CN102064984B

CN102064984B - 一种白色家电无线数据交换和控制系统

Info

Publication number: CN102064984B
Application number: CN 201010519228
Authority: CN
Inventors: 汪军; 姚长标; 郑魏
Original assignee: FOSHAN REAL-DESIGN SOFTWARE TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: FOSHAN REAL-DESIGN SOFTWARE TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-10-25
Filing date: 2010-10-25
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2030-10-25
Also published as: CN102064984A

Abstract

本发明涉及一种白色家电无线数据交换和控制系统，其特征在于：包括无线智能控制终端和若干个带无线收发模块的家电控制器产品；所述无线智能控制终端包括微处理器MCU、外部数据通讯单元和家电控制器产品通讯单元；外部数据通讯单元包括协议解析模块、TCP/IP接口模块；家电控制器产品通讯单元包括接口模块、协议解析模块、无线收发模块。本发明针对白色家电制定低成本、可裁减的控制协议，选择免执照的通讯频段，支持协议的带通讯模块的智能控制家电产品，支持白色家电网络的信息共享、协调工作的无线智能控制终端，使白色家电之间实现信息共享、协调工作；同时具有电路简单可靠、容易实现、成本合理的优点。

Description

一种白色家电无线数据交换和控制系统

技术领域

本发明涉及将无线通讯创新技术应用在白色家电控制领域，特别是涉及一种白色家电无线数据交换和控制系统。

背景技术

目前，白色家电孤立使用，功能单一，国内白色家电产业正处于网络化和信息化的发展阶段，家电网络、数字家庭、信息家电的协议标准众多，混乱，各自为战，互设技术壁垒，还没有被市场接受的统一的接口技术规范。尤其是没有面向中低端白色家电产品互联的通信接口协议及低成本解决方案，导致厂商在生产销售自己标准的信息家电产品时得不到其他厂家的支持和终端用户的认可，而且在智能互联协议标准上无所适从；同时，由于白色家电销售价格和成本的压力，导致白色家电控制器中普遍采用8位MCU进行控制。由于8位MCU的资源非常有限，并且处理速度和能力都很弱，故类似于以太网的通信协议(包括闪联IGRS)无法在实时控制中的8位MCU上运行使用。

因此，如何综合利用信息技术、网络技术和智能控制技术改造传统家电，以用户需求、节能等为控制目标进行网络化综合管理、智能控制、优化运行和智能决策，研究网络化白色家电智能控制综合管理技术，实现智能互联、信息共享、协同服务，已经成为家电产业急待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的，是为了解决上述白色家电存在孤立使用、功能单一、缺乏信息共享和协同工作的问题，提出了一种白色家电无线数据交换和控制系统，该系统针对白色家电制定低成本、可裁减的控制协议，使白色家电之间实现信息共享、协调工作；同时具有电路简单可靠、容易实现、成本合理的特点。

本发明的目的可以通过如下措施达到：

一种白色家电无线数据交换和控制系统，其特点在于：

1)包括无线智能控制终端和若干个带无线收发模块的家电子设备；所述无线智能控制终端包括微处理器模块、协议解析模块、TCP/IP接口模块、无线接口模块和无线收发模块；

2)所述无线智能控制终端通过TCP/IP接口模块与外部的Internet网络进行互联；所述无线智能控制终端通过无线收发模块与各家电子设备进行信息交换；无线智能控制终端通过协议解析模块将不同的家电子设备的无线数据信息转换成相同格式的信息数据包，并通过无线收发模块将信息数据包发送到各家电子设备的无线收发模块；

3)各家电子设备分别通过其自带的无线收发模块接受上述无线收发模块发送过来的信息数据包，并进行协议解析从而完成与无线智能控制终端的信息交互；同时将信息传送到家电子设备的主MCU、从而控制主MCU执行相应动作。

所述家电子设备为冰箱、洗衣机、空调和微波炉等白色家电产品。上述信息数据包是对家电子设备的控制信息，像开关家电产品，对产品功能的选择、控制、状态信息的反馈，各种家电产品的工作状态的分析数据等等。上述协议解析模块利用白色家电通用控制协议实现协议解析。实际应用中，所述无线智能控制终端还可以与手机进行信息交换。

本发明的目的还可以通过如下措施达到：

实现本发明目的的一种实施方式是：所述无线智能控制终端的微处理器模块，包括微处理芯片MCU、按键电路、显示电路和内存电路；

1)所述按键电路包括十个按键K1～K10；所述十个按键各有一端分别与MCU的82、85、67～64、53～50脚连接，所述十个按键的另一端并接后通过R14、电容C6到地；

2)所述显示电路包括两部分，一部分是三个LED显示器，分别为LED1、LED2、LED3，MCU的第56～58脚分别通过R15、R16、R18接三个LED到电源3.3V；另一部分是3.5寸TFT显示器，TFT显示器的16位数据线分别与MCU的32～40、43～45、20、21、74、、75脚相连，TFT显示器的4位控制线与MCU的68～70、73脚相连，MCU的27脚通过电阻R22连接三极管Q2基极，电阻R21的一端连接三极管Q2基极、另一端通过电阻R2到地，三极管Q2的发射极通过电阻R2接地，三极管Q2的集电极与电阻R25～R28相连，电阻R25～R28的另一端接TFT的背光；

3)所述内存电路包括内存芯片IC1和内存芯片IC2；内存芯片IC1的第1脚与MCU的第63脚连接，IC1的2脚与MCU的61脚连接，IC1的3脚通过电阻R8连接电源3.3V，IC1的4脚接地，IC1的5脚与MCU的60脚连接，IC1的6脚与MCU的62脚连接，IC1的7脚接电阻R9到电源3.3V，IC1的8脚接电源3.3V；内存芯片IC2的1脚与MCU的79脚连接，IC2的2脚与MCU的77脚连接，IC2的3脚通过电阻R8连接电源3.3V，IC2的4脚接地，IC2的5脚与MCU的76脚连接，IC2的6脚与MCU的78脚连接，IC2的7脚接电阻R9到电源3.3V，IC2的8脚接电源3.3V；

4)微处理芯片MCU的46～49脚分别与CN1的3、5、6、4连接，CN1与无线收发模块连接；微处理芯片MCU本身自带Internet控制器，通过CN2与外部网络连接，CN2的1～10脚分别接MCU的95～86脚，实现与外部TCP/IP的协议转换；JP1的2～8脚分别与微处理芯片MCU的4、2、3、5、100、1、17脚连接，JP1的1脚接3.3V电源，2、3、4、7脚通过电阻R7、R5、R3、R1上拉到3.3V电源，5、6脚通过电阻R6、R4下拉到地、9脚接地，JP1是JTAG接口，用来与仿真环境连接调试微处理芯片MCU；微处理芯片MCU的处围设备还包括电源、晶振Y1、Y2、复位电路。

实现本发明目的的一种实施方式是：所述无线智能控制终端的微处理芯片MCU由LPC的2361微处理器构成。

实现本发明目的的一种实施方式是：所述无线收发模块由收发电路、MCU控制电路组成；收发电路的收发芯片U5选用SI4421，电感L1接收发芯片的RF1、RF2脚，电感L2一端接RF1脚，同时接电容C10一端，C10另一端接地；RF2接电容C11一端、电感L3一端，L3另一端接电源VDD；电容C11另一端接L2一端、电容C12一端，电容C12另一端接螺旋天线；收发芯片的RSSI信号输入端接U2A正极，负极接电源VDD经电阻R45、R46分压输入，接电容C17滤波，经U2A放大接三极管Q5的基极；三极管Q5的集电极接地，其发射极接电阻R47一端、输入MCU的IO中，电阻R47另一端接电源VDD，收发芯片接晶振Y12，ARSSI经电容C49滤波接地；MCU控制电路由MCU的最小系统，电源状态指示灯LED10，收发数据状态灯LED11、LED12、LED13、按键K11，输出通讯端子J2组成，用来与外部控制芯片进行信息通讯。

实现本发明目的的一种实施方式是：所述无线收发模块的工作频段选择433MHz或2.4GHz。

本发明的有益效果是：

由于本发明所述无线智能控制终端包括微处理器模块、协议解析模块、TCP/IP接口模块、无线接口模块和无线收发模块；因此可以对家中的家电产品发出控制信息，通过无线收发模块来实现数据的发送，无线收发模块的工作频段选择免费的无需申请的频段433MHz或2.4GHz，家电产品中利用无线收发模块来接受信息，同时与家电控制器中的主MCU进行数据通讯，家电中的主MCU控制白色家电产品执行相应的功能。无线智能控制终端还可以与外部的Internet网络进行互联，无线智能控制终端可以起到白色家电网关的作用，是为了满足不同厂家的无线产品可以实现互联。在传统的家电产品上添加无线收发模块，可以收发无线数据信息，同时进行简单的协议解析。这样，整个家电中就实现了无线的数据交换，同时可以进行智能控制，完成整个家电中的互联、集成网路控制。本发明针对白色家电制定低成本、可裁减的控制协议，选择免执照的通讯频段(2.4GHz或433MHz)，支持协议的带通讯模块的智能控制家电产品，支持白色家电网络的信息共享、协调工作的无线智能控制终端，使白色家电之间实现信息共享、协调工作；同时具有电路简单可靠、容易实现、成本合理的优点。

附图说明

图1是本发明具体实施例1的整个系统的电路示意框图。

图2是本发明具体实施例1的无线智能控制终端功能框图。

图3A是本发明具体实施例1的无线智能控制终端的第一部分电路原理图。

图3B是本发明具体实施例1的无线智能控制终端的第二部分电路原理图。

图3C是本发明具体实施例1的无线智能控制终端的第三部分电路原理图。

图4A是本发明具体实施例1的无线收发模块的第一部分电路原理图。

图4B是本发明具体实施例1的无线收发模块的第二部分电路原理图。

图5是本发明具体实施例1的整个系统的信息流程图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述：

具体实施例1：

参照图1和图2，本实施例所述的白色家电无线数据交换和控制系统：

2)所述无线智能控制终端通过TCP/IP接口模块与外部的Internet网络进行互联；所述无线智能控制终端通过无线收发模块与各家电控制器进行信息交换；无线智能控制终端通过协议解析模块将不同的家电子设备的无线数据信息转换成相同格式的信息数据包，并通过无线收发模块将信息数据包发送到各家电子设备的无线收发模块；

本实施例中：所述家电子设备为冰箱、洗衣机、空调和微波炉等白色家电产品，所述白色家电产品分别通过无线双向通讯方式与无线智能控制终端连接，并交换相关信息。无线智能控制终端通过互联网、移动通信网对外交换信息。上述信息数据包是对家电子设备的控制信息，像开关家电产品，对产品功能的选择、控制、状态信息的反馈，各种家电产品的工作状态的分析数据等等。上述协议解析模块利用白色家电通用控制协议实现协议解析。所述无线智能控制终端包括对无线家电产品通讯和外部数据通讯两部分。对外部数据通讯采用TCP/IP协议，加协议解析(利用白色家电通用控制协议实现协议解析)，本实施例电路中的主控MCU自带TCP/IP控制器；无线家电产品通讯部分利用IIC或SPI接口、协议解析(利用白色家电通用控制协议实现协议解析)、无线信号收发模块。无线智能控制终端作为家庭中的白电网关实现信息共享、协调工作。实际应用中，所述无线智能控制终端还可以与手机进行信息交换。

参照图3A、图3B、图3C，所述无线智能控制终端的微处理器模块，包括微处理芯片MCU、按键电路、显示电路和内存电路；

所述无线智能控制终端的微处理芯片MCU由LPC的2361微处理器构成。在3A、图3B、图3C中，还包括电容C1、C2、C3、C4、C5、C8，电解电容EC1、EC2，电阻R10、R11、R12、R13、R24，以及U2和LCM0。

参照图4A、图4B，所述无线收发模块由收发电路、MCU控制电路组成；收发电路的收发芯片U5选用SI4421，电感L1接收发芯片的RF1、RF2脚，电感L2一端接RF1脚，同时接电容C10一端，C10另一端接地；RF2接电容C11一端、电感L3一端，L3另一端接电源VDD；电容C11另一端接L2一端、电容C12一端，电容C12另一端接螺旋天线；收发芯片的RSSI信号输入端接U2A正极，负极接电源VDD经电阻R45、R46分压输入，接电容C17滤波，经U2A放大接三极管Q5的基极；三极管Q5的集电极接地，其发射极接电阻R47一端、输入MCU的IO中，电阻R47另一端接电源VDD，收发芯片接晶振Y12，ARSSI经电容C49滤波接地；MCU控制电路由MCU的最小系统，电源状态指示灯LED10，收发数据状态灯LED11、LED12、LED13、按键K11，输出通讯端子J2组成，用来与外部控制芯片进行信息通讯。图4A、图4B中还包括：电容C13、C14、C15、C16、C21、C22、C23、C24，电阻R50、R51、R52、R53、R54、R58，晶振Y11以及接口P1，芯片U3。

所述无线收发模块是整个系统中的关键部件，其工作频段选择433MHz或2.4GHz。所述无线收发模块具有以下特点：低功耗，在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6～24个月；低成本，通过大幅简化协议，降低了对通信控制器的要求，按预测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4KB代码；低速率，工作在10～250kbps的较低速率，分别提供250kbps(2.4GHz)、和10kbps(433MHz)的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求；近距离，传输范围一般介于10～100m之间，在增加RF发射功率后，亦可增加到1～3km；短时延，响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能；高容量，可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网；高安全，提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用接入控制清单(ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES 128)的对称密码，以灵活确定其安全属性；免执照频段，采用直接序列扩频在工业科学医疗(ISM)频段，2.4GHz(全球)、433MHz(中国)。

所述家电子设备由家电控制器和无线收发模块两部分组成，无线收发模块用来接受无线智能控制终端的信息，也向无线智能控制终端发送信息；家电控制器用来控制白色家电产品的工作。

参照图5，系统通过以下流程完成信息的交互和共享：

无线智能控制终端收到信息，这个信息包括两种情况：一、控制终端自身的按键的设置信息；二、由外部传入的信息，可以是internet、家电子设备或其他方式输入。无线控制终端解析信息数据包：因为有很多不同的厂家生产家电产品，如果想实现数据交换，必须把数据转换成符合相同的数据标准，无线智能控制终端的作用一方面是将不同家电产品的无线数据信息转换成相同格式的数据，另一方面与外面网络进行信息交互；无线控制终端将信息转换成匹配的信息数据包，通过无线收发模块发出信息。家电子设备通过无线收发模块接受信息，同时无线收发模块在家电产品中可以起到简单的协议解析功能，完成与无线智能控制终端的信息交互，同时将信息传送到家电产品的主MCU进行相应执行动作的控制；如果不需要回应信息到无线智能控制终端，此次信息交换结束；如果需要的话，家电子设备通过无线收发模块发送数据包到无线智能控制终端，无线智能控制终端通过无线收发模块接受家电子设备的信息数据包，无线智能控制终端进行数据解析，转换成无线控制终端匹配的数据包，并进行相应的控制动作。至此，整个消息数据交换结束，这些信息数据包是对家电产品的控制信息，像开关家电产品，对产品功能的选择、控制、状态信息的反馈，各种家电产品的工作状态的分析数据等等。所述家电子设备为冰箱、洗衣机、空调或微波炉等白色家电。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种白色家电无线数据交换和控制系统，其特征是：

1）包括无线智能控制终端和若干个带无线收发模块的家电子设备；所述无线智能控制终端包括微处理器模块、协议解析模块、TCP/IP接口模块、无线接口模块和无线收发模块；

2）所述无线智能控制终端通过TCP/IP接口模块与外部的Internet网络进行互联；所述无线智能控制终端通过无线收发模块与各家电子设备进行信息交换；无线智能控制终端通过协议解析模块将不同的家电子设备的无线数据信息转换成相同格式的信息数据包，并通过无线收发模块将信息数据包发送到各家电子设备的无线收发模块；

3）各家电子设备分别通过其自带的无线收发模块接收无线智能终端的收发模块发送过来的信息数据包，并进行协议解析从而完成与无线智能控制终端的信息交互；同时将信息传送到家电子设备的主MCU、从而控制主MCU执行相应动作；

4）所述无线收发模块由收发电路、MCU控制电路组成；收发电路的收发芯片U5选用SI4421，电感L1接收发芯片的RF1、RF2脚，电感L2一端接RF1脚，同时接电容C10一端，C10另一端接地；RF2接电容C11一端、电感L3一端，L3另一端接电源VDD；电容C11另一端接L2一端、电容C12一端，电容C12另一端接螺旋天线；收发芯片的RSSI信号输入端接放大芯片U2A正极，负极接电源VDD经电阻R45、R46分压输入，接电容C17滤波，经放大芯片U2A放大接三极管Q5的基极；三极管Q5的集电极接地，其发射极接电阻R47一端、输入MCU控制电路的I/O端口中，电阻R47另一端接电源VDD，收发芯片接晶振Y12，收发芯片的ARSSI脚经电容C49滤波接地；MCU控制电路由MCU的最小系统，电源状态指示灯LED10，收发数据状态灯LED11、LED12、LED13、按键K11，输出通讯端子J2组成，用来与外部控制芯片进行信息通讯。

2.根据权利要求1所述的一种白色家电无线数据交换和控制系统，其特征是：所述无线智能控制终端的微处理器模块，包括微处理芯片MCU、按键电路、显示电路和内存电路；

1）按键电路包括十个按键K1~K10；所述十个按键各有一端分别与MCU的82、85、67~64、53~50脚连接，所述十个按键的另一端并接后通过R14、电容C6到地；

2）所述显示电路包括两部分，一部分是三个LED显示器，分别为LED1 、LED2 、LED3，MCU的第56~58脚分别通过R15、R16、R18接三个LED到电源3.3V；另一部分是3.5寸TFT显示器，TFT显示器的16位数据线分别与MCU的32~40、43~45、20、21、74、75脚相连，TFT显示器的4位控制线与MCU的68~70、73脚相连，MCU的27脚通过电阻R22连接三极管Q2基极，电阻R21的一端连接三极管Q2基极、另一端通过电阻R2到地，三极管Q2的发射极通过电阻R2接地，三极管Q2的集电极与电阻R25~R28相连，电阻R25~R28的另一端接TFT的背光；

3）所述内存电路包括内存芯片IC1和内存芯片IC2；内存芯片IC1的第1脚与MCU的第63脚连接，IC1的2脚与MCU的61脚连接，IC1的3脚通过电阻R8连接电源3.3V，IC1的4脚接地，IC1的5脚与MCU的60脚连接，IC1的6脚与MCU的62脚连接，IC1的7脚接电阻R9到电源3.3V，IC1的8脚接电源3.3V；内存芯片IC2的1脚与MCU的79脚连接，IC2的2脚与MCU的77脚连接，IC2的3脚通过电阻R8连接电源3.3V，IC2的4脚接地，IC2的5脚与MCU的76脚连接，IC2的6脚与MCU的78脚连接，IC2的7脚接电阻R9到电源3.3V，IC2的8脚接电源3.3V；

4）微处理芯片MCU的46~49脚分别与CN1的3、5、6、4脚连接，CN1与无线收发模块连接；微处理芯片MCU本身自带Internet控制器，通过CN2与外部网络连接，CN2的1~10脚分别接MCU的95~86脚，实现与外部TCP/IP的协议转换；JP1的2~8脚分别与微处理芯片MCU的4、2、3、5、100、1、17脚连接，JP1的1脚接3.3V电源，2、3、4、7脚通过电阻R7、R5、R3、R1上拉到3.3V电源，5、6脚通过电阻R6、R4下拉到地，9脚接地，JP1是JTAG接口，用来与仿真环境连接调试微处理芯片MCU；微处理芯片MCU的处围设备还包括电源、晶振Y1、Y2、复位电路。

3.根据权利要求2所述的一种白色家电无线数据交换和控制系统，其特征是：所述无线智能控制终端的微处理芯片MCU由LPC的2361微处理器构成。

4.根据权利要求1或2所述的一种白色家电无线数据交换和控制系统，其特征是：所述无线收发模块的工作频段选择433MHz或2.4GHz。