CN103246275A

CN103246275A - 一种基于PLC与WiFi基础上的交互式家居电子系统

Info

Publication number: CN103246275A
Application number: CN2013102117782A
Authority: CN
Inventors: 杨俊杰; 杨柳
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2013-08-14

Abstract

本发明公开了一种基于PLC与WiFi基础上的交互式家居电子系统，其特征在于：所述家居电子系统由PLC通信HomePlug协议模块、无线通信WiFi模块、智能家居硬件模块和电子单元收发模块组成，各模块彼此之间无线连接，所述智能家居硬件模块用以实现智能家居和智能家电点对点之间通信，所述电子单元收发模块独立收发信号，实现远程控制与本地设置相结合。本发明利用PLC通信实现高速、稳定、可靠的智能家居网络环境，另一方面利用WiFi技术实现家庭网络的全覆盖；利用Homeplug协议良好的兼容性，实现了智能家居和智能家电的互联互通及远程控制，大幅度降低了家庭物联网的成本；此外任何电子单元都实行开放的接口便于电子系统之间的交互操作，使得用户能最大限度和创造性地利用家居电子系统的性能，提高用户对智能家居系统的满意度。

Description

一种基于PLC与WiFi基础上的交互式家居电子系统

技术领域

本发明涉及电子工程中的微电子技术和网络通讯领域中的电力载波通讯和无线通讯技术，具体涉及一种基于PLC与WiFi基础上的交互式家居电子系统。

背景技术

目前智能家居领域采用的技术纷繁杂冗，主要有POWER-BUS技术、X10电力载波、WiFi、红外、蓝牙、Zigbee等等，各种技术难以互通，统一的智能家居解决方案没有形成，阻碍了智能家居的普及。

目前智能家电通讯主要采用单一WiFi，少数采用单一HomePlugAV。采用WiFi通讯导致智能家电存在通讯不稳定、不可靠、容易受微波炉等电器影响和墙壁楼层阻隔影响；采用HomeplugAV直接导致成本高企。

现有技术已经实现500Mbps的HomePlugAV产品和9.8Mbps的HomePlugGP；但将WiFi与HomePlugAV、HomePlugGP集成的电子设备还没有出现。

发明内容

本发明一种基于PLC与WiFi基础上的交互式家居电子系统，以解决现有技术不稳定不可靠、无法互联互通、不便管理维护或成本高企难以普及的缺点。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案包括：

一种基于PLC与WiFi基础上的交互式家居电子系统，其特征在于：所述家居电子系统由PLC通信HomePlug协议模块、无线通信WiFi模块、智能家居硬件模块和电子单元收发模块组成，各模块彼此之间无线连接，所述智能家居硬件模块用以实现智能家居和智能家电点对点之间通信，所述电子单元收发模块独立收发信号，实现远程控制与本地设置相结合。

优选的，所述PLC通信HomePlug协议模块由高带宽协议和中低带宽协议组成，所述高带宽协议和中低带宽协议在同一电力线上共存并通信，所有智能家电和智能家居产品共享同一电力线并相互控制，互不干扰； WiFi作为在PLC通信异常下的自适应补充通信，在非标准家居电力线系统（有两条或三条分离的电力线，而有的电力线被开关或特殊装置断开）或电力线通信工作不正常（如吹风机，吸尘器造成噪声太大）的情况下，立即取代PLC进行通信。

HomePlugAV与WiFi的集成通信装置，用于高带宽（〉200Mbps）电子系统接入家居网络，如IP电视，电脑，监视摄像头，IP音响等；该集成装置也用于家庭网关/路由器和家居系统的连接；HomePlugGP与WiFi的集成通信装置，用于中低带宽（2-9.8Mbps）电子系统家居网络，如洗衣机，冰箱，空调，电子门锁，LED灯光系统，自来水电子阀门，煤气电子阀门，电子温度计，太阳能面板，智能面板等。

优选的，所述电子单元收发模块任何电子单元都存在开放的接口，用以同时接收并发送信号，所述任一电子单元接收其它多个电子单元发来的信号，并同时向其它多个电子单元发送信号。

优选的，所述电子单元收发模块任何电子单元都存在开放的接口，任一电子单元独立向系统外部远程发送或接受信号。

优选的，所述PLC通信HomePlug协议模块、无线通信WiFi模块、智能家居硬件模块和电子单元收发模块之间的通信采用对等模式或反馈循环模式或主从模式进行，任一一种模式共存于PLC/WiFi基础上的家居电子系统而且能同时进行，不互相干扰。

优选的，所述电子单元收发模块之间数据交换使用TCP/IP的格式，同时与Internet进行数据交换。

优选的，所述系统的建立通过远程控制器件设置。

优选的，所述系统的建立通过电子单元收发模块的控制界面上进行本地设置。

软件的实现除了针对单个家居电子单元的在该电子单元内部实现外，尽量将大部分通讯功能的控制软件在作为控制终端的手机或电脑上实现，这样可以最大化减轻家居电子单元的软件/存储处理的负载。

附图说明

图1为本发明基于PLC/WiFi基础上的交互式电子家居系统结构图。

图2为针对非理想电力线状况采用本发明PLC/WiFi装置连接的电子家居系统的示意图。

图3为本发明通过远程软件控制来实现的三种交互操作模式示意图。

如下具体实施方式将结合附图进行说明。

具体实施方式

本发明的核心为：将PLC与WiFi集成通信技术应用于智能家居和智能家电上，通过HomePlugAV解决高速率家电的通信，通过HomePlugGP解决中低速率家电的通信，通过WiFi自适应补充通信来实现家庭网与因特网的无缝交流和远程控制，大幅度兼容通信设备，降低通信成本，提高通信性能的目的。

整个交互式家居系统的连接如图1所示。所有的家居电子单元通过SPI标准总线接口连接到PLC/WiFi通讯模块（101），然后连接到电力线（116）。PLC/WiFi通讯模块通过GP或AV字符来指明是HomePlugGP还是HomePlugAV模块。路由器/网关通过HomePlugAV/WiFi模块连接到电力线，提供家居系统到因特网的接口。每个家居电子系统根据其自身特性选用合适带宽的集成模块（HomePlugAV/WiFi或HomePlugGP/WiFi模块）。在该图中显示了一些典型的家用电子系统的带宽选择：

监控摄像机（102）使用HomePlugAV/WiFi；

电子门锁（103）使用HomePlugGP/WiFi；

IP电视（104）使用HomePlugAV/WiFi；

IP音响（105）使用HomePlugAV/WiFi；

LED灯光系统（106）使用HomePlugGP/WiFi；

电子温度计（107）使用HomePlugGP/WiFi；

空调（108）使用HomePlugGP/WiFi；

煤气探测器（109）使用HomePlugGP/WiFi；

自来水电子阀门（110）使用HomePlugGP/WiFi；

煤气电子阀门（111）使用HomePlugGP/WiFi；

路由器/网关（113）使用HomePlugAV/WiFi；

图2 是针对非理想电力线状况（如有的屋子有两条或三条分离的电力线，而有的电力线被开关或特殊装置断开）使用PLC/WiFi集成模块的物理连接。和路由器相连的电力线（116）为正常通道，而和该电力线分离的其他电力线则使用无线WiFi （118）和路由器相连接。

图3是关于整个家居电子系统的软件架构。PLC/WiFi结合提供家用电力电子设备互相操作的底层硬件环境；家居系统内局部交互控制系统的建立可以通过远程控制器件（如手机，电脑）来设置；也可以在电子单元的控制界面上进行本地设置；远程控制器件（手机等）可以随时备份个电子器件状态（同时也备份了建立的局部交互控制系统），并可以随时进行修改；每一个电元单元设备作为一个节点，各个电力电子设备之间可以通过以下模式互相操作：

（1）对等模式（126和127）：如监控摄像和电子门锁可以互相控制。当监控摄像监测到可疑人员进入院子时，可以命令电子门锁死锁，防止盗贼撬门而入；而电子门锁在感应到有人撬门或破坏时，也可以命令摄像头调整方位和清晰度，拍摄门口和盗贼照片并及时远程传送给屋主并提醒；

（2）主从模式（122，123 和124）：如电视，音响和LED照明可以是主-从-从模式。当电视播放电影或MTV时，电视可以通过电力线或WiFi传送视频信号给音响以播放音乐，同时也送信号给LED照明系统，随音乐变换色彩和亮度，构造娱乐晚会的氛围。

（3）反馈循环模式（119，120和121）：如电子温度计和空调构成反馈系统，保持最佳室内温度状态；而亮度感应器和LED照明系统则可以调整室内亮度到屋主的期望水平。

系统初始化时，HomePlugAV和HomePlugGP器件会根据HomePlug协议按先后顺序或用户指定选择一个通讯模块节点作为中央控制单元（CCO），中央控制单元能对电力线上的交流信号进行过零探测，并按此发送信标信号（Beacon）到各节点进行时钟同步。然后电力线通讯资源分配按照时分/优先级的方式来进行。基本上来说，HomePlugGP通讯占据电力线信道时间不超过7%，而大部分时间由HomePlugAV节点使用，以满足高带宽家居电子系统在服务质量（QoS）上的要求。

远程控制通过如下方式来进行（图1）：手机或电脑控制终端（115）软件程序（127）在指定时间点发出指令，该指令会被解释并通过因特网（114）到达家庭路由器（113）然后送到相应的电子单元节点。有些电子单元设定为发送信号主体（如104），而有些电子单元则为接受/被控制单元（如105和106）；发送单元送出的信号通过PLC/WiFi信道的传输到达接收电子单元来完成一个控制指令的操作；这样通过一系列时序点的操作来实现家居电子系统点对点之间的通讯和控制。

为了保证任何电子单元之间都能相互通信，所以每个电子单元都实行开放的接口，既能接收也能发送信号（但发送接收不能同时进行）；一个单元可以接收多个其他单元发来的信号（分时），也可以同时向多个目标发送信号。为了实现远程控制和交互，每个单元也可以想远程目标单元发送或接收信号（如邻居或办公室电子系统）。

终端控制软件会定时和所有电子单元节点沟通，读取每个电子系统的状态，由此来跟踪家居电子系统的最新状态；同时终端控制软件能对所有的电子单元节点进行状态更新，如设置离家模式，夜间模式，学习模式，晚会模式等等。

总的来说，交互式家居电子系统使得每个家居电子单元足够灵活，能担当发送控制指令或接受控制的角色，自由构成局部的循环或单向的网络；而且能成为Internet的一个节点而不用承受太多负担；（简单的电子单元如电子门锁，洗衣机，电冰箱等，控制软件接口可以在远程控制器件如手机上来实现，所以可以减轻负担）；硬件上使用PLC/WiFi 互相补充，保证了通信的可靠性；而且每个电子单元可以选择合适的带宽，所以节省了信道带宽资源，并在此基础上减少电力的消耗。

Claims

1.一种基于PLC与WiFi基础上的交互式家居电子系统，其特征在于：所述家居电子系统由PLC通信HomePlug协议模块、无线通信WiFi模块、智能家居硬件模块和电子单元收发模块组成，各模块彼此之间无线连接，所述智能家居硬件模块用以实现智能家居和智能家电点对点之间通信，所述电子单元收发模块独立收发信号，实现远程控制与本地设置相结合。

2.如权利要求1所述的一种基于PLC与WiFi基础上的交互式家居电子系统，其特征在于：所述PLC通信HomePlug协议模块由高带宽协议和中低带宽协议组成，所述高带宽协议和中低带宽协议在同一电力线上共存并通信，所有智能家电和智能家居产品共享同一电力线并相互控制，互不干扰。

3.如权利要求1或2所述的一种基于PLC与WiFi基础上的交互式家居电子系统，其特征在于：所述电子单元收发模块任何电子单元都存在开放的接口，用以同时接收并发送信号，所述任一电子单元接收其它多个电子单元发来的信号，并同时向其它多个电子单元发送信号。

4.如权利要求1或2所述的一种基于PLC与WiFi基础上的交互式家居电子系统，其特征在于：所述电子单元收发模块任何电子单元都存在开放的接口，任一电子单元独立向系统外部远程发送或接受信号。

5.如权利要求3所述的一种基于PLC与WiFi基础上的交互式家居电子系统，其特征在于：所述PLC通信HomePlug协议模块、无线通信WiFi模块、智能家居硬件模块和电子单元收发模块之间的通信采用对等模式或反馈循环模式或主从模式进行，任一一种模式共存于PLC/WiFi基础上的家居电子系统而且能同时进行，不互相干扰。

6.如权利要求3所述的一种基于PLC与WiFi基础上的交互式家居电子系统，其特征在于：所述电子单元收发模块之间数据交换使用TCP/IP的格式，同时与Internet进行数据交换。

7.如权利要求3所述的一种基于PLC与WiFi基础上的交互式家居电子系统，其特征在于：所述系统的建立通过远程控制器件设置。

8.如权利要求3所述的一种基于PLC与WiFi基础上的交互式家居电子系统，其特征在于：所述系统的建立通过电子单元收发模块的控制界面上进行本地设置。