度小于100B/s；而在手机端导入显示内容到蓝牙模块时由于模块数量及图片数量可能很大，可以节省大量时间。

例如，以100个模块，10000张图片的显示内容举例：

需要导入的数据长度=模块数 * 每个像素对应的RGBW值(4bytes)* 图片数量=100 * 4 * 10000 = 4000000 bytes。

如果在手机端采用connected mesh导入方式需要 4000000 / 2000 = 2000 秒(约33分钟)。

而在手机端采用 sig mesh导入方式则需要 4000000 / 100 = 40000秒 (约666分钟)。

根据以上计算可知采用connected mesh 作为图片导入的方式相对于采用sigmesh导入方式可节省约10小时导入时间。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims

1.一种基于蓝牙技术的无线灯具控制系统，其特征在于：该系统包括：

蓝牙控制模块，所述蓝牙控制模块接收并存储显示内容，同时接受控制命令并向蓝牙模块转发控制命令，再根据控制命令控制与之对应连接的灯具；

智能设备端，所述智能设备端为各个蓝牙模块设置编号、为各个蓝牙模块配置密钥、导入显示内容到蓝牙模块、以及向蓝牙模块发送控制命令；

若干个蓝牙模块，各个所述蓝牙模块接收并存储显示内容，同时接受蓝牙控制模块转发的控制命令，再根据控制命令控制与之对应连接的灯具；且所述蓝牙控制模块为若干个蓝牙模块中指定的任一个；

其中，所述智能设备端采用第一加密方式为各个所述蓝牙模块配置密钥，所述智能设备端采用第二加密方式连接已配置密钥的蓝牙模块，且智能设备端每次连接蓝牙模块时采用的第二加密方式与对应配置的密钥均不同。

2.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙技术的无线灯具控制系统，其特征在于：其中所述蓝牙控制模块通过BLE广播包向各个所述蓝牙模块转发控制命令，各个所述蓝牙模块通过SCAN模式监听广播内容以接受控制命令。

3.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙技术的无线灯具控制系统，其特征在于：其中所述智能设备端为各个所述蓝牙模块配置密钥的第一加密方式为：

（1）智能设备端生成密钥A；

（3）蓝牙模块存储密钥A，并记录随机数C；

（5）智能设备端和蓝牙模块使用密钥D进行通信。

4.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙技术的无线灯具控制系统，其特征在于：其中所述智能设备端连接已配置密钥的蓝牙模块的第二加密方式为：

（4）智能设备端和蓝牙模块使用密钥D’进行通信。

5.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙技术的无线灯具控制系统，其特征在于：用户根据显示内容信息和灯具物理位置使用智能设备端给各个所述蓝牙模块设置序号。

6.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙技术的无线灯具控制系统，其特征在于：所述智能设备端读取指定格式的显示内容。

7.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙技术的无线灯具控制系统，其特征在于：所述智能设备端能够转换显示内容的格式。

8.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙技术的无线灯具控制系统，其特征在于：所述控制命令至少包括起始索引命令、终止索引命令、开始播放命令、播放速度调节命令、播放亮度调节命令、以及停止播放命令。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种基于蓝牙技术的无线灯具控制系统，其特征在于：各个所述蓝牙模块与对应连接的灯具之间还设置有电控单元。