CN102291625A

CN102291625A - 集成网络电视和智能家居的机顶盒集中控制系统及方法

Info

Publication number: CN102291625A
Application number: CN2011102551429A
Authority: CN
Inventors: 陆以勤; 陈宇; 李旭; 乔洋
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2011-12-21

Abstract

本发明提供集成网络电视和智能家居的机顶盒集中控制系统及方法。系统包括机顶盒、电视机、红外遥控器、摄像头和智能家电五部分。机顶盒通过网卡接口与互联网连接，电视机与机顶盒通过视频接口和音频接口连接，红外遥控器与机顶盒采用红外通信协议进行通信，摄像头通过USB接口与机顶盒连接，智能家电与机顶盒通过ZigBee协议实现无线连接。控制方法中，用户根据需要，选择收看网络电视节目、查询与控制智能家电或查看监控视频，三种功能通过机顶盒和电视实现集中控制和同屏切换。本发明集网络电视、智能家电控制和视频监控为一体，实现同屏切换和集中控制，具有智能化、多功能和操作便捷的优点。

Description

集成网络电视和智能家居的机顶盒集中控制系统及方法

技术领域

本发明涉及网络电视和智能家电控制领域，具体涉及集网络电视和智能家居控制的机顶盒集中控制系统及其实现方法。

背景技术

集网络电视和智能家居控制的机顶盒集中控制系统综合了电子、通信、和家电三大学科的先进技术，吸引了各个领域研究学者、知名企业的研究。目前市场上的网络电视机顶盒基本上功能比较单一，基本上主要是用于电视节目的观看上。本发明集中了网络电视和智能家居的控制，功能多样；如今网络电视的方案有多种, 常见的有例如Microsoft 公司的 Ner TVs 和 LSI Logic 公司的L6400 系列，它们与普通的PC 机上网相比可接受性更强, 更容易使用, 结构更加紧凑, 而且还有任务向导。本发明中的红外遥控器采用红外通讯技术已经比较成熟，已被全球范围内的众多软硬件厂商所支持和采用；智能家电控制技术，使用非常热门的ZigBee技术，具有成本低、安装方便、功耗低、性能稳定的优点。本发明有智能化的特点，我们在观看网络电视的时候随时可以切换界面去查询和控制智能家电或者切换到视频监控界面进行监控。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供集成网络电视和智能家居的机顶盒集中控制系统及方法。本发明的具体技术方案如下。

集成网络电视和智能家居的机顶盒集中控制系统，包括机顶盒、用于提供操作界面的电视机、红外遥控器、摄像头和智能家电五部分。机顶盒通过网卡接口与互联网连接，电视机与机顶盒通过视频接口和音频接口连接，红外遥控器与机顶盒采用红外通信协议进行通信，摄像头通过USB接口与机顶盒连接，智能家电与机顶盒通过ZigBee协议实现无线连接。机顶盒用于处理电视节目信息并显示在电视机上，接受遥控器的指令切换不同界面，接收摄像头传过来的视频信息显示在电视机上；用于提供操作界面的电视机用于提供操作界面的电视机用于观看电视节目，提供操作界面；红外遥控器用于发送用户指令。

上述的集成网络电视和智能家居的机顶盒集中控制系统中，机顶盒包括ARM11处理器、Flash、SDRAM、时钟电路、电源电路、以太网接口、视频处理模块,音频处理模块、USB处理模块、ZigBee协调器模块和红外处理模块十一部分。以太网接口与ARM11处理器通过ISA总线连接；Flash、SDRAM、ZigBee协调器模块和红外处理模块与ARM11处理器通过双向数据传输线连接；时钟电路和电源电路与ARM11处理器通过电源线连接；视频处理模块和音频处理模块与ARM11处理器通过单向数据传输线连接。利用网线通过以太网接口将机顶盒跟互联网连接，可从互联网获取节目信息，收看网络电视；利用ZigBee模块通过ZigBee协议与智能家电设备通信，完成对家电运行状态的查询与控制；并利用USB线将摄像头和USB处理模块连接，实现视频监控功能，USB处理模块与ARM11处理器连接。

上述的集网络电视和智能家居的机顶盒集中控制系统中，电视机与机顶盒通过两根音频线和一根视频线连接，用于提供操作界面的电视机用于提供操作界面的电视机用于观看电视节目，提供操作界面；红外遥控器用于发送用户指令，用户可根据遥控器的不同指令选择观看网络电视、查询与控制家电设备或进行视频监控，实现同屏切换和集中控制。

上述的集网络电视和智能家居的机顶盒集中控制系统中，用户通过红外遥控器对机顶盒进行控制操作，机顶盒中的红外处理模块根据遥控器发出的红外码进行处理，实现网络电视、智能家电查询与控制和视频监控功能的切换，同时完成电视节目选择、家电设备运行状态的查询和控制。

上述的集网络电视和智能家居的机顶盒集中控制系统中，摄像头通过USB接口与机顶盒连接，用于完成视频采集并通过USB数据线传送到机顶盒，用户可通过功能选择切换到视频监控界面，从电视机屏幕查看门口实时视频，根据实际情况确定是否需要开门。

一种集网络电视和智能家居的机顶盒集中控制系统的控制方法，该方法中，用户根据需要，选择收看网络电视节目、查询与控制智能家电或查看监控视频，三种功能通过机顶盒和电视实现集中控制和同屏切换。具体包括如下步骤：

（1）将机顶盒接入互联网，电视机通过两根音频线和一根视频线连接到机顶盒，摄像头通过USB数据线连到机顶盒，机顶盒接上电源，智能家电接上电源；

（2）用户利用红外遥控器对机顶盒进行控制，实现三个不同显示界面的切换，其中第一个是播放电视节目的界面，第二个是智能家电状态查询和控制界面，第三个是视频监控界面；

（3）在播放电视节目的界面，用户可以像观看普通电视一样收看网络电视节目，按照需要进行电视频道切换和音量调节等操作；在智能家电状态查询和控制界面，用户可以通过红外遥控器查询各个智能家电设备的状态，若希望改变家电状态，则可以通过遥控器进行相应的操作实现对家电的控制；在视频监控界面，用户可以通过摄像头实时地对摄像头监测范围的环境进行监控；在门口安装摄像头，有人来访时，用户可以从电视机屏幕查看门口实时视频，根据实际情况确定是否需要开门。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

本发明在网络电视机顶盒的基础上添加了智能家居的控制功能，在同一电视机屏幕上收看电视节目，查询和控制智能家电和进行视频监控；系统中机顶盒内采用的ZigBee协调器模块和智能家电使用的ZigBee协议，具有成本低、安装方便、功耗低、性能稳定的优点。具体来说，与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

（1）功能多样，集中控制。本发明利用机顶盒实现收看网络电视，对家庭的智能家电进行状态查询与控制和进行视频监控三大类功能；通过红外遥控器和机顶盒实现集中化控制。

（2）实现同屏切换。系统所有的操作都是在同一个电视机屏幕上完成显示，总共包括三个界面：电视节目播放界面、家电查询与控制界面和视频监控界面。

（3）抗干扰能力强、可靠性高。ZigBee网络具有很强的抗干扰性能，；ZigBee协议栈采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙来避免了发送数据时的竞争和冲突；MAC层采用了完全确认的数据传输机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。

（4）低成本、低功耗。ZigBee是一个轻量协议栈，对终端处理器硬件要求低，节约了设备硬件成本。

（5）智能化，操作方便。用户坐在电视机前就可以利用手中的红外遥控器根据自己的需要去发送不同的指令观看电视、查询控制家电设备和进行视频监控。

附图说明

图1 是本发明实施方式中的系统结构图。

图2 是本发明实施方式中的智能家电组成模块图。

图3 是本发明实施方式中的机顶盒工作流程图。

图4 是智能家电查询和控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。

1.机顶盒

机顶盒主要包括ARM11处理器、Flash存储芯片、SDRAM、10M网络控制芯片和网卡接口、视频处理模块、音频处理模块、ZigBee协调器模块、红外处理模块、USB处理模块、时钟电路和电源电路；ARM11处理器芯片功能强大，具有硬件编码和解码功能，能高效处理多媒体数据；Flash主要担当BootLoader、操作系统内核、文件系统、用户软件代码、常量等代码或者数据的存储；内部的ZigBee网络协调器模块包括无线单片机CC2430、射频电路、时钟电路和电源电路；ZigBee网络协调器模块要通过串口与机顶盒的处理器进行通信；ZigBee协调器模块建立网络等待终端设备加入，当有终端设备加入后，分配网络地址；机顶盒下发的操作指令先发送到ZigBee协调器模块，ZigBee协调器模块再通过无线网络发送到指定的智能家电设备。

智能家电包括无线单片机CC2430、射频电路、传感器模块、家电控制模块、时钟电路和电源电路和相应的家用电器；无线单片机CC2430是支持ZigBee协议的单芯片解决方案，具有低成本、低功耗的特点，有着优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性，集成14位模数转换的ADC，硬件支持CSMA/CA功能；家电控制模块与无线单片机CC2430通过I/O连接，当有指令下发给家电的时侯，设备控制模块实现终端设备的相应操作；

2. 集网络电视和智能家居的机顶盒集中控制系统功能实现

2.1同屏切换的实现

用户通过红外遥控器对机顶盒发送红外码，机顶盒的红外处理模块在接受到红外码后对红外码进行处理，根据红外码进行操作，在电视节目播放界面、智能家电状态查询与控制界面和视频监控界面之间进行自由切换。

2.2电视机连接机顶盒并显示画面和播放声音

电视机与机顶盒的连接通过两个接口，一个是视频接口、另一个是音频接口；机顶盒通过视频处理模块和音频处理模块处理来自互联网的电视信息，然后通过视频接口和音频接口传送到电视机。

2.3 USB视频监控的实现

摄像头通过USB接口与机顶盒连接，当有人来访时，安装于门口的摄像头完成视频采集并通过USB数据线传送到机顶盒，用户可通过功能选择切换到视频监控界面，从电视机屏幕查看门口实时视频，根据实际情况确定是否需要开门。

2.4智能家电查询和控制的实现

将电视机的画面切换到智能家电控制界面，用户可以通过红外遥控器发送相应的红外码给机顶盒，机顶盒里面的红外处理模块在处理红外码后传给处理器，处理器根据处理过后的信息发送指令给机顶盒内部的ZigBee协调器模块；ZigBee协调器通过ZigBee无线通信将指令转发至指定的智能家电设备；智能家电设备收到指令后，进行相应的家电状态查询和家电控制操作，然后向机顶盒反馈状态信息，最后由机顶盒通过电视机屏幕显示各智能家电设备信息。

3. 集网络电视和智能家居的机顶盒集中控制系统的控制方法

用户利用遥控器实现播放电视节目的界面跟智能家居控制界面的同屏切换，可以收看电视节目、查询与控制智能家电和视频监控，具体包括如下步骤：

实施例：如图1所示，

如图1所示，模块10集网络电视和智能家居控制为一体的机顶盒主要包括以下单元：

（1）网卡接口11: 实现网卡和网络电缆的物理连接，机顶盒工作时，通过网卡接口连接到互联网。

（2）ZigBee协调器模块12：用于负责建立ZigBee网络，分配加入成员的网络地址，给智能家电发送查询和控制指令。

（3）ARM11处理器13：功能强大的微处理器芯片，能更好地处理智能家电上传的数据；更好处理红外处理模块上传的信息和USB接口上传的影像。

（4）Flash 110：主要担当BootLoader、操作系统内核、文件系统、用户软件代码、常量等代码数据的存储。

（5）SDRAM 111：用于暂时存放ARM11处理器中的处理数据。

（6）电源电路18：由稳压芯片组成电源电路，负责为各系统模块供电。

（7）时钟电路19：包括各模块电路所需的晶振电路，为系统运行提供时钟信号。

（8）串口线路118：用于连接ZigBee协调器模块与ARM11处理器。ARM11处理器发操作指令给ZigBee协调器模块，ZigBee协调器模块向ARM11处理器发送智能家电上传的数据信息。

（9）智能家电115：智能家电在加入ZigBee网络后，用于接收顶盒发送过来的指令，执行控制指令，上传家电运行状态。

（10）ISA总线117：用于连接网卡接口与ARM11处理器。

（11）互联网116：机顶盒通过网卡接口接到互联网，通过互联网收看网络电视。

（12）视频处理模块14：用于接收处理器传过来的视频信息，然后通过接口将视频信息显示在电视机上面。

（13）音频处理模块15：用于接收处理器传过来的音频信息，然后通过接口将音频信息在电视机上面的喇叭播放出来，音频包括左、右两个声道。

（14）红外处理模块16：用于接收红外遥控器传来的红外码，将红外码处理后传给处理器。

（15）USB处理模块：处理由USB数据线上传的视频信息。

（16）电视机112：用于显示画面和播放声音。

（17）红外遥控器113：用于切换不用的界面，收看电视节目时可进行电视节目切换和声音调节等，在家电查询和控制界面时，可发送家电查询和控制指令。

（18）摄像头114：用来拍摄摄像头拍摄范围内的影像。

（19）视频处理模块与ARM11处理器之间的接线119：用于传输视频信息给视频处理模块进行处理。

（20）音频处理模块与ARM11处理器之间的接线120：用于传输音频信息给音频处理模块进行处理。

（21）USB处理模块与ARM11处理器之间的接线122：用于传输经过USB处理模块处理过的视频信息。

（22）视频接线123：用于传输处理过后的视频信息给电视机。

（23）音频接线124：用于传输处理过后的音频信息给电视机，包括左、右两个声道两根线。

（24）红外处理模块与ARM11处理器之间的接线121：用于传输红外处理模块处理过后的红外指令信息。

（25）USB接线125：用于连接机顶盒和摄像头并且传输摄像头拍摄的视频。

如图2，为本发明中的智能家电组成模块图，具体包括以下模块：

（1）无线单片机CC243021：无线单片机CC2430是支持ZigBee协议的单芯片解决方案，集成14位模数转换的ADC；智能家电收到查询指令和控制指令后，无线单片机CC2430解析命令，通过I/O口使能家电控制模块执行相应操作。

（2）射频电路22：用于负责无线数据的收发。

（3）设备控制模块23：用于接收无线单片机CC2430通过I/O发送的使能信号，实现对家电的控制。

（4）时钟电路24：由晶振电路组成，为终端设备运行提供时钟信号。

（5）I/O信号线26：用于连接无线单片机CC2430与家电控制模块。

（6）电源电路:主要是用于给智能家电的各个模块供电。

如图3，为本发明中机顶盒的工作流程图。流程图步骤如下：

（1）接上电源后，系统初始化31，初始化等待用户选择界面。

（2）电视节目播放界面33，用户在此处可以观看电视节目，利用遥控器对电视机进行选台和调整声音等控制36。

（3）智能家电查询和控制界面34，进入查询模式39，接着给家电发送查询指令310，然后智能家电上传家电运行状态信息显示在电视机上311；进入家电控制模式312，给家电发送控制指令313，家电改变运行状态并反馈此时家电的状态信息显示在电视机上314。

（4）视频监控界面35，USB摄像头通过USB线上传监控信息显示在电视机上37。

如图4，为本发明中家电查询和控制的工作流程图。流程图步骤如下：

（1）接上电源后，智能家电初始化41，初始化等待指令。

（2）判断是否有指令过来42，如果有指令的话就执行下一步判断操作，如果没有指令的话就继续等待。

（3）判断指令是否为查询指令43，是的话就上传家电状态信息44，不是的话就继续判断。

（4）判断指令是否为控制指令45，是的话执行控制指令并上传控制后的家电状态信息46不是的话就继续判断。

Claims

1.集成网络电视和智能家居的机顶盒集中控制系统，其特征是包括机顶盒、用于提供操作界面的电视机、红外遥控器、摄像头和智能家电；机顶盒通过网卡接口与互联网连接，电视机与机顶盒通过视频接口和音频接口连接，红外遥控器与机顶盒采用红外通信协议进行通信，摄像头通过USB接口与机顶盒连接，智能家电与机顶盒通过ZigBee协议实现无线连接；机顶盒用于处理电视节目信息并显示在电视机上、接受遥控器的指令切换不同界面和接收摄像头传过来的视频信息并显示在电视机上；用于提供操作界面的电视机用于观看电视节目和提供操作界面；红外遥控器用于发送用户指令。

2.根据权利要求1所述的机顶盒集中控制系统，其特征在于机顶盒包括ARM11处理器、Flash、SDRAM、时钟电路、电源电路、以太网接口、视频处理模块,音频处理模块、USB处理模块、ZigBee协调器模块和红外处理模块，以太网接口与ARM11处理器通过ISA总线连接；Flash、SDRAM、ZigBee协调器模块和红外处理模块与ARM11处理器通过双向数据传输线连接；时钟电路和电源电路与ARM11处理器通过电源线连接；视频处理模块和音频处理模块与ARM11处理器通过单向数据传输线连接；机顶盒通过以太网接口与互联网连接，从互联网获取节目信息和网络电视；利用ZigBee模块通过ZigBee协议与智能家电设备通信，完成对家电运行状态的查询与控制；并利用USB线将摄像头和USB处理模块连接，实现视频监控功能，USB处理模块与ARM11处理器连接。

3.根据权利要求1所述的机顶盒集中控制系统，其特征在于电视机与机顶盒通过两根音频线和一根视频线连接，用于提供操作界面的电视机用于提供操作界面的电视机用于观看电视节目，提供操作界面；红外遥控器用于发送用户指令，用户可根据遥控器的不同指令选择观看网络电视、查询与控制家电设备或进行视频监控，实现同屏切换和集中控制。

4.根据权利要求1所述的机顶盒集中控制系统，其特征在于摄像头通过USB接口与机顶盒连接，用于完成视频采集并通过USB数据线传送到机顶盒，用户通过功能选择切换到视频监控界面，从电视机屏幕查看门口实时视频，确定是否需要开门。

5.根据权利要求1所述的机顶盒集中控制系统，其特征在于智能家电包括无线单片机CC2430、射频电路、传感器模块、家电控制模块、时钟电路、电源电路和相应的家用电器；无线单片机CC2430与家电控制模块通过双向数据总线连接；智能家电与机顶盒采用ZigBee协议实现无线通信，接收机顶盒指令并完成相应操作，如果智能家电接收到的是查询指令，则将智能家电的状态信息上发到机顶盒，通过电视机显示智能家电的运行状态；如果智能家电接收到的是控制指令，智能家电将通过家电控制模块对家电进行控制，控制成功后将此时家电运行的状态信息上发给机顶盒，电视机将显示反馈信息，以让用户确保家电控制成功。

6.一种集网络电视和智能家居的机顶盒集中控制方法，其特征在于用户根据需要，选择收看网络电视节目、查询与控制智能家电或查看监控视频，三种功能通过机顶盒和电视实现集中控制和同屏切换，具体包括如下步骤：

（2）用户利用红外遥控器对机顶盒进行控制，机顶盒中的红外处理模块根据遥控器发出的红外码进行处理，实现三个不同显示界面的切换，其中第一个是播放电视节目的界面，第二个是智能家电状态查询和控制界面，第三个是视频监控界面；同时完成电视节目选择、家电设备运行状态的查询；

（3）在播放电视节目的界面，用户能像观看普通电视一样收看网络电视节目，按照需要进行电视频道切换和音量调节操作；在智能家电状态查询和控制界面，用户通过红外遥控器查询各个智能家电设备的状态，若希望改变家电状态，则通过遥控器操作实现对家电的控制；在视频监控界面，用户通过摄像头实时地对摄像头监测范围的环境进行监控；在门口安装摄像头，有人来访时，用户从电视机屏幕查看门口实时视频，确定是否需要开门。