CN101431348A - 家居无线网络系统及其通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种家居无线网络系统，包括：上位机，用于控制下位机，其包括第一通信模块；下位机，其为家用电器，其包括：第二通信模块；控制器，用于控制下位机的运行；通讯接口板，用于耦合第二通信模块与控制器，其包括数据处理单元，用于将来自第二通信模块的数据包转换成适合于控制器的格式，以及将来自控制器的数据包转换成适合于第二通信模块的格式；其中，第一和第二通信模块之间以ZigBee协议进行无线通信。本发明实现了低功耗的家居无线网络系统，能够显著地节省电力，提高了家居无线网络系统的易用性。

Description

家居无线网络系统及其通信方法

技术领域

本发明涉及家用电器，具体而言，涉及一种家居无线网络系统及其通信方法。

背景技术

随着信息化的普及，数字化高科技已越来越多地进入家庭之中，家庭中的电脑、家电越来越多，而人们居住环境的改善，使各种电脑、家电之间的通信、合理的布线等需求也越来越强烈，各种智能化的家用电器和设备、无线的通讯方式将应用到寻常百姓家，使民众的生活理念发生重大的变化。

在智能家居系统中，将无线网络技术应用于家庭网络已成为势不可挡的趋势。这不仅仅是因为无线网络可以提供更大的灵活性、流动性，省去花在综合布线上的费用和精力，而且更因为它符合家庭网络的通讯特点。随着无线网络技术的进一步发展，必将大大促进家庭网络智能化的进程。

在局域网中，目前常用的无线网络技术是蓝牙技术与Wi-Fi(Wireless Fidelity，基于IEEE 802.11b标准的无线局域网)技术。蓝牙技术基本上设计作为有线的替代品，经常是为手机和附近的耳机或PDA(Personal Digital Assistant，个人数字助理)联网用的。它可以在不充电的情况下工作几周，但无法工作几个月。而802.11b也被称作Wi-Fi也有类似的问题。虽然它是将笔记本和桌面电脑接入有线网络的很好的解决方案，但它的功耗也非常高。

而家居无线网络是为家庭用户设计使用的，采用现有技术中的蓝牙技术和Wi-Fi技术存在上述的功耗高和配置较复杂的问题，所以不适于组建家居无线网络。

发明内容

本发明旨在提供一种家居无线网络系统及其通信方法，能够解决现有家居无线网络所采用的蓝牙技术或者Wi-Fi技术功耗太高的问题。

本发明的一个实施例提供了一种家居无线网络系统，包括：上位机，用于控制下位机，其包括第一通信模块；下位机，其为家用电器，其包括：第二通信模块；控制器，用于控制下位机的运行；通讯接口板，用于耦合第二通信模块与控制器，其包括数据处理单元，用于将来自第二通信模块的数据包转换成适合于控制器的格式，以及将来自控制器的数据包转换成适合于第二通信模块的格式；其中，第一和第二通信模块之间以ZigBee(紫蜂)协议进行无线通信。

本发明的另一实施例提供了一种家居无线网络系统的通信方法，家居无线网络系统包括：上位机，用于控制下位机；下位机，其为家用电器；通信方法包括以下步骤：在上位机和下位机之间以ZigBee协议进行无线通信。

本发明的上述实施例在家居无线网络系统中引入了ZigBee技术，从而实现了低功耗的家居无线网络系统，能够显著地节省电力，提高了家居无线网络系统的易用性。

附图说明

通过以下结合附图所作的详细描述，可以更清楚地理解本发明的目的、优点及特征，其中，相同的特征使用相同的标号，图中：

图1是本发明的实施例一的示意图；

图2是本发明的实施例二的示意图；

图3是图1、图2所示的实例中，下位机B的主从集群结构的系统连接示意图；

图4是图1、图2所示的实例中添加下位机B的流程示意图；

图5是图1、图2所示的实例中通讯过程流程图；

图6是图1、图2所示的实例中脱离设备和更新设备列表的流程示意图。

具体实施方式

为了有助于理解本发明，下面参照附图，说明本发明的实施例，但本发明的保护范围并不局限于这些实施例。

图1是本发明的实施例一的示意图，示出了一种家居无线网络系统，其包括两个部分：上位机A(包括基于或支持ZigBee技术的任何电子产品，如：计算机、PDA、手机等)，用于控制下位机B，该上位机A包括ZigBee模块3；下位机B，其为基于或支持ZigBee技术的家电产品。

图1中，上位机A是一台连接ZigBee模块3的计算机1，用于实现控制功能。

图2是本发明的实施例二的示意图。如图2所示，本实施例与第一实施例最大的区别在于，上位机A是采用具有ZigBee模块的遥控器4。

图3是图1、图2所示的实例中，下位机B的主从集群结构的系统连接示意图。其包括：空调控制器8，用于控制下位机的运行；ZigBee模块5，其可以与上位机A中的ZigBee模块3以ZigBee协议进行无线通信；通讯接口板6，用于耦合ZigBee模块3与控制器8，其包括数据处理单元，用于将来自ZigBee模块3的数据包转换成适合于控制器8的格式，以及将来自控制器8的数据包转换成适合于ZigBee模块3的格式。例如，数据包的开头式引导码和包头，根据数据类型的不同，引导码分为装置识别码、查询识别码，而包头则包括连接控制信息，如活动成员地址、数据类型、确认指令、错头检查等。当使用者发送控制命令时，上位机的ZigBee模块将命令数据打包。若下位机一个ZigBee模块5带有多个空调控制器8的话，则指令中还包含了从机的机器编码。

在图2中，下位机B是一台空调，所以控制器8是空调控制器。显然，如果下位机是其他家用电器，那么控制器8也可以是其他控制器。

上位机A和下位机之间通过ZigBee技术实现100米范围内空调的远程监控功能。ZigBee模块设备之间的连接是由软件和硬件共同处理的。软件部分为链路管理器，硬件部分称为链路控制器。软件部分执行链路设置、鉴权、配置和ZigBee设备建立连接所需的其它工作。

ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，符合IEEE 802.15.4协议，是IEEE工作组专门为家庭短距离通讯制定的新标准。ZigBee技术的主要优点有：(1)省电：两节五号电池可使用长达六个月到两年左右的时间；(2)可靠；采用了碰撞避免机制；(3)成本低；(4)时延短；(5)网络容量大；(6)安全：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用AES-128，各种应用可以灵活确定其安全属性。

在本发明上述的实施例中由于采用了ZigBee技术，所以显著地节省电力，提高了家居无线网络系统的易用性。

一般情况下，蓝牙设备需要人手配置和维护网络连接；它可以用来有效地处理8个设备(一个主设备和7个从设备)，如果设备更多的话，通讯速率则显著下降。而本发明实施例采用了ZigBee技术，所以组网快速、简单，节省了大量的工程调试时间和人力。只要在通讯范围内且为合法设备，则自动加入网络，无需人工干涉，实现了智能化管理。可扩展性强。对加入设备的数量、种类没有限制，理论上可以连接无限多个不同的设备。

另通讯接口板还可用于耦合多个下位机。在图3中，通讯接口板6通过UART通讯线连接第二通信模块，通过RS485总线连接控制器8和其他下位机的通讯接口板9。

在本实施例中，下位机也可以采用单台的带有ZigBee模块的空调器；还可以是采用混合方式的系统连接结构，如图3所示，有直接与上位机通讯的空调器，又包括有主从集群系统结构的空调器集群。

下面参照附图说明上述家居无线网络系统的通信方法，其中，所有通讯方式均为ZigBee方式。

图4是图1、图2所示的实例中，添加下位机B的流程示意图，其包括以下步骤：

步骤S402，上位机定时发送一个无安全认证的数据包；

步骤S404，搜索网内是否有新的下位机加入；

步骤S406，如果有，则发出一个ID和口令验证请求；

步骤S408，新加入的设备将接收的ID与预先写入的ID进行比较；

步骤S410，比较是否相同；

步骤S412，不同则不予应答；

步骤S414，如果相同，则返回验证口令；

步骤S416上位机接收到口令后，将其与预先设定的密码进行比较；

步骤S420，如果不相同，则返回口令错误信息；

步骤S418如果相同，则发送索要设备信息列表的请求。新设备接收后，添加该上位机为自身的主机(该主机唯一)，并将自身的相关信息反馈给上位机。上位机接收后，将该信息存储，并在自身的路由表中添加该信息。

图5是图1、图2所示的实例中通讯过程流程图，其包括以下步骤：

步骤S502上位机定期或按照用户要求，向下位机发送数据或指令；

步骤S504，所有以该上位机为主机的下位机接收后，将数据或指令中的设备地址，与自身的地址进行比较；

步骤S506，比较是否相同；

步骤S508，如果地址相同，则接收该数据，并按照传来的参数工作；

步骤S510，然后再发送给上位机发送一包含有设备地址及状态参数列表的数据。

在上位机和下位机之间以ZigBee协议进行无线通信可包括更新设备列表步骤：上位机发出广播，要求所有下位机报告状态；所有下位机接收到该信息后，返回上位机当前的设备信息列表。上位机可以检测自身存储的设备信息列表时间；如果超过设定时间间隔仍未更新，则发出上述的广播。

图6是图1、图2所示的实例中脱离设备和更新设备列表的流程示意图。其包括以下步骤：

步骤S602，上位机检测自身存储的设备列表时间；

步骤S604，判断是否超期；

步骤S606，如果超过设定时间间隔仍未更新的，则主动发出广播，要求所有下位机报告状态。

步骤S608，判断下位机是否响应；

步骤S610所有下位机接收到该信息后，返回上位机包含有设备地址和状态参数列表的数据；

步骤S612，若上位机在定时更新设备列表时发现某一下位机无响应，则标记，超过规定次数后，则默认下位机已经离开网络，上位机删除该下位机在自身设备状态列表中的相关信息，更新设备信息列表。可以人为控制上位机发出脱离指令，强制更改要脱离的下位机的主机信息、ID和口令，使下位机无法再次加入家居无线网络系统。

从以上实施例可以看出，本发明提供的家居无线网络系统由于采用了ZigBee技术，所以显著地节省电力，提高了家居无线网络系统的易用性。本发明提供的家居无线网络系统主要优点有：省电、可靠、成本低、时延短、网络容量大、安全、易布置。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种家居无线网络系统，其特征在于，包括：

上位机，用于控制下位机，所述上位机包括第一通信模块；

所述下位机，其为家用电器，其包括：

第二通信模块；

控制器，用于控制所述下位机的运行；

通讯接口板，用于耦合所述第二通信模块与所述控制器，其包括数据处理单元，用于将来自所述第二通信模块的数据包转换成适合于所述控制器的格式，以及将来自所述控制器的数据包转换成适合于所述第二通信模块的格式；

其中，所述第一和第二通信模块之间以zigBee协议进行无线通信。

2.根据权利要求1所述的家居无线网络系统，其特征在于，所述通讯接口板还用于耦合多个所述下位机。

3.根据权利要求2所述的家居无线网络系统，其特征在于，所述通讯接口板通过UART通讯线连接所述第二通信模块，通过RS485总线连接所述控制器和其他所述下位机。

4.一种家居无线网络系统的通信方法，其特征在于，所述家居无线网络系统包括：上位机，用于控制下位机；所述下位机，其为家用电器；所述通信方法包括以下步骤：在所述上位机和下位机之间以ZigBee协议进行无线通信。

5.根据权利要求4所述的通信方法，其特征在于，在所述上位机和下位机之间以ZigBee协议进行无线通信包括以下设备加入步骤：

所述上位机定时搜索所述家居无线网络系统内是否有新的所述下位机加入，如果有，则发出ID和口令验证请求；

所述下位机将接收的ID与自身预先写入的ID进行比较，如果相同，则返回验证口令，不同则不予应答；

所述上位机将所述验证口令与预先设定的密码进行比较，如果不相同，则返回口令错误信息；如果相同，则发送索要设备信息列表的请求；

所述下位机接收到所述请求后，添加所述上位机为自身的主机，并将自身的设备信息列表反馈给所述上位机；

所述上位机在自身的路由表中添加所述设备信息列表。

6.根据权利要求4所述的通信方法，其特征在于，在所述上位机和下位机之间以ZigBee协议进行无线通信包括以下通讯过程步骤：

所述上位机定期或按照用户要求，向所述下位机发送数据或指令；

所有以所述上位机为主机的下位机接收后，将所述数据或指令中的设备地址与自身的地址进行比较；

如果所述地址相同，则按照所述数据或指令的参数工作，然后再返回所述上位机当前的设备信息列表。

7.根据权利要求4所述的通信方法，其特征在于，在所述上位机和下位机之间以ZigBee协议进行无线通信包括以下更新设备列表步骤：

所述上位机发出广播，要求所有所述下位机报告状态；

所有下位机接收到该信息后，返回所述上位机当前的设备信息列表。

8.根据权利要求7所述的通信方法，其特征在于，所述上位机检测自身存储的设备信息列表时间；如果超过设定时间间隔仍未更新，则发出所述广播。

9.根据权利要求4所述的通信方法，其特征在于，在所述上位机和下位机之间以ZigBee协议进行无线通信包括以下设备脱离步骤：

所述上位机发出脱离指令，强制更改要脱离的下位机的主机信息、ID和口令，使所述下位机无法再次加入所述家居无线网络系统。

10.根据权利要求4所述的通信方法，其特征在于，在所述上位机和下位机之间以ZigBee协议进行无线通信包括以下设备脱离步骤：

若所述上位机在定时更新设备信息列表时发现无响应的下位机，则标记所述下位机，预定次数后视为自动脱离，显示并报警。

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