CN103139020A - 基于物联网的智能家居系统及家用电器接入标准 - Google Patents

Abstract

本发明属于物联网以及智能家居领域，并综合运用云计算服务。旨在解决当前智能家居领域成本过高、不同品牌家用电器不能接入、标准不统一的问题。本发明提出一套智能家居的实施方案，并提出一种通用的家用电器接入标准，通过在该方案的框架下，实现任何家电只要符合该简单的设计标准就可以接入家庭小型物联网络。本智能家居的实施方案成本很低，能为广大家庭用户所接受并采用，主要用于家庭的防火防盗等安防系统、对家电进行智能控制；本发明支持对远端的户主进行通过云服务器端的紧急通知服务，同时户主还可以在本地对家电进行方便快捷的控制。

Description

基于物联网的智能家居系统及家用电器接入标准

技术领域

本发明属于物联网智能家居领域，具体涉及无线传感网络等物联网技术、云计算服务以及通用电器接入标准设计。

技术背景

20世纪80年代初，随着大量采用电子技术的家用电器面市，住宅电子化(HE，Homen Electronics)出现。80年代中期，将家用电器、通信设备与安保防灾设备各自独立的功能综合为一体后，形成了住宅自动化概念(HA，Home Automation)。80年代末，由于通信与信息技术的发展，出现了对住宅中各种通信、家电、安保设备通过总线技术进行监视、控制与管理的商用系统，这在美国称为Smart Home，也就是现在智能家居的原型。

智能家居目前发展迅速，目前包含的主要子系统有家居布线系统、家庭网络系统、智能家居(中央)控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统、背景音乐系统、家庭影院与多媒体系统、家庭环境控制系统等八大系统。但目前在智能家居系统产品的认定上，厂商生产的智能家居(智能家居系统产品)必须是属于必备系统，能实现智能家居的主要功能，才可称为智能家居。这种需要特定的生产厂家来生产特定的生产智能家居的产品(包括智能电器)的特性，同时目前智能家居的设计也必须在住宅建造时同时设计包括布线，安装特殊设计产品，这导致目前智能家居安装设计成本过高，市场很难普及。

因此针对上述缺点，我们提出了一种基于物联网的智能家居系统及家用电器接入标准，在我们的框架下设定标准协议，广大家电厂商对出厂的家电稍作改动使之符合我们的标准；在们的系统布局框架之下，每家每户都可以实现智能家居的梦想。

发明内容

本发明在于解决目前智能家居存在的由于成本过高而导致的市场很难普及的问题。当前的智能家居系统需要从住宅设计建造初期即考虑设计，成本过高；同时对于目前有的技术产品在对已经建好的房子上的智能家居布置设计，也仅限于很浅层的防盗防火等功能，而对一些家用电器的控制无能为力。

为了解决这一难题，本发明采用的方案是：如图1所示，整个系统大致由云服务器端、基站&控制中心和各类节点组成，节点可以使简单的传感器也可以嵌入各类家电等；如图1所示，大致可分为三类节点，虚线框1所示为安防节点，包括防火节点、放到节点以及测量温湿度和检测甲醛等有害气体节点；虚线框2为家用电器节点，该类型家用电器为嵌入符合本系统设计的标准协议即可入网受基站控制，虚线框3为其他按需扩展节点，用户可根据需要调节。户主可以实时在基站上查看各类监控信息，同时可以在室内对各类节点进行操作，方便快捷；此外，若户主不在家，而发生了一些状况被节点探测到，则可以通过家庭网关到云服务器端对远端的户主和小区物业进行通知，及时进行通知。

本发明的另外一个关键之处在于设定了一个标准，只需家电厂商在本系统的标准协议框架下，对电器的电路稍加改动使之符合标准即可入网，如图2所示，如果新增家电想入某户智能家居网络，只需按照本系统框架下的标准，经过如图2的请求入网过程，即可进行工作。

附图说明

图1是整个智能家居系统的功能图

图2是新增电器入网标准请求过程图

图3是基站&控制中心和各节点的模块功能图

具体实施方式

图1整体采用无线传感网络模式，基站可以使用包括433Mhz、2.4Ghz等频率在内的无线频段传输，无线范围覆盖整个公寓。

图1的基站&控制中心包含跟节点间进行无线传输的无线模块、单片机处理模块、显示模块、网络模块等。

图1中云服务器端为利用云计算技术，通过对基站传送过来的数据的处理分析，并即时显示和通知给远端的屋主和物业来达到报警和远程监控的目的。

图1中虚线框1的安防模块中包含无线传输模块、传感器模块，传感器通过将外界环境因素如温湿度、有毒气体、可疑人员非法撬门进入信息采集然后通过无线传输模块传送给基站。

图1中虚线框2中的家电必须均符合本发明系统的协议标准规定才能进行相应控制，需要家电厂商稍作相应修改即可。

图1中的本地安防系统中，还会本地进行啸叫等本地报警，以引起注意。

图1中虚线框3中其他节点可以按照用户的特定需求或者将来某些特定产品，只需要符合被系统标准即可被接入。系统扩展性很强。

图2是新增家用电器入网过程，未来如家电厂商在我们的标准之下稍作修改相应电路，符合图2过程的入网标准，即可提供相应控制。

图3是基站&控制中心和各节点模块功能图。虚线框图4为基站&控制中心模块；虚线框图5为节点模块。基站&控制中心主要包括四个子模块，包括无线传输模块、单片机处理模块(ARM等)、以太网接口模块、显示屏；无线传输模块和单片机处理模块通过UART、I2C或SPI等标准接口连接通信，单片机把接收到的数据经过处理之后一方面通过显示屏显示，另一方面通过以太网接口模块发送至云服务器端进行告知户主。户主也可以本地通过显示屏和按键或远端通过手机经云服务器端对一些家电等进行操作。

图3中虚线框5是节点模块，主要包括无线传输模块和传感器或者电气控制电路两个子模块，无线传输模块负责和基站&控制中心通信，传感器负责采集环境因素，电器控制电路跟原有的电器控制电路相连接，然后通过UART、I2C、SPI等标准接口或者直接通过I/O口与无线传输模块相连接，进行数据通信。

Claims (7)

1.一种结合利用短距离无线通信技术对电器设备和云计算技术进行感知和控制的方法，其特征在于，包括：

通过工业科学医学频段(ISM频段)与电器设备上的射频感知控制模块(以下简称为感控模块)进行信息交互；

感控模块在短距离范围内(不超过50米)与低功耗无线基站进行低速率安全可靠的通信；

感控模块通过有线方式与电器设备进行通信和控制，使得电器设备能够接收来自感控模块的指令，完成电器设备的受控。

2.根据权利要求1所述的短距离无线通信的方法，其特征在于，包括：

无线通信数据被可靠地加密；

统一的数据通信格式，且能够被接收方可靠无误地接收，识别和解析。

3.根据权利要求1所述的由感控模块采集的数据的处理方法，其特征在于通过无线基站和有线以太网或其它无线互联网接入方式将信息发送至云服务器且由云服务器处理上述由感控模块采集的信息。

4.一种低成本，低功耗，可扩展和可个性化定制的智能家居系统，其特征在于，包括：系统的感控模块和无线基站采用权利2所述方法进行通信且可以快速地在使用场所部署与拆卸；系统可以在部署后便捷地增加感控模块而无须对系统其它部分进行大幅度重新部署、改造和重新配置。

5.根据权利要求4所述的智能家居系统，其特征在于，其感控模块的类型，可以含有仅有环境感知功能的感控模块，包括但不限于温度、湿度、室内煤气含量、区域红外感知、室内甲醛含量和烟雾含量等纯被动感知的模块；也可以含有包括感知功能和控制功能的感控模块，包括但不限于电视机状态感知和控制，空调状态感知和控制，计算机状态感知和控制和电饭锅状态感知和控制等感知与控制结合的感控模块。

6.根据权利要求4所述的智能家居系统，其特征在于无线基站采用单片机、射频收发模块和互联网接入模块构成，单片机加载操作系统并在之上运行TCP/IP协议栈，无线基站能够能够通过互联网接入模块与互联网交互信息。

7.根据权利要求4所述的智能家居系统，其特征在于云服务端能够通过与无线基站的通信获取感控模块采集的信息并通过对感控模块的控制进一步控制电器设备，且云服务端能够通过各种有线或无线的互联网通讯方式发布基于感控模块采集信息的处理结果，并能够接收通过各种互联网通讯方式来自用户的指令，解析后发送给指定的无线基站转发给感控模块。

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