CN101848173A

CN101848173A - 家庭网关

Info

Publication number: CN101848173A
Application number: CN 201010125830
Authority: CN
Inventors: 张捷; 薄煜明; 杜国平; 陶德进; 洪广平; 朱岩; 邹卫军; 朱建良; 王向明; 王筱莉; 赵高鹏; 陈益; 刘娣; 朱凯; 谭玮; 尹明锋
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2010-09-29

Abstract

本发明公开了一种能实现对家庭常用各种设备的远程控制和管理的家庭网关。它主要由微控制器核心单元和分别与之相连接的内部网络接口和外部网络接口组成。内部网络接口包括RS-232串行接口、RS-485串行接口、USB串行接口、PS/2接口、以太网接口、红外接口和普通I/O口。外部网络接口包括可以连接到互联网的以太网接口和连接到GPRS网络的无线接口。内部网络的不同接口可以用于连接家庭内部的常用各种设备，外部网络接口用于连接远程控制设备，并可以根据需要选择不同的远程控制设备即计算机或者手机，实时、方便、快捷的实现对家庭中任何设备的远程控制。本发明结构简单，使用方便、快捷，可广泛用于家庭设备的远程控制和管理。

Description

家庭网关

技术领域

本发明涉及一种家用远程控制设备，特别是一种用于家庭设备远程控制的家庭网关。

背景技术

目前，家庭中一般拥有的设备大致可以分为三类：一类是以家用电脑、笔记本电脑、掌上电脑为代表的信息设备；一类是以电视机、DVD、数码摄像机、音响为代表的传统娱乐设备；第三类是包括冰箱、洗衣机、灯光和家庭安防系统在内的涉及家庭日常起居的家用设备。智能家居是指将家庭中的这些设备组成家庭内部网络并通过家庭网关连接到外部网络，从而进行远程控制和管理。家庭网关是智能家居的重要组成部分，是实现家庭网络中内部网络与外部网络相互通信的中间设备，因此很多商家都开始了对家庭网关的研究。比如由联想集团推出的家庭网关，它可以连接由家用设备组成的网络，包括以太网、无线局域网802.11b、家庭自动控制网络CEBus，还可以通过家庭娱乐网络A/V线缆内部网络接口和1394内部网络接口连接家用设备，从物理通道上连通了家庭生活中的三类设备，并且能够通过共同的互联网接口与外部网络相连，由外部网络操作实现对家用设备的远程控制。但这种家庭网关也存在它的局限性，它只能适用于已组建有以太网、无线局域网802.11b和自动控制网络CEBus的家庭中，而且由于组建这些家庭内部网络比较复杂，需要的投入也很大，因此，在目前中国的家庭中，无线局域网802.11b、家庭自动控制网络CEBus的组建还都未有普及，所以，仅仅通过以太网接口、家庭娱乐网络A/V线缆接口、1394接口是不能完成连接所有家用设备的，并且对一些家电设备的遥控还需要使用到红外接口；此外，这种家庭网关只能通过互联网与外部网络进行连接，因此，对家用设备的远程控制都必须在能连接到互联网的固定计算机上操作实现，离开计算机就不能实现它的功能，所以很多时候使用并不方便，不能完全满足现代人生活需要，即随时随地进行方便操作使用的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种不需要组建复杂家庭内部网络即能实现对各种家用设备进行连接以及实时方便控制的家庭网关。

本发明目的是通过以下技术方案实现的，家庭网关，它由微控制器核心单元、内部网络接口和外部网络接口组成，其中微控制器核心单元是由微控制器以及分别与之相连接的电源电路、时钟电路、复位电路、调试接口构成；内部网络接口和外部网络接口分别与微控制器相连；其特征在于内部网络接口是由连接到常用不同家庭设备的普通I/O接口、RS-232接口、RS-485接口、USB接口、PS/2接口以及红外接口和以太网接口构成；普通I/O接口、PS/2接口以及红外接口分别与微控制器芯片中的I/O口连接，RS-232接口和RS-485接口与微控制器芯片中的UART口相接，USB接口与微控制器芯片中的USB口相接；外部网络接口由连接到互联网的以太网接口和连接到GPRS网络的GPRS无线接口构成；外部网络接口中的以太网接口和内部网络接口中的以太网接口是通过一个交换机芯片和TCP/IP硬件协议栈与微控制器的外部存储器控制接口(EMC)相接；外部网络接口中的GPRS无线接口通过RS-232接口与微控制器的UART口相接。微控制器的一个I/O口连接到GPRS无线接口的开关控制引脚。

上述组成中，在微控制器核心单元的各组成部分中，电源电路为微控制器提供工作电源，时钟电路为微控制器提供时钟信号，复位电路用于在微控制器工作出现故障时提供复位信号，调试接口用于将应用程序下载到微控制器以及在微控制器工作时观测内部的工作情况。GPRS无线接口由无线双频调制解调器和与之相连的SIM卡构成。根据以上工作原理，本发明在系统工作时，用户可以通过两种方式向家庭网关发送命令，一种是通过计算机连接到互联网进行发送，另一种是通过手机随时随地连接到GPRS网络进行发送。命令发送方式的选择以用户使用方便为原则。命令发出以后，经过外部网络传输，从家庭网关的外部网络接口到达微控制器，微控制器在接收到命令后进行解析，通过内部网络接口将解析以后的控制命令发送到各家庭设备，各家庭设备再进行相应的操作。在这些操作完成以后，微控制器通过外部网络接口向用户发送应答信息，从而实现对家庭设备的远程控制。

本发明与现有技术相比其显著的效果是：1、由于在外部网络接口中增加了连接到GPRS网络的GPRS无线接口，使得通过本发明可以随时随地对家用设备进行远程控制，方便快捷；2、针对目前家庭内部网络尚未普及的情况，本发明采用以不同接口直接连接到家用设备的方式，省去了复杂的家庭网络组建，结构简单，使用方便，可广泛用于家庭设备的远程控制和管理。

本发明的具体结构由以下附图和实施例给出。

附图说明

图1为本发明所述家庭网关的组成结构示意图。

图2为家庭网关中微控制器与内部网络接口和外部网络接口的连接示意图。

图3为本发明所述家庭网关与家庭设备和远程控制设备的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图，以用手机作为远程控制设备检测房间温度并打开家庭设备中的空调为例，对本发明作进一步详细描述。

参见图1，家庭网关由微控制器1以及外围电路即电源电路2、时钟电路3、复位电路4、调试接口5、内部网络接口6和外部网络接口7组成。微控制器1是家庭网关的核心，它需要有丰富的外设接口，用来连接家庭内部网络和外部网络，故选用菲利浦公司的LPC2378芯片；外围电路中电源电路2为微控制器1提供工作电源，时钟电路3为微控制器1提供时钟信号，复位电路4用于在微控制器1工作出现故障时提供复位信号，调试接口5用于将应用程序下载到微控制器以及在微控制器1工作时观测微控制器1内部的工作情况。内部网络接口6用于连接家庭设备，参见图2，内部网络接口6包括普通I/O接口6-1、RS-232接口6-2、RS-485接口6-3、USB接口6-4、PS/2接口6-5、红外接口6-6和以太网接口6-7，普通I/O接口6-1可用做开关控制，红外接口6-6可用于家电遥控。普通I/O接口6-1、PS/2接口6-5以及红外接口6-6分别与微控制器1芯片中的三个I/O口连接，RS-232接口6-2与微控制器1芯片中的UART1口相接，RS-485接口6-3与微控制器1芯片中的UART3口相接，USB接口6-4与微控制器1芯片中的USB口相接；外部网络接口7由连接到互联网的以太网接口7-1和连接到GPRS网络的GPRS无线接口7-2构成，它们主要适用于连接到远程控制设备如计算机或者手机。外部网络接口7中的以太网接口7-1和内部网络接口中的以太网接口6-7是通过一个交换机芯片9和TCP/IP硬件协议栈8与微控制器1的外部存储器控制接口(EMC)相接；外部网络接口7中的无线接口7-1是一个由无线双频调制解调器和与之相连的SIM卡构成的无线双频调制解调器模块，该模块通过RS-232接口10与微控制器1的UART0口相接。微控制器的一个I/O口连接到GPRS无线接口的开关控制引脚，用于在GPRS无线接口工作故障时重启GPRS无线接口。家庭设备包括以家用电脑、笔记本电脑、掌上电脑为代表的信息设备，以电视机、DVD、数码摄像机、音响为代表的传统娱乐设备，还有包括冰箱、洗衣机、灯光和家庭安防系统在内的涉及家庭日常起居的家用设备，这些家庭设备都根据内部网络的不同接口6与家庭网关中的微控制器1连接，并可以根据需要选择不同的远程控制设备即计算机或者手机，方便的实现对家庭中任何设备的远程控制。参见图3，本例中使用的远程控制设备为手机13，手机13连接到家庭网关的无线接口7-2，需要控制的家庭设备为空调12和电子温度计11，空调12连接到家庭网关的红外接口6-6，电子温度计11使用的是DS18B20芯片，连接到普通I/O接口6-1。系统开始工作时，手机13通过GPRS网络向家庭网关发送查询房间温度的命令，命令从GPRS无线接口7-2到达微控制器1，微控制器1解读出命令以后，通过普通I/O口6-1读取的电子温度计11的数值，并将读取到的数值通过GPRS无线接口7-2发送到手机13，用户通过返回的数值判断是否需要打开空调12，如果需要打开空调12，即发送打开空调12并设定房间温度的命令，同样，命令从GPRS无线接口7-2到达微控制器1，微控制器1解读命令以后，通过红外接口6-6控制家庭设备中的空调12打开，并设定房间温度，在这些完成以后，再通过GPRS无线接口7-2发送操作成功的信息到手机13，从而完成对空调12的控制。

在本例中，以太网接口的实现使用的是TCP/IP硬件协议栈配合交换机芯片的方式，通过LPC2378的外部存储器控制接口与TCP/IP硬件协议栈8连接，再连接交换机芯片9。其中选用的TCP/IP硬件协议栈芯片8为W3150A+，交换机芯片9为RTL8305SC，GPRS的无线接口7即无线双频调制解调器模块包括Motorola公司的g20和SIM卡，通过RS-232接口10连接到微控制器1的UART0接口。

Claims

1.一种家庭网关，它由微控制器核心单元、内部网络接口[6]和外部网络接口[7]组成，其中微控制器核心单元是由微控制器[1]以及分别与之相连接的电源电路[2]、时钟电路[3]、复位电路[4]、调试接口[4]构成；内部网络接口[6]和外部网络接口[7]分别与微控制器[1]相连；其特征在于内部网络接口[6]是由连接到常用不同家庭设备的普通I/O接口[6-1]、RS-232接口[6-2]、RS-485接口[6-3]、USB接口[6-4]、PS/2接口[6-5]以及红外接口[6-6]和以太网接口[6-7]构成；普通I/O接口[6-1]、PS/2接口[6-5]以及红外接口[6-6]分别与微控制器[1]中I/O口连接，RS-232接口和RS-485接口与微控制器芯片中的UART口相接，USB接口与微控制器芯片中的USB口相接；RS-232接口[6-2]和RS-485接口[6-3]与微控制器[1]中的UART口相接，USB接口[6-4]与微控制器[1]中的USB口相接；外部网络接口[7]由连接到互联网的以太网接口[7-1]和连接到GPRS网络的GPRS无线接口[7-2]构成；外部网络接口7中的以太网接口[7-1]和内部网络接口6中的以太网接口[6-7]是通过一个交换机芯片[8]和TCP/IP硬件协议栈[9]与微控制器[1]的外部存储器控制接口(EMC)相接；外部网络接口[7]中的GPRS无线接口[7-2]通过RS-232接口[10]与微控制器[1]的UART口相接，微控制器[1]的一个I/O口连接到GPRS无线接口[7-2]的开关控制引脚上。

2.根据权利要求1所述的家庭网关，其特征在于上述微控制器[1]采用具有丰富外设接口的LPC2378芯片，GPRS无线接口[7-2]由无线双频调制解调器和与之相连的SIM卡构成。