CN103023681B - 智能家居控制设备、更新方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能家居远程控制设备、更新方法，该更新方法是通过控制主机上设置存储有智能设备的设备类的第一设备类库，在远程服务器上设置有存储智能设备的设备类的第二设备库，当有新的智能设备接入系统时，控制主机获取该新的智能设备的唯一编码，并在第一设备类库中寻找所述的新的智能设备的设备类，如果找到则加载形成该智能设备的控制模块，如果没有则控制主机通过远程方式从远程服务器上的第二设备类库中下载所需要的设备类，然后加载形成控制模块。所述的智能家居控制设备包括实现该方法的智能家庭网关、智能家居系统。本发明使得智能家居系统的扩展可以自动完成，方便快捷。

Description

智能家居控制设备、更新方法

技术领域

本发明涉及家居设备智能控制领域，尤其涉及智能家居控制设备、更新方法。

背景技术

当下智能家居系统已经发展到了较高的技术水平，从对单个电器的遥控逐步发展到了家庭内部的组网，采用家庭内部统一的主机控制；从采用以太网、电力载波网络发展到基于无线传感网的组网模式；从家庭内部组网控制发展到基于互联网络的远程控制；随着无线互联网的兴起，采用智能手机、平板电脑等智能移动平台在技术上也逐步实现。目前的智能家居系统普遍存在着一个问题：即各类智能家居系统主要考虑了如何将当前考虑到的智能家居设备集于控制系统之下，对未来新设备的接入控制仅考虑到有限的扩展，如需要增加新的设备，需要重新调整软件及硬件，且软件涉及重新安装、调试。当智能家居市场大规模兴起之时，会快速出现大量的新型智能家用设备，如果与控制系统相关的远程服务器、家庭智能网关以及控制器不是可扩展的，就会出现这样的问题：由于设备控制需要涉及四个层面的软件驱动、状态保存及操作界面更新，每次更新时需要同时更新设备、家庭网关、远程控制服务器、智能控制器四个层面的驱动及控制界面软件，非常复杂，在智能家居大量推广的情况下，如果不能做到远程自动加载及更新驱动，每套智能家居系统中增加一个设备的更新量非常大，普通用户很难在家中完成驱动加载及更新，需要设备供应商上门服务，工作量非常之大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够方便加载新添设备驱动及控制界面的方法，本发明还提供方便加载新增设备的家居控制设备，包括控制网关和控制系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的智能家居控制系统远程更新方法，包括以下步骤，在所述的控制主机上设置存储有智能设备的设备类的第一设备类库，在所述的远程服务器上设置有存储智能设备的设备类的第二设备库，当有新的智能设备接入系统时，控制主机获取该新的智能设备的唯一编码，并在第一设备类库中寻找所述的新的智能设备的设备类，如果找到则加载形成该智能设备的控制模块，如果没有则控制主机通过远程方式从远程服务器上的第二设备类库中下载所需要的设备类，然后加载形成控制模块。

优选的，当新的智能设备产生时，针对其开发的设备类被存储到所述的第二设备类库。

优选的，每个所述的设备类包括其对应智能设备的设备唯一编码、驱动模块、控制状态结构。

优选的，所述的智能家居控制系统还包括用于提供人机交互的控制界面的控制终端，所述的控制终端通过与所述的控制主机通信同步时发现新的智能设备，即通过控制主机向远程服务器发送加载新的设备驱动请求，远程服务器在第二设备类库中找到该设备对应的设备类，并下载到控制终端加载到应用层，提供控制界面或者当所述的控制终端连接所述的远程服务器时发现新的智能设备，则直接向远程服务器发送加载新的设备驱动请求，远程服务器在第二设备类库中找到该设备对应的设备类，并下载到控制终端加载到应用层，提供控制界面

本发明还涉及实现该方法的智能家庭网关，用作置于本地用于控制本地智能设备的控制主机，用来接收智能设备的状态信息并发送给远程服务器或者接收来自远程服务器的控制命令并传输给所述智能设备，包括软件系统及用来承载软件系统的硬件系统，所述的软件系统包括操作系统层、通信层、应用层，所述的操作系统层为所述的应用层提供运行环境，并为硬件系统提供驱动，所述的应用层包括一个智能网关系统基础框架，还包括存储有智能设备的设备类的第一设备类库，在新的智能设备加入时，所述的智能网关系统基础框架根据新的智能设备的唯一编码加载驱动，所述的加载驱动首先在所述第一设备类库中查找所述的新的智能设备的设备类，如果找到则加载形成该智能设备的控制模块，如果没有则通过通信层向远程服务器发送下载请求，然后将下载得到的设备类加载形成该新的智能设备的控制模块。

优选的，所述的硬件系统包括主控制器，所述的主控制器通过内部总线连接有ZIGBEE通信模块、WIFI通信模块，所述的主控制器通过外部总线连接有GSM/CDMA接口模块、USB接口模块、音频接口模块、视频接口模块，在所述的主控制器上还连接有显示模块。

本发明还涉及实现该方法、包含该智能家庭网关的智能家居控制系统，包括：

至少一个所述的智能家庭网关，设置于家庭中用于接收智能设备的状态信息传输给远程服务器，并将来自远程服务器、控制终端的控制命令传输给智能设备，其上设置有存储有智能设备的设备类的第一设备类库；

远程服务器，设置有存储有智能设备的设备类的第二设备类库，并根据智能家庭网关的请求从第二设备类库中查找相应的设备类发送给所述的智能家庭网关；

控制终端，用于提供控制界面，通过向远程服务器或者智能家庭网关发送控制命令控制家庭中的智能设备；

路由器，用于实现控制终端、智能家庭网关和远程服务器之间的网络连接。

优选的，所述的远程服务还上设置有基础系统层、通信层、服务层，所述的基础系统层用来提供运行环境，所述的通信层用于实现和所属控制终端、智能网关之间的通信，所述的服务层用来接收通信层接收的服务请求，并作出处理。

优选的，所述的路由器为无线路由器，所述控制终端、智能家庭网关和远程服务器之间的网络连接为无线连接。

本发明的有益效果如下：

本发明的智能家庭网关包括ZIGBEE模块，能够采用ZIGBEE方式进行WSN网络组建，再加入新的设备时不需要对网关的硬件结构做出调整，配合本发明提供的新设备的更新方法，可以完成通过互联网自动实现对智能家居设备驱动及控制界面的加载及更新，使新增设备方便快捷入网：

本发明提供了一种新的开放式技术架构，一旦这种技术架构及规范被智能家居厂商广泛采用，即可在这种结构下更方便的招聘到Android、Windows、iOS等通用开发技术工程师，开发大量的智能设备及设备驱动、控制界面等模块，开发效率比单片机、Lunix的开发效率提高至少3倍。同时由于采用了智能手机、平板电脑及PC作为控制终端，用户无须过多学习专门的设备操控方法，用户体验会更好。

采用本发明技术方案，智能家居厂商将可采用本技术体系及规范开发扩充新的采用遥控或远程控制的智能家居设备，只需将对该设备控制驱动放置于远程服务器上，而无需工程师到每个购置了该新设备的家庭去家庭网关上配置更新设备驱动及控制界面。这种模式大大降低了智能家居设备厂商安装调试及设备驱动更新维护的成本。

附图说明

图1为本发明的智能家庭网关一个实施例硬件结构图；

图2为本发明的智能家居系统的一个实施例的结构图；

图3为本发明的发明在图2所示的智能家居系统实施例上的实现流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案和有益效果进一步进行说明。

智能家庭网关是智能家居系统的核心，它实现将智能家居设备、远程互联网服务器、智能遥控设备之间的信息传输、处理；它可获取、存储各智能家居设备的状态及传输控制命令，还可传输、加载、更新各类软件模块。参见附图1，本发明的网关采用ARM芯片架构，内置Wifi、Zigbee、串口通信等设备芯片，具有显示及触摸操控功能，本发明的家庭智能网关上可以运行Android操作系统，使用Android系统平台进行WSN和Internet进行数据交换，管理Zigbee设备进行WSN网络组建，并控制及监控Zigbee终端设备，对大数据量的视频及音频采用WIFI方式进行控制及监控。Android系统平台是一个开源的智能操作系统；能够兼容现在市场上的大部分硬件。

如图2所示本发明的智能家居系统的一个实施例，以智能家庭网关为核心，还包括远程服务器、无线路由器、控制终端：

1、家庭无线路由器，即目前市场上通用的家庭无线路由器，为带Wifi通信接口的智能手机、平板电脑、PC台式机|笔记本电脑、智能家庭网关以及远程服务器提供TCP/IP协议的无线通信功能。

2、远程服务器，该服务器与千家万户的智能家庭网关及控制设备相连，用于接收、存储、处理各类智能家居设备状态及状态控制。同时具备安全验证、各类模块自动下载传输功能。本服务器可采用PC服务器或Unix\Linux服务器，远程服务器可以采用集群式部署方式，通过应用服务采用开源的JBoos6进行部署，数据库采用PostgreSQL9进行数据存储服务，采用OpenSIPS1.6进行点对点服务。以上应用都采用集群部署方式，按照集群部署方式能够按照用户流量进行服务器增加、减少、移除服务器这样可以减少浪费资源；集群服务器能够支持更多的用户进行并发访问。

远程服务器采用如下配置表中的硬件实现：

服务器名称	数量	备注
			DELL R710	2台	应用服务器
DELL R710	2台	SIP服务器(支持VOIP)
			DELL R910	2台	数据库服务器

远程服务器采用如下配置表中的软件实现：

软件名称	应用
		JBoss6	应用服务器
PostgreSQL9	数据库服务器
		OpenSIPS1.6	点对点服务器
Ubuntu Server 11	Linux操作系统
		Java虚拟机

3、智能控制终端，它可分为PC(包括台式机、笔记本电脑)，具备Wifi或GPRS、CDMA、3G无线通信功能的智能手机或平板电脑，亦包括运行智能软件平台(WindowsPhone、Android、iOS)的专用控制设备，该设备上运行智能设备控制软件界面，用以实现对智能设备的状态展示及控制，具体可采用但不限于下表中所列设备：

4、智能家居系统的控制对象即智能家居设备，指嵌入了可编程控制芯片、有线或无线通信芯片、可以通过其他设备对其进行状态获取及控制的智能家居设备，包括可控灯、开关、洗衣机、冰箱、窗帘、气体探测器、摄像头等各类家居、安防、监控家用设备。本系统的通信部分采用Zigbee无线通信芯片进行通信，以下举例说明几种智能家居设备的结构：

A.无线传感监控器：包括燃气浓度监控器、空气质量监控器、温湿度传感器：这些监控器均采用TI公司CC2530芯片作为通信模块，芯片中嵌入TI公司的ZStack协议栈，按照Zigbee联盟的设备控制标准加入燃气传感器设备信息。

B.无线控制开关：无线开关是基于TI公司的CC2530芯片和基本开关电路，实现无线开关设备。芯片中嵌入TI公司的ZStack协议栈，嵌入式程序中按照Zigbee联盟中ZigbeeHomeAutomation的标准实现开关设备。

C.无线控制插座，插座上插电视：无线插座同样采用TI公司的CC2530芯片和基本插座电路，实现来无线插座设备。芯片中嵌入TI公司的ZStack协议栈，嵌入式程序中按照Zigbee联盟中ZigbeeHomeAutomation的标准实现插座设备。

D.视频监控及对讲设备：无线摄像头采用普顺达(EasyN)公司IP摄像头技术，通过WIFI无线连接网关实现对摄像头控制及视频浏览。

本发明的智能家居系统及受控的智能家居设备通过两大网络实现连同控制：

1、家庭内部网络系统，该部分又包括两类网络，一类是由Zigbee无线传感网络实现家庭网关与智能家居设备的连接；另一类是TCP/IP协议的家庭内部无线局域网，实现智能手机与智能家庭网关的连接；

2、基于TCP/IP协议的有线或无线互联网，用于连接智能家庭网关、家庭智能控制服务器、个人电脑、带无线通信功能(Wifi、GPRS、CDMA、3G)的智能手机或平板电脑。

为了实现功能在智能家庭网关及远程服务器上都需要设置软件系统，具体如下：

1、智能家庭网关上的软件系统架构

(1)操作系统层：该软件运行Android操作系统，其中含有Wifi、串口等多种驱动，亦含其他相关设备如视频、音频等设备驱动。

(2)通信层：该层包括两个大类，一类是WSN网络基础层，由应用层通过网关串口发送控制命令、接收网络中各类设备的状态以及其他信息的传输；另一类是通过Wifi、WLAN与互联网服务器或智能手机(平板电脑)进行通信的层，采用SIP协议来完成通信。通过与远程服务器及控制平台通信，提供向控制平台发送设备驱动模块及设备状态信息，向远程服务器发送设备状态信息等功能。

(3)应用层：该层包括一个智能网关系统基础框架，用来加载各类智能设备的状态获取及操控模块，它包括每类智能设备的类库及实例调用，当智能网关通过WSN探测到网络中的智能设备后，从类库中寻找到相应的设备控制模块并加载到系统框架中，形成控制界面，并与通信层通信，实现设备的控制。一旦无法在本地类库中找到相关设备类库，即通过通信层与远程服务器连接，从远程设备库中找到并自动下载该设备类库到网关本地，这就是自动更新设备驱动的基本原理。

2、远程服务器上的软件系统架构

(1)基础系统层，包括Linux、Unix、WindowsServer服务器，基本关系-对象型数据库。

(2)通信层，主要用于与家庭网关、智能手机(平板电脑)、PC机等操控系统的网络通信，用于传输各类智能家居设备的状态数据以及其他相关信息。它主要提供了基于HTTP及SIP两种通信协议，后者主要用于提供智能家居设备状态数据、控制命令以及音频视频信息传输，其他信息包括设备驱动数据、安全认证信息等等由HTTP协议传输完成。

(3)智能设备类库管理层，它管理着所有按照本系统规范提供的设备类库，每个设备类包括设备唯一编码、驱动模块、控制状态结构等信息，并提供了设备类增加、删除管理等功能。

(4)服务层，该层经通信层接收的服务请求，向家庭网关或控制平台发送设备驱动模块，或转发自家庭网关接收的设备状态及采集的视屏音频等数据至终端控制平台。

3、家庭网关及远程服务器上存储的智能设备类库结构，该结构内容如下：

(1)设备类唯一编码：与每个智能设备的唯一编码相对应。

(2)设备基本描述信息：包括设备类版本，智能设备型号、提供单位等信息。

(3)设备消息协议，即智能设备、网关、远程服务器、控制终端之间的通信协议。

(4)设备状态描述，即设备所包含的控制状态，如开关、温度、压力等各类状态信息。

(5)设备动作描述，包括对设备状态的读(Reader)、控制(control)、设置(Setting)、场景管理、组管理等动作协议。

(6)设备资源信息，用于网关配置设备及智能控制终端所需的软件界面资源描述，包括各类控件、图标、文字等信息，该资源信息包括了Android、iOS、WindowsPhone、Windows等不同软件操作系统平台下的资源内容，用于下载到不同控制终端操作系统下的用户界面表达。

(7)嵌入式程序包描述：符合必须符合ZigbeeZ-Stack协议栈的嵌入式程序包，用于实现基于Zigbee通信协议的网关与智能设备通信。

当有新的设备加入时，通过ZIGBEE建立的WSN网络能够自动搜索到该硬件，并获得硬件唯一编码，本地的设备类库中不存在对应的设备类时，需要从远程服务器上下载，参见附图3，当加入新的智能设备而家庭网关上的设备类库内又不存在该设备的设备类时，家庭智能网关从远程服务器上下载设备驱动的流程如下(为更清晰的表达，图中智能家庭网关与智能终端及远程服务器的通信中均省略了经过家庭路由器的物理通信表示。)：

S01：基于Zigbee通信协议的智能设备加入到任意家庭网络时，家庭网关通过智能设备通信获取到智能设备的唯一编码，如发现该设备在网关上无该设备驱动模块，即通过HTTP协议向远程服务器发送下载该唯一编码设备驱动请求。

S02：远程服务器获取该需求后，即从设备库中找到该设备并通过HTTP协议传输到家庭网关。

S03：家庭网关获取该设备控制驱动，即在家庭网关应用层中加载该驱动，如需更新智能设备通信驱动，亦通过Zigbee网络传输控制协议至设备Z-Stack协议栈。

S04：控制终端通过与家庭网关通信同步时发现新的设备控制驱动即通过网关向服务器发送加载新的设备驱动请求，服务器在设备类库中找到该设备对应的控制驱动，并下载到控制终端加载到应用层，提供控制界面。

本发明的系统可以但不限于实现以下功能：

1、在家庭网络内，通过手机控制各类可与智能网关进行通信的智能家电设备，如智能遥控电灯、通过红外-无线遥控转接遥控电视、空调、热水器、音箱、窗帘等。还可获取家中燃气是否泄漏、空气质量状况等信息。

2、在户外，远程实现上述功能，还可实现远程打开并浏览家中视频监控信息等。

3、在家中增加新的设备如温湿度传感器，之前将该设备驱动放置于远程服务器设备库中。启动智能家庭网关搜索功能，将传感器加入到家庭网络。家庭网关同时自动连接远程服务器搜寻到该设备驱动，自动下载到网关本地展现模块界面。手机连接到家庭网关时亦发现新设备，自动下载到手机系统并加载该模块出现展示界面，获得温湿度数据。

Claims (3)

1.一种智能家居控制系统更新方法，所述的智能家居控制系统包括设置于本地用于控制本地智能设备的控制主机和远程服务器，其特征在于，在所述的控制主机上设置存储有智能设备的设备类的第一设备类库，在所述的远程服务器上设置有存储智能设备的设备类的第二设备类库，当有新的智能设备接入系统时，控制主机获取该新的智能设备的唯一编码，并在第一设备类库中寻找所述的新的智能设备的设备类，如果找到则加载形成该智能设备的控制模块，如果没有则控制主机通过远程方式从远程服务器上的第二设备类库中下载所需要的设备类，然后加载形成控制模块；

其中，当新的智能设备产生时，针对其开发的设备类被存储到所述的第二设备类库；每个所述的设备类包括其对应智能设备的设备唯一编码、驱动模块、控制状态结构；

所述的智能家居控制系统还包括用于提供人机交互的控制界面的控制终端，所述的控制终端通过与所述的控制主机通信同步时发现新的智能设备，即通过控制主机向远程服务器发送加载新的设备驱动请求，远程服务器在第二设备类库中找到该设备对应的设备类，并下载到控制终端加载到应用层，提供控制界面或者当所述的控制终端连接所述的远程服务器时发现新的智能设备，则直接向远程服务器发送加载新的设备驱动请求，远程服务器在第二设备类库中找到该设备对应的设备类，并下载到控制终端加载到应用层，提供控制界面；

此外，远程服务器上的软件系统架构包括：

(1)基础系统层，包括Linux、Unix、WindowsServer服务器，基本关系-对象型数据库；

(2)通信层，用于与家庭网关、智能手机、平板电脑、PC机操控系统的网络通信，用于传输各类智能家居设备的状态数据以及其他相关信息；提供了基于HTTP及SIP两种通信协议，后者主要用于提供智能家居设备状态数据、控制命令以及音频视频信息传输，其他信息包括设备驱动数据、安全认证信息，由HTTP协议传输完成；

(3)智能设备类库管理层，管理着所有按照本系统规范提供的设备类库，每个设备类包括设备唯一编码、驱动模块、控制状态结构信息，并提供了设备类增加、删除管理功能；

(4)服务层，该层经通信层接收服务请求，向家庭网关或终端控制平台发送设备驱动，或转发自家庭网关接收的设备状态及采集的视频音频数据至终端控制平台；

此外，家庭网关及远程服务器上存储了智能设备类库结构，该结构内容如下：

(1)设备类唯一编码：与每个智能设备的唯一编码相对应；

(2)设备基本描述信息：包括设备类版本、智能设备型号、提供单位信息；

(3)设备消息协议，即智能设备、网关、远程服务器、控制终端之间的通信协议；

(4)设备状态描述，即设备所包含的控制状态，包括开关、温度、压力各类状态信息；

(5)设备动作描述，包括对设备状态的读、控制、设置、场景管理、组管理动作协议；

(6)设备资源信息，用于网关配置设备及智能控制终端所需的软件界面资源描述，包括各类控件、图标、文字信息，该资源信息包括了Android、iOS、WindowsPhone、Windows不同软件操作系统平台下的资源内容，用于下载到不同控制终端操作系统下的用户界面表达；

(7)嵌入式程序包描述：必须符合ZigbeeZ-Stack协议栈的嵌入式程序包，用于实现基于Zigbee通信协议的网关与智能设备通信。

2.一种智能家庭网关，其特征在于，用作置于本地用于控制本地智能设备的控制主机，用来接收智能设备的状态信息并发送给远程服务器或者接收来自远程服务器的控制命令并传输给所述智能设备，包括软件系统及用来承载软件系统的硬件系统，所述的软件系统包括操作系统层、通信层、应用层，所述的操作系统层为所述的应用层提供运行环境，并为硬件系统提供驱动，所述的应用层包括一个智能网关系统基础框架，用来加载各类智能设备的状态获取及操控模块，它包括每类智能设备的类库及实例调用；还包括存储有智能设备的设备类的第一设备类库，在新的智能设备加入时，所述的智能网关系统基础框架根据新的智能设备的唯一编码加载驱动，所述的加载驱动首先在所述第一设备类库中查找所述的新的智能设备的设备类，如果找到则加载形成该智能设备的控制模块，如果没有则通过通信层向远程服务器发送下载请求，然后将下载得到的设备类加载形成该新的智能设备的控制模块；

其中，所述的硬件系统包括主控制器，所述的主控制器通过内部总线连接有ZIGBEE通信模块、WIFI通信模块，所述的主控制器通过外部总线连接有GSM/CDMA接口模块、USB接口模块、音频接口模块、视频接口模块，在所述的主控制器上还连接有显示模块。

3.一种智能家居系统，其特征在于，包括：

至少一个权利要求2所述的智能家庭网关，设置于家庭中用于接收智能设备的状态信息并传输给远程服务器，并将来自远程服务器、控制终端的控制命令传输给智能设备，其上设置有存储有智能设备的设备类的第一设备类库；

远程服务器，设置有存储有智能设备的设备类的第二设备类库，并根据智能家庭网关的请求从第二设备类库中查找相应的设备类发送给所述的智能家庭网关；

控制终端，用于提供控制界面，通过向远程服务器或者智能家庭网关发送控制命令控制家庭中的智能设备；

路由器，用于实现控制终端、智能家庭网关和远程服务器之间的网络连接；

所述的远程服务器上还设置有基础系统层、通信层、服务层，所述的基础系统层用来提供运行环境，所述的通信层用于实现和所述控制终端、智能家庭网关之间的通信，所述的服务层用来接收来自通信层的服务请求，并作出处理；

所述的路由器为无线路由器，所述控制终端、智能家庭网关和远程服务器之间的网络连接为无线连接。