CN101916106A

CN101916106A - 基于物联网的智能家居控制系统

Info

Publication number: CN101916106A
Application number: CN2010102708098A
Authority: CN
Inventors: 张宇
Original assignee: SHENZHEN ZHONGKENUO DIGITAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN ZHONGKENUO DIGITAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2010-09-03
Publication date: 2010-12-15

Abstract

本发明涉及一种基于物联网的智能家居控制系统，包括Wi-Fi增益天线，用于与外部物联网网关或路由器进行Wi-Fi信号的双向收发，并将外部信号送往Wi-Fi传输模块以及接收来自Wi-Fi传输模块的反馈信号；Wi-Fi传输模块，用于将Wi-Fi增益天线接收到的信号传输给32位12线程多功能中央处理器进行处理，并将来自32位12线程多功能中央处理器的反馈信号传输给Wi-Fi增益天线；32位12线程多功能中央处理器，进行各种智能家居设备的发现，控制和媒体的管理；至少一个智能家居设备，接收来自32位12线程多功能中央处理器的控制和管理，从而接入外部物联网。

Description

基于物联网的智能家居控制系统

技术领域

本发明涉及一种智能家居控制系统，属于家庭网络互联等通信领域，特别涉及一种基于物联网的无线或有线智能家居控制系统。

背景技术

众所周知，在家居安防，家居可视对讲、智能家电控制等方面，目前往往是基于模拟线或视频线，将主控电路，键盘，扬声器，摄像头，家用电器等集成连接在一起。然而这种简单的系统模式，只适合简单的家庭应用场景。

DLNA(Digital Living Network Alliance，数字生活网络联盟)解决方案在数字家庭网络中已经开始广泛使用，旨在解决数字家庭网络中的设备互联互通，使得数字媒体和内容服务的无限制共享成为可能。然而，当前DLNA的各种应用都主要集中在个人PC、消费电器以及移动设备等设备上，而对智能家居系统却尚无应用。

一般而言，DLNA网络中通常包括DMS(Digital Media Server，数字媒体服务器)、DMP(Digital Media Player，数字媒体播放器)、DMPr(DigitalMedia Printer，数字媒体打印机)，DMC(Digital Media Controller，数字媒体控制器)以及DMR(Digital Media Renderer，数字媒体播放设备)。所述DMR需与DMC配合使用。

所述DMS用于提供媒体文件供其他设备使用；所述DMP用于播放音视频媒体文件；所述DMPr用于打印媒体文件；所述DMC用于媒体文件的选取，作为遥控器使用；所述DMR用于媒体文件的播放，比如音频文件等。

同时，特别需要指出的是，音响广泛应用于各种场所，给人们的生活增添了多元化的声音元素，是现代社会必不可少的声音设备。传统的音响系统一般为有线音响系统，其音频信号需要通过信号线进行传输，这种音响系统的信号线布线麻烦且影响美观，音响的摆放位置也受到限制。尤其是作为智能家居系统中的终端，目前还没有发现能够实现支持智能家居生活的无线音箱系统。

物联网的概念是在1999年提出的。当时基于互联网、RFID技术、EPC标准，在计算机互联网的基础上，利用射频识别技术、无线数据通信技术等，构造了一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网“Internet of things”(简称物联网)，这也是在2003年掀起第一轮华夏物联网热潮的基础。物联网的定义是：通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上，国际电信联盟(ITU)发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，引用了“物联网”的概念。报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。射频识别技术(RFID)、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。

物联网的本质概括起来主要体现在三个方面：一是互联网特征，即对需要联网的物一定要能够实现互联互通的互联网络；二是识别与通信特征，即纳入物联网的“物”一定要具备自动识别与物物通信(M2M)的功能；三是智能化特征，即网络系统应具有自动化、自我反馈与智能控制的特点。

物联网的英文名称为″The Internet of Things”，简称：IOT。由该名称可见，物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础之上的延伸和扩展的一种网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

这里的“物”要满足以下条件才能够被纳入“物联网”的范围：1、要有相应信息的接收器；2、要有数据传输通路；3、要有一定的存储功能；4、要有CPU；5、要有操作系统；6、要有专门的应用程序；7、要有数据发送器；8、遵循物联网的通信协议；9、在世界网络中有可被识别的唯一编号。

因此，亟待提出一种智能家居控制系统，能够支持DLNA和Wi-Fi，从而提供各种智能家居的物联网应用和服务。

发明内容

针对传统智能家居的不足，本发明所采用的技术方案是提供了一种基于物联网的智能家居控制系统。

根据本发明的基于物联网的智能家居控制系统，包括：

Wi-Fi增益天线，用于与外部物联网网关或路由器进行Wi-Fi信号的双向收发，并将外部信号送往Wi-Fi传输模块以及接收来自Wi-Fi传输模块的反馈信号；

Wi-Fi传输模块，用于将Wi-Fi增益天线接收到的信号传输给32位12线程多功能中央处理器进行处理，并将来自32位12线程多功能中央处理器的反馈信号传输给Wi-Fi增益天线；

32位12线程多功能中央处理器，进行各种智能家居设备的发现，控制和媒体的管理；

至少一个智能家居设备，接收来自32位12线程多功能中央处理器的控制和管理，从而接入外部物联网。

根据本发明的优选实施例，所述至少一个智能家居设备之间的相互侦测，采用UPnP标准。

根据本发明的优选实施例，所述智能家居控制系统还包括电源管理模块，负责电源消耗管理功能。

根据本发明的优选实施例，所述智能家居控制系统还包括触摸屏显示驱动模块，支持3.2～8寸数字触摸屏。

根据本发明的优选实施例，所述智能家居控制系统还包括外部扩展输入模块，支持USB2.0/SD/MS/MMC等设备输入/输出。

根据本发明的优选实施例，所述Wi-Fi传输模块支持802.11/a/b/g/n。

根据本发明的优选实施例，所述至少一个智能家居设备是音箱。

虽然在下文中将结合一些示例性实施及使用方法来描述本发明，但本领域技术人员应当理解，并不旨在将本发明限制于这些实施例。反之，旨在覆盖包含在所附的权利要求书所定义的本发明的精神与范围内的所有替代品、修正及等效物。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1示出了本发明的基于物联网的智能家居的模式和标准；

图2示出了本发明的基于物联网的智能家居控制系统的框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明基于物联网的智能音箱的具体实施方式作进一步的详细描述。需要注意的是，根据本发明的物联网智能音箱的实施方式仅仅作为例子，但本发明不限于该具体实施方式。

根据本发明的基本构思，物联网智能音箱控制系统的目标是“在任何时间、任何地点让消费者随意享用任何内容”。为了实现了跨行业的产品一致性，本发明定义了两大组件——媒体服务器和媒体渲染设备，这是在家庭网络中实现设备无缝互操作性所必需的设备。

这些组件，以及其它互操作性指南构建模块，均基于开放标准，例如互联网协议IP、HTTP、UPnP和Wi-Fi协议。本发明基于物联网的智能家居控制系统，旨在解决个人PC，消费电器，移动设备在内的无线网络和有线网络的互联互通，使得数字媒体和内容服务的无限制的共享和增长成为可能。本发明的物联网智能家居控制系统所形成的解决方案，是一种大家可以遵守的规范，其能够支持目前所应用很广泛的各种技术和协议。

目前，很多家庭已经安装了有线(MoCA(同轴线)或以太网)或无线(Wi-Fi)网络，但是这些网络并没有为连网设备之间轻松共享内容提供方便。在本发明中，通过基于物联网的智能家居控制器，用户就可以找出数字内容在家庭网络上的准确位置，并毫不费力地在连网设备之间移动或传输这一内容。

举例来说，可以在家中任何地方或用手机观看DVR录像、将照片从手机传送到数字电视机、将照片从手机发送到打印机、观看存储在数字电视机中的照片或通过家庭立体声系统收听存储在PC中的MP3音乐。目前已广泛用于数字有线电视、卫星和IP机顶盒以及媒体服务器、宽带调制解调器和住宅网关、高清和数字电视机、Blu-ray^TM播放机、刻录机以及个人录像机。

图1示出了本发明基于物联网的智能家居的模式和标准。

如图1所示，数字家庭由透明合作的CE、移动和PC设备的网络构成，其传输便捷，具有无缝互操作性，增强和丰富了用户体验。它是家庭网络的通讯和控制中枢，它基于IP联网和UPnP以及Internet工程任务组技术。设备间的互操作性可在提供给用户的特定服务上进行透明合作时实现，包括与其他设备互相通讯和交换有意义的信息的设备能力。数字生活网络联盟(物联网智能家居控制系统)致力于推出基于开放行业标准的互操作性指导方针，建立由PC、消费者电子产品CE和移动设备组成的有线和无线可互操作的网络，实现共享和发展中的新数字媒体和内容服务的无缝结合。

图2示出了本发明的基于物联网的智能家居控制系统。根据本发明的基于物联网的智能家居控制系统，包括Wi-Fi增益天线，用于与外部物联网网关或路由器进行Wi-Fi信号的双向收发，并将外部信号送往Wi-Fi 传输模块以及接收来自Wi-Fi传输模块的反馈信号；Wi-Fi传输模块，用于将Wi-Fi增益天线接收到的信号传输给32位12线程多功能中央处理器进行处理，并将来自32位12线程多功能中央处理器的反馈信号传输给Wi-Fi增益天线；32位12线程多功能中央处理器，进行各种智能家居设备的发现，控制和媒体的管理；至少一个智能家居设备，接收来自32位12线程多功能中央处理器的控制和管理，从而接入外部物联网。

以下将参照图2，对该控制系统的各个单元进行详细的描述。

Wi-Fi增益天线与Wi-Fi传输模块相连，用于整个控制系统与外部的信号收发端。在本发明中，基于物联网的智能家居控制系统采用与家电网关或路由器进行Wi-Fi信号的双向收发的前端天线，借助于无线天线对所接收或发送的信号进行增益(放大)。

依据物联网音箱控制系统的应用环境不同，可以采用不同特性的无线天线。常见的有两种，一种是室内天线，优点是方便灵活，缺点是增益小，传输距离短；另一种是室外天线，室外天线的优点是传输距离远。比较适合远距离传输。室外天线的类型比较多，优选的是锅状的定向天线，或者是棒状的全向天线。

在本发明中，自/向Wi-Fi增益天线接收/发送信号的Wi-Fi传输模块为物联网智能家居量身定制。其支持多种标准：

IEEE 802.11a：使用5GHz频段，传输速度54Mbps，与802.11b不兼容；

IEEE 802.11b：使用2.4GHz频段，传输速度11Mbps；

IEEE 802.11g：使用2.4GHz频段，传输速度主要有54Mbps、108Mbps，可向下兼容802.11b；

IEEE 802.11n：使用2.4GHz频段，传输速度可达300Mbps。

根据本发明的优选实施例，Wi-Fi传输模块定义了两种机理来提供无线LAN的访问控制和保密：服务配置标识符(SSID)和有线等效保密(WEP)。还可以使用的另一种加密机制是通过透明运行在无线LAN上的虚拟专网(VPN)来进行的。SSID为无线LAN中经常用到的一个特性是称为SSID的命名编号，它提供低级别上的访问控制。SSID通常是无线LAN子系统中设备的网络名称；它用于在本地分割子系统。

为了适应并满足物联网智能家居，本发明的Wi-Fi传输模块还具有以下特色功能。

首先是动态速率转换，当射频情况变差时，可将数据传输速率从300Mbps降低为200/100/54/11Mbps。

第二是漫游支持，当用户在楼房或公司部门之间移动时，允许在访问点之间进行无缝连接。这允许无线网络用户可以在不同的网段中使用相同的信道或在不同的信道之间互相漫游。

第三是负载均衡，当AP变得负载过大或信号减弱时，NIC能更改与之连接的访问点AP，自动转换到最佳可用的AP，以提高性能。第四是自动速率选择功能，允许移动用户设置在自动速率选择(ARS)模式下，ARS功能会根据信号的质量及与网桥接入点的距离自动为每个传输路径选择最佳的传输速率，该功能还可以根据用户的不同应用环境设置成不同的固定应用速率。

第四是电源消耗管理功能，其定义了MAC层的信令方式，通过电源管理软件的控制，使得移动用户能具有最长的电池寿命。电源管理会在无数据传输时使网络处于休眠(低电源或断电)状态，这样就可能会丢失数据包。为解决这一问题，规定了AP应具有缓冲区去储存信息，处于休眠的移动用户会定期醒来恢复该信息。

第五是保密功能，仅仅靠普通的直序列扩频编码调制技术不够可靠，如使用无线宽频扫描仪，其信息又容易被窃取。最新的WLAN标准采用了一种加载保密字节的方法，使得无线网络具有同有线以太网相同等级的保密性。此密码编码技术早期应用于美国军方无线电机密通信中，无线的另一端必须使用同样的密码编码方式才可以互相通信，当无线用户利用AP接入点连入有线网络时还必须通过AP接入点的安全认证。该技术不但可以防止空中窃听，而且也是无线网络认证有效移动用户的一种方法。

第六是信息包重整，当传送帧受到严重干扰时，必定要重传。因此若一个信息包越大，所需重传的耗费也就越大；这时，若减小帧尺寸，把大信息包分割为若干小信息包，即使重传，也只是重传一个小信息包，耗费相对小的多。这样就能大大提高无线网在噪声干扰地区的抗干扰能力。

第七是DHCP支持，动态主机配置协议(DHCP)自动从DHCP服务器中获取租用IP地址，使笔记本电脑用户在网络中断时自动获得新的IP地址以便继续工作，从而享受无缝漫游。

从Wi-Fi增益天线与Wi-Fi传输模块接收到的信号将送往整个控制系统的核心——32位12线程多功能中央处理器核心控制系统进行处理。

32位12线程多功能中央处理器核心控制系统采用32位12线程中央处理器，可依不同应用环境选择不同类型的SDRAM/FLASH。其核心控制软件特性采用Linux系统，并且支持Wi-Fi/DLNA/UPNP/WIN7。

接下来，将根据本发明的优选实施例，详细说明核心控制系统的基本工作原理。

本发明的基于物联网的智能家居控制系统将其整个应用规定成5个功能组件。从下到上依次为：网络互连，网络协议，媒体传输，设备的发现控制和管理，媒体格式。

以下将就各功能组件进行详细的说明。

(一)基于物联网的智能音箱控制系统功能组件构成架构

媒体格式(Media Formats)

设备发现、控制和媒体管理(Device Discovery，control andMedia Management)

媒体传输(Media Transport)

网络栈(Network Stack)

网络互联(Network Connectivity)

表-1示出了本发明的各功能组件相应的技术和协议。

表-1

功能组件重要技术和协议

Connectivity Ethernet，802.11，and Bluetooth

Networking IPv4 Suite

Device Discovery and Control UPnP Device Architecture 1.0

Media Management and Control UPnP AV 1.0and UPnP Printer：1

Media Format Required and Optional Format Profiles

Media Transport HTTP(Mandatory)and RTP

(Optional)

(一)网络互连。其规定了所接入网络的类型和协议。目前，主要包括：

有线网络：802.3.i/u

无线网络：802.11/a/b/g/n

(二)网络协议。其规定了所使用的网络协议。目前，其规定必须支持IPv4。但考虑到地址空间等IPv4的缺点，将在不久的将来支持IPv6。当然，考虑已经存在的IPv4的诸多应用和设备。在未来的很长一段时间内同时支持IPv4和IPv6并保证IPv4和IPv6的互连的双重协议栈将会受到亲赖。

(三)媒体传输。其规定了基于物联网的音箱控制系统的所有设备都必须支持使用HTTP协议进行媒体的传输。这将使得未来很长一段时间，需要提高HTTP协议上高速安全的进行大数据量的传输。单纯就安全而然，TLS应该是不错的选择。另外，在IPv6的协议中IPSEC已经成为了一个必选项，这也在一定程度上解决了安全问题。然而，在本发明中使用软件做加解密的工作并非合适的选择。因为，在真正的应用中，处理速度是首要考虑的问题。当然，也可以使用RTP的其他专用的媒体流传输协议，但前提是必须已经支持了HTTP协议下的传输。

(四)设备的发现，控制和媒体的管理。这个功能组件是最重要的一个层次。自从英特尔发起UpnP以来，UPnP很长时间都停留在协议阶段，很少有应用(IDG是个例外)。本发明的基于物联网的音箱控制系统采用了UPnP Device Architecture 1.0和UPnP AV 1.0 and UPnP Printer：1。关于UpnP的更多技术细节，可以参见UPnP论坛上的各项开放式标准，此处不再一一赘述。总之，其通过一系列的步骤和协议来达到设备的发现和管理，同时也通过厂商定义的AV和Printer标准达到对媒体的管理。

(五)媒体格式，这是最后的一个组件。其规定了进行数字媒体和内容的共享和使用的时候的媒体格式。其必须支持的是：JPEG，LPCM，MPEG2。其他可选的媒体格式见表-2。

表-2

基于物联网的智能音箱控制系统所支持的媒体格式

媒体分类必须支持的格式可以支持的格式

Image JPEG PNG，GIF，TIFF

Audio LPCM AAC，AC-3，ATRAC 3plus，MP3，WMA9

AV MPEG2 MPEG-1，MPEG-4*，AVC，WMV9

本发明的物联网智能音箱控制系统标准是基于原有网络架构上的中界层，主要是能让支持此层定义的设备可以相互沟通，而不需另外做其他的设定动作，以1.5版的物联网智能音箱控制系统标准来说，就支持了Ethernet与Wi-Fi(802.11a/b/g/n)，作为物联网音箱控制系统标准设备，网络的支持算是必备的。

至于在各设备之间的相互侦测，则是采用UPnP标准。DMP设备通过UPnP机制来搜寻网络上可相互匹配的DMS装置，成功连接之后便可以进行后续的播放或传输动作。这个动作是全自动的，因此使用者无须进行任何干涉。

在媒体内容的发现方面，也同样是采用UPnP机制。

在可传输的多媒体格式上，则分为必备支持以及可自选支持两方面，在必备支持方面，图形档案格式为JPG、音效格式为LPCM，影片格式为MPEG-2。而在可选择格式方面，图形档案为PNG、GIF与TIFF，音效压缩格式则是AAC、AC-3、ATRAC3Plus、MP3、WMA9等等，至于在影片压缩格式上，则可以包含MPEG-1、MPEG-4、AVC以及WMV9等等，由于目前网络传输速度还有待突破，因此一般都偏向于支持高压缩比的压缩格式。

如图2所示，本发明的基于物联网的智能家居控制系统还包括各外围电路。电源管理模块负责电源消耗管理功能，通过电源管理软件的控制，使得移动用户能具有最长的电池寿命。电源管理会在无数据传输时使网络处于休眠(低电源或断电)状态，这样就可能会丢失数据包。为解决这一问题，本发明规定了AP应具有缓冲区去储存信息，处于休眠的移动用户会定期醒来恢复该信息。

而触摸屏显示驱动模块支持3.2～8寸数字触摸屏。

外部扩展输入模块支持USB2.0/SD/MS/MMC等设备输入/输出。

32位12线程多功能中央处理器核心控制系统与各种智能家居设备相连并与之通信，以控制各设备连接到物联网模式。在本发明的优选实施例中，以音箱为例进行了描述。当物联网智能家居控制器当应用于智能音箱时，经由32位12线程多功能中央处理器核心控制系统进行处理的信号，通过音频信号输出模块，依据不同需求选择音频数模转换器和功率放大器，最终驱动不同型号的物联网智能音箱。

本领域技术人员当然知晓，此处的智能家居设备也可以是其他各种家居家电设备，如视频播放设备、视频监控设备、家用电器等等。在基于物联网的智能家居控制系统中，原理是完全相同的，此处不再一一赘述。

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，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种基于物联网的智能家居控制系统，包括：

2.根据权利要求1的智能家居控制系统，其中所述至少一个智能家居设备之间的相互侦测，采用UPnP标准。

3.根据权利要求1的智能家居控制系统，其中还包括电源管理模块，负责电源消耗管理功能。

4.根据权利要求1的智能家居控制系统，其中还包括触摸屏显示驱动模块，支持3.2～8寸数字触摸屏。

5.根据权利要求1的智能家居控制系统，其中还包括外部扩展输入模块，支持USB2.0/SD/MS/MMC等设备输入/输出。

6.根据权利要求1的智能家居控制系统，其中所述Wi-Fi传输模块支持802.11/a/b/g/n。

7.根据权利要求1的智能家居控制系统，其中所述至少一个智能家居设备是音箱。