CN101399736A - 基于ZigBee技术的遥控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于ZigBee技术的遥控系统,其包括:ZigBee红外遥控器、ZigBee无线网络、ZigBee远程监控网关、GSM网和手机;ZigBee红外遥控器用于作为终端节点自动加入已建立的ZigBee无线网络并与ZigBee无线网络进行无线通讯;GSM网经ZigBee远程监控网关与ZigBee无线网络进行无线通讯;手机发出家电控制命令经GSM网送至ZigBee远程监控网关,ZigBee远程监控网关对该家电控制命令进行重新打包,并经ZigBee无线网络送至ZigBee红外遥控器;ZigBee红外遥控器根据所述家电控制命令输出相应的红外线控制信号至待遥控的家电,以实现相应的家电控制。

Description

基于ZigBee技术的遥控系统技术领域本发明涉及一种基于ZigBee技术的遥控系统。 背景4支术近年来,无线传感器网络(wireless sensor network, WSN)的研究 开发取得了日新月日的进步,其应用正在向人类生活的各个领域延伸和扩 展。MIT技术评论(Technology Review)在预测未来技术发展的报告中, 将其列为改变世界的10大新技术之一。2001年,Honeywell、 Invensys、 三菱电机、Motorola、 Phi 1 ips等世界知名公司联合组建了 ZigBee联盟, 于2005年1月发表了基于802. 15. 4标准的第一个ZigBee规范Ver. 1. 0。 从此,基于ZigBee规范的无线传感器网络技术变成了研究热点。目前的智能家居网络系统还主要以有线形式为主,无线只是作为有线 的补充。这类智能家居系统在制造费用、能量消耗和以及使用灵活性等方 面存在着较大的缺陷。为了解决一般智能家居系统存在的问题,人们提出 了采用ZigBee无线传感器技术构建智能家居系统的方案。ZigBee、蓝牙 (Bluetooth )、超宽带(UWB: UUra Wide Band)是现代短距离无线通信 的主要技术,它们都可以构建无线传感器网络。虽然,B和蓝牙的数据传 输速率都比ZigBee高,但是在传输距离和能量消耗方面,ZigBee占据着绝 对的优势。因此,采用ZigBee无线传感器网络的智能家居产品具有广阔的 市场前景。中国专利文献公开号CN101276508公开了一种基于Zigbee技术的电器 遥控系统,包括手持式遥控系统和配合该遥控系统工作的遥控终端发射器, 手持式遥控系统包括单片机以及分别与单片机相连的LCD显示模块、触摸 屏输入模块和外扩存储模块;遥控终端发射器包括单片机及与其相连的红外发射管;手持式遥控系统与遥控终端发射器通过无线电信号连接;外扩 存储模块预存有各个不同电路生产商的各种用电器的各个不同型号相应的 遥控控制代码。
上述现有技术的不足之处在于:采用手持式遥控系统遥控终端发射器,由于手持式遥控系统不便于用户携带,防碍了该方案的推广应用。 发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种使用方便且利于推广应用的基于ZigBee技术的遥控系统。为了解决上述技术问题,本发明提供了 一种基于ZigBee技术的遥控系 统,其包括:用于控制家电的ZigBee红外遥控器、ZigBee无线网络、ZigBee 远程监控网关、GSM网和与GSM网相无线通讯的手机;ZigBee红外遥控器 用于作为终端节点自动加入已建立的ZigBee无线网络并与ZigBee无线网 络进行无线通讯;GSM网经ZigBee远程监控网关与ZigBee无线网络进行无 线通讯;手机发出家电控制命令经GSM网送至ZigBee远程监控网关,ZigBee 远程监控网关对该家电控制命令进行重新打包,并经ZigBee无线网络送至 ZigBee红外遥控器;ZigBee红外遥控器根据所述家电控制命令输出相应的 红外线控制信号至待遥控的家电,以实现相应的家电控制。所述ZigBee远程监控网关包括:用于作为另 一终端节点自动加入已建 立的ZigBee无线网络并与ZigBee无线网络进行无线通讯的第一 ZigBee模 块、与第一 ZigBee模块的数据输入输出端相连的用于完成ZigBee无线网 络、GSM网和Internet网之间的数据交换和协议变换的中央控制单元、与 中央控制单元相连的用于与GSM网络相无线通讯的GSM模块、以及与中央 控制单元相连的用于与以太网相联的以太网模块。所述ZigBee红外遥控器包括:用于与ZigBee无线网络进行无线通讯 的第二 ZigBee模块、与第二 ZigBee模块相连的单片机、与单片机相连的 用于向家电发射红外遥控信号的红外发射电路。所述ZigBee远程监控网关还包括:与第一 ZigBee模块相连的用于连 接PC机的USB模块;PC机发出家电控制信息经USB模块送至第一 ZigBee 模块;第一 ZigBee模块将该家电控制信息重新打包后经ZigBee无线网络 送至ZigBee红外遥控器;ZigBee红外遥控器根据所述家电控制信息输出相 应的红外线控制信号至待遥控的家电,以实现相应的家电控制。与现有技术相比,本发明具有以下积极效果:(1 )本发明的基于ZigBee 技术的遥控系统,可以通过手机发出家电控制命令依次经GSM网送、ZigBee
远程监控网关和ZigBee无线网络控制ZigBee红外遥控器,进而控制家电 的工作状态,操作使用方便,对用户而言无需携带其他设备,故而使用方 便且利于推广应用。该系统充分利用了 GSM公共移动电话或以太网等远距 离通信技术,实现远程控制家电的目的。该系统的各个模块采用插件连接, 可以根据需要灵活的选择所需要的模块,从而降低了成本,也易于维修和 升级,减小技术更新带来的成本增加等问题。(2)本发明中,ZigBee远程 监控网关用于完成ZigBee无线网络、GSM网和Internet网之间的数据交换 和协议变换,实现了三种网络的互联,进一步为该系统的推广应用提供了 方便。(3)本发明中,ZigBee红外遥控器的红外发射电路用于将遥控编码 信号转化成红外信号发送到家电的红外接收电路,从而实现家电遥控功能。 (4 )本发明中,PC机用于驱动USB模块并将USB模块接收到的数据显示在 软件数据显示区内以及将数据写入文档,同时用于通过管理软件的信息输 入窗口并发送控制命令或数据给USB模块。附图说明图1为实施例1的基于ZigBee技术的遥控系统的结构示意图; 图2为上述遥控系统中的ZigBee远程监控网关的结构示意图; 图3为上述遥控系统中的ZigBee红外遥控器的结构示意图; 图4为ZigBee红外遥控器的单片机和红外发射电路的电路原理图; 图5为ZigBee无线网络与PC机通过USB接口进行数据收发的程序流 程框图;图6为ZigBee无线网络与ZigBee红外遥控器进行通讯的程序流程图。具体实施方式(实施例1 )见图1-2,本实施例的基于ZigBee技术的遥控系统包括:用于控制家 电8的ZigBee红外遥控器7、 ZigBee无线网络2、 ZigBee远程监控网关1 、 GSM网3和与GSM网3相无线通讯的手才几9。其中,ZigBee红外遥控器7的 红外线输出端与家电8的红外线接受端相对设置。ZigBee红外遥控器7用于作为终端节点自动加入已建立的ZigBee无线 网络2并与ZigBee无线网络2进行无线通讯。GSM网3经ZigBee远程监控网关1与ZigBee无线网络2进行无线通讯。
工作时,手机9发出家电控制命令经GSM网3送至ZigBee远程监控网 关1, ZigBee远程监控网关1对该家电控制命令进4亍重新打包,并经ZigBee 无线网络2送至ZigBee红外遥控器7; ZigBee红外遥控器7根据所述家电 控制命令输出相应的红外线控制信号至待遥控的家电8,以实现相应的家电控制。见图2,所述ZigBee远程监控网关1包括:用于作为另一终端节点自 动加入已建立的ZigBee无线网络2并与ZigBee无线网络2进行无线通讯 的第一 ZigBee模块101、与第一 ZigBee模块101的数据输入输出端相连的 用于完成ZigBee无线网络2、 GSM网3和Internet网之间的数据交换和协 议变换的中央控制单元102、与中央控制单元102相连的用于与GSM网络3 相无线通讯的GSM;f莫块105、以及与中央控制单元102相连的用于与以太网 5相if关的以太网才莫块107。中央控制单元102采用16位低功耗单片机MSP430为控制核心,丰富 的片内外设可使整个电路变得异常简化,大量的寄存器以及片内数据存储 器使之具有强大的处理能力,而且减小了系统的功耗和体积。见图3, ZigBee红外遥控器7包括:用于与ZigBee无线网络2进行无 线通讯的第二 ZigBee模块701、与第二 ZigBee模块701相连的单片机702、 与单片机702相连的用于向家电8发射红外遥控信号的红外发射电路703。见图2,所述ZigBee远程监控网关1还包括:与第一 ZigBee模块101 相连的用于连接PC机4的USB模块103、与中央控制单元102相连的用于 输入和显示控制信息的触摸屏108和用于录放语音的语音模块106,且语音 模块106的语音输出端与GSM模块105的语音输入端相连,以便于远程通 话或录音。第一 ZigBee模块101采用型号为CC2430的射频芯片,用于接收ZigBee 无线网络2发送过来的数据并将数据发送给USB模块103,同时用于接收 USB模块103发送的命令或数据并将命令或数据发送到ZigBee无线网络2 中指定的节点。语音模块105的核心器件是美国ISD公司的4002芯片,该芯片采用多 电平直接模拟量存储技术,每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中,因此 能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声,避免了一般固体录 音电路因量化和压缩造成的量化噪声和"金属声"。
所述第二 ZigBee模块701采用采用Jennie公司的射频芯片JN5139。 它是Jennie公司推出第二代无线孩i控制器JN513x系列产品。该产品是一 款低成本、低功耗,内建存贮器192kB ROM和96kB RAM,可以充分发挥32 位RISC单芯片处理机的超强运算能力,实现瞬间响应和较长待机时间的低 功耗运行,采用128比特AES加密的安全语音通信,实现超过200米的通 信距离,比蓝牙拥有更多的可访问节点,完美实现复杂的应用与ZigBee或 其他通讯协定软件的结合。它可用于各种ZigBee无线网络节点,包括协调 器、路由器核终端设备等。本设计采用了 Jennie公司提供的JN54139提供 的射频模块,降低的设计的难度,减少了用户的开发成本,保证了通信的 距离和稳定性。而且该模块分为低功率和高功率两种,低功率模块可以在 IOO米范围内通信,高功率模块可以在1000米范围内通信,可以根据需要 选择模块的种类。单片机702采用8位51单片机STC89C52为控制核心。因为本遥控器 的单片机系统主要起到根据空调遥控命令,输出相应的红外编码的作用, 51单片机可以满足上述功能的要求。而且该51单片机设计简单,价格低廉, 降低了设计和制作成本。见图4,红外发射电路703采用常见的5,红外发射管和中功率三极 管进行设计,成本低廉。为了增加红外发射距离和角度,发射电路采用了 复合管和红外发射管阵列的设计方法。所述USB模块103是采用型号为C8051F320的用于接收第二 ZigBee模 块701发送的数据并将接收到的数据进行USB协议转换,然后发送到PC机 的USB接口 , USB模块103同时用于接收PC机4通过USB接口发送命令并 将命令发送给第二 ZigBee模块701。第一 ZigBee模块和第二 ZigBee模块701包括:微控制器、与微控制 器相连的用于连接射频天线的ZigBee射频前端和内存。PC机4发出家电控制信息经USB模块3送至第一 ZigBee模块101;第 一 ZigBee模块101将该家电控制信息重新打包后经ZigBee无线网络2送 至ZigBee红外遥控器7; ZigBee红外遥控器7根据所述家电控制信息输出 相应的红外线控制信号至待遥控的家电8,以实现相应的家电控制。见图5,当第二 ZigBee才莫块701上电启动时,首先进行初始化并加入 已经存在的ZigBee无线网络2,然后等待ZigBee无线网络2发送家电控制
命令;当接收到家电控制命令时,第二ZigBee模块701产生中断,并所述 家电控制命令送至单片机702;单片机702产生接收中断,进而对接收的控 制命令进行解释,并根据解释的结果生成相应的红外编码信号,并将该红 外编码信号通过红外发射电路703发送至待遥控的家电8,以实现相应的家 电控制。当所述ZigBee远程监控网关1收到来自以太网5的家电控制命令时, ZigBee远程监控网关1对其进行重新打包,并经ZigBee无线网络2送至 ZigBee红外遥控器7; ZigBee红外遥控器7根据所述家电控制命令输出相 应的红外线控制信号至待遥控的家电8,以实现相应的家电控制。当ZigBee远程监控网关1上电启动时,中央控制单元102首先对GSM 模块105和触摸屏1G8进行初始化。在初始化完成后,对触摸屏1Q8进行 循环查询,响应菜单的各种操作,并等待各模块的中断信号。当产生串口 接收中断,执行相关中断服务程序:第一 ZigBee模块101发送数据给中央 控制单元102,中央控制单元102将接收的数据发送给GSM模块105或以太 网模块107,从而实现远程传送监测的数据;GSM模块105或以太网模块107 将数据发送给中央控制单元102,中央控制单元102将收的数据发送给第一 ZigBee模块101。当第一 ZigBee模块101接收到ZigBee无线网络2的数据,通过串口 发送给中央控制单元102。当中央控制单元102将GSM模块105或以太网模 块107的数据发送给第一 ZigBee模块101,第一 ZigBee模块101将根据数 据的种类,发送到ZigBee无线网络2的相应节点。(应用例1 )使用手机或PC机远程控制家中的空调,控制命令按照下面的格式发送:l字节 l字节 2字节 1字节开启\关闭 制冷\制热 温度值 低风\中风\高风控制命令的表述根据人们的认知习惯制定,用汉语拼音的声母的首字母表示。"开启\关闭"用"k\g"表示,"制冷\制热"用"l\r,,表示,"温 度值"用阿拉伯数字表示,"低风\中风\高风制冷\制热"用"d\z\g"表示。 例如"kr26z"表述开启空调,制热26度,中风。

Claims (7)

1、一种基于ZigBee技术的遥控系统,其特征在于包括:用于控制家电(8)的ZigBee红外遥控器(7)、ZigBee无线网络(2)、ZigBee远程监控网关(1)、GSM网(3)和与GSM网(3)相无线通讯的手机(9);ZigBee红外遥控器(7)用于作为终端节点自动加入已建立的ZigBee无线网络(2)并与ZigBee无线网络(2)进行无线通讯;GSM网(3)经ZigBee远程监控网关(1)与ZigBee无线网络(2)进行无线通讯;手机(9)发出家电控制命令经GSM网(3)送至ZigBee远程监控网关(1),ZigBee远程监控网关(1)对该家电控制命令进行重新打包,并经ZigBee无线网络(2)送至ZigBee红外遥控器(7);ZigBee红外遥控器(7)根据所述家电控制命令输出相应的红外线控制信号至待遥控的家电(8),以实现相应的家电控制。
2、 根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的遥控系统,其特征在于: 所述ZigBee远程监控网关(1)包括:用于作为另 一终端节点自动加入已 建立的ZigBee无线网络(2)并与ZigBee无线网络(2)进行无线通讯的 第一 ZigBee模块(101)、与第一 ZigBee模块(101)的数据输入输出端相 连的用于完成ZigBee无线网《各(2)、 GSM网(3)和Internet网之间的凄t 据交换和协议变换的中央控制单元(102 )、与中央控制单元(102 )相连的 用于与GSM网络(3 )相无线通讯的GSM模块(105 )、以及与中央控制单元(102)相连的用于与以太网(5)相联的以太网模块(107)。
3、 根据权利要求1或2所述的基于ZigBee技术的遥控系统,其特征 在于:所述ZigBee红外遥控器(7)包括:用于与ZigBee无线网络(2) 进行无线通讯的第二 ZigBee模块(701)、与第二 ZigBee模块(701)相连 的单片机(702 )、与单片机(702 )相连的用于向家电(8)发射红外遥控 信号的红外发射电路(703 )。
4、 根据权利要求2所述的基于ZigBee技术的遥控系统,其特征在于: 所述ZigBee远程监控网关(1 )还包括:与第一 ZigBee模块(101 )相连 的用于连接PC机(4 )的USB模块(103);PC机(4 )发出家电控制信息经USB模块(3 )送至第一ZigBee模块(101 ); 第一 ZigBee模块(101)将该家电控制信息重新打包后经ZigBee无线网络 (2 )送至ZigBee红外遥控器(7 ); ZigBee红外遥控器(7 )根据所述家电 控制信息输出相应的红外线控制信号至待遥控的家电(8),以实现相应的 家电控制。
5、根据权利要求3所述的基于ZigBee技术的遥控系统,其特征在于: 当第二 ZigBee模块(701)上电启动时,首先进行初始化并加入已经存在 的ZigBee无线网络(2),然后等待ZigBee无线网络(2)发送家电控制命 令;当接收到家电控制命令时,第二 ZigBee模块(701)产生中断,并所 述家电控制命令送至单片机(702 );单片机(702 )产生接收中断,进而对 接收的控制命令进行解释,并根据解释的结果生成相应的红外编码信号, 并将该红外编码信号通过红外发射电路(703 )发送至待遥控的家电(8), 以实现相应的家电控制。
6、 根据权利要求1或2所述的基于ZigBee技术的遥控系统,其特征在 于:当所述ZigBee远程监控网关(1)收到来自以太网(5)的家电控制命 令时,ZigBee远程监控网关(1 )对其进行重新打包,并经ZigBee无线网 络(2 )送至ZigBee红外遥控器(7 ); ZigBee红外遥控器(7 )根据所述家 电控制命令输出相应的红外线控制信号至待遥控的家电(8),以实现相应 的家电控制。
7、 根据权利要求2所述的基于ZigBee技术的遥控系统,其特征在于: 所述ZigBee远程监控网关(1)还包括:与中央控制单元(102)相连的用 于输入和显示控制信息的触摸屏(108 )和用于录放语音的语音模块(106 ), 且语音模块(106)的语音输出端与GSM模块(105)的语音输入端相连。
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