CN103365280B

CN103365280B - 智能家居综合控制系统及控制方法

Info

Publication number: CN103365280B
Application number: CN201310302422.XA
Authority: CN
Inventors: 李琳; 张镇正
Original assignee: Central South University of Forestry and Technology
Current assignee: Central South University of Forestry and Technology
Priority date: 2013-07-15
Filing date: 2013-07-15
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2033-07-15
Also published as: CN103365280A

Abstract

本发明公开了一种智能家居综合控制系统及控制方法，该系统包括中央处理器、环境监控装置、家电控制装置、无线报警装置和远程控制终端；环境监控装置、无线报警装置、门禁装置和摄像头将获得的状态信号均通过中央处理器汇总到存储器中供远程控制终端访问；远程控制终端还通过与中央处理器通信以通过家电控制装置远程控制家用电器；以及远程控制门禁装置。该智能家居综合控制系统及控制方法易于实施，将家电控制、环境监控、安防报警和远程操控集成在一起，功能丰富，易于操作，易于推广实施。

Description

智能家居综合控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种智能家居综合控制系统及控制方法。

背景技术

智能家居的核心就是物联网，物联网是当前的一个热门课题，其实现也是一种趋势。随着信息社会的发展，计算机和信息家电已经越来越多的融入我们的生活。为了提供一个安全、舒适、便捷、高效的生活环境，现在各大IT公司开始进军此领域。SmartHome是指智能住宅，与传统的家居相比，SmartHome更加的便捷、高效、安全、节能，实现综合管理和控制，并实现近、远程可视控制等。跟随者Intenet的普及，消费电子、计算机、通讯一体化日趋明显。智能信息化家电所具有的安全、方便、快捷、智能等也逐步被人们所认识和接受。智能家居系统就是要所有的家电结合在一个有机的系统，进行统一化管理，包括故障。

所谓智能家居是指将各种相关的住宅设备通过家庭内部网络连接起来，并保持这些设备与住宅的协调，从而构筑成舒适的信息化的居住空间，以适应人们在信息化社会中快节奏和开放性的生活，达到安全、舒适、高效、节能、环保及人性化要求。智能家居是住宅智能化的核心部分，目前我国的智能家居市场以下特点：产品多，厂家多，但到目前为止还没有形成规模化；且功能单一，如单纯的防盗，或单纯的家电控制，或无法远程控制等，即没有将所有的功能进行整合，而且操作繁琐。

如家美馨解决方案，家美馨提出了一种与海尔方案不同的智能家电控制思路，他能通过控制普通家电来实现智能家居。家美馨家庭智能化控制系统涵盖了监控系统、防盗系统、家电控制系统、智能照明系统、智能门窗控制系统、智能指纹锁系统，利用先进的计算机技术、网络通讯及现代控制技术将与家居生活有关的家电有机结合在一起，并进行集中控制和管理。

由于只是通过兼容红外遥控的方式来控制现有家电，只能将现有家电的遥控距离扩展实现远程控制，局限性大，并不是严格意义上的网络家电。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种智能家居综合控制系统及控制方法，该智能家居综合控制系统及控制方法，将家电控制、环境监控、安防报警和远程操控集成在一起，功能丰富，易于操作，易于推广实施。

发明的技术解决方案如下：

一种智能家居综合控制系统，包括中央处理器、环境监控装置、家电控制装置、无线报警装置和远程控制终端；

环境监控装置、家电控制装置和无线报警装置均与中央处理器通过ZigBee无线模块通信连接；

所述的中央控制器连接有用于接入到因特网的网络接口；远程控制终端通过因特网与中央处理器通信连接；

所述的远程控制终端为PC机或智能手机；中央处理器还连接有存储器；

环境监控装置包括温度检测电路、湿度检测电路和火灾监测电路【这些电路的具体实现均为现有成熟技术】；

家电控制装置具有多条独立的具有相同电路结构的控制支路；每一条控制支路的电路结构为：

光耦的输入侧的二极管正极通过上拉电阻接正电源VCC；该二极管的负极接中央处理器的一个IO端口；光耦的输出侧的集电极接三极管8050的C极，光耦的输出侧的发射极接三极管8050的B极；三极管8050的E极接地；三极管8050的C极与+12V电源之间接有继电器的线圈；二极管IN4004与该继电器的线圈并联，且二极管IN4004的负极接+12V电源；

该继电器的一个常开开关或常闭开关串接在一个家用电器的供电电路中。

无线报警装置为基于编解码芯片PT2262/PT2272和干簧管的报警电路，包括感应及发射电路和接收电路；

感应及发射电路包括编码器PT2262、干簧管和315MHz高频发射电路；PT2262的4个数据输入端【即10-13脚】分别通过4个按键K1-K4接至干簧管的一端，干簧管的另一端接电池正极；该4个数据输入端还分别通过4个下拉电阻接地；PT2262的串行数据输出端【Dout端，即17脚】接315MHz高频发射电路；

接收电路包括解码器PT2272和接收头；接收头接收到的信号经解码器PT2272的串行数据输入端【即Din，14脚】进入解码器PT2272。

所述的智能家居综合控制系统还包括门禁装置和摄像头；门禁装置和摄像头通过USB接口与中央处理器连接。

所述的中央处理器为2440_ARM9微处理器；ZigBee无线模块采用CC2430无线单片机。

一种智能家居综合控制方法，采用前述的智能家居综合控制系统，环境监控装置、无线报警装置、门禁装置和摄像头将获得的状态信号均通过中央处理器汇总到存储器中供远程控制终端访问；远程控制终端还通过与中央处理器通信以通过家电控制装置远程控制家用电器；以及远程控制门禁装置。

有益效果：

本发明的智能家居综合控制系统及控制方法，将家电控制、环境监控、安防报警和远程操控集成在一起，功能丰富，易于操作，易于推广实施。

本系统主要包括安防模块、远程通信模块、数据处理模块、门禁模块、家居设备控制模块等这五个大部分。本系统通过构建家庭内部无线通信，外界网络与家庭网关通信，达到外界网络与家庭内部网络通信，可以实现远程登录访问控制台进行操作设备，实现基于物联网的家居智能化。

在室内，采用ZigBee无线模块进行组网和通信，相对于有线模式，无线报警装置为基于编解码芯片PT2262/PT2272和干簧管的无线报警电路，布线简易；不影响室内的原有外观；

远程通信模式采用基于PC机或智能手机以及因特网的远程模式，使用方便，灵活性和通用性好，易于本系统的进一步扩展。

采用光耦和继电器控制兼用电器，易于实施，可靠性高；

总之，本系统集成度高，功能丰富，易于操作，实现成本低，易于实施而推广；具备高度的信息化和智能化。

附图说明

图1为智能家居综合控制系统的总体结构框图；

图2为家电控制装置的光耦部分的原理图；

图3为家电控制装置的继电器部分的原理图；

图4为无线报警装置中感应及发射电路的原理图；

图5为无线报警装置中接收电路的原理图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1：

如图1-5，一种智能家居综合控制系统，包括中央处理器、环境监控装置、家电控制装置、无线报警装置和远程控制终端；

下面，对本发明各部分的结构和工作过程分述如下：

温湿度传感器

本系统采用的是DHT11数字温湿度传感器，是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上。

系统的接口连接时建议连接线长度短于20米时用5K上拉电阻，大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻。

微处理器与DHT11之间的通讯和同步采用单总线数据格式，一次通讯时间4ms左右，数据分小数部分和整数部分，一次完整的数据传输为40bit，高位先出。具体格式如下：

数据格式：8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和。

数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位。

微处理器(即中央处理器)发送一次开始信号后，DHT11从低功耗模式转换到高速模式，等待

主机开始信号结束后，然后DHT11发送响应信号并送出40bit的数据，触发一次信号采集。如果没有接收到微处理器发送开始信号，DHT11不会主动进行温湿度采集。采集数据后转换到低速模式。

总线空闲状态为高电平，主机把总线拉低等待DHT11响应。主机把总线拉低时间必须大于18ms，保证DHT11能检测到起始信号。DHT11接收到主机的开始信号后，等待主机开始信号结束，然后发送80μs低电平和80μs高电平响应信号。

继电器控制模块：ZigBee终端通过继电器输出模块控制灯具、电视等设备，实现弱电控制强电。终端的输出送入光电耦合器TLP521，光电耦合芯片是由光源(发光二极管)和光传感器(光敏三极管)组成的，当5V脉冲加到光隔离器输入端时，发光二极管导通，光敏三极管导通，输出高电平。由于光电耦合芯片的驱动能力不大，为了保证继电器正常工作，光电耦合器的输出后需加一个驱动电路，加上一个三极管。参见图2和图3.

继电器的上面八个是1k的排阻，全部是接入3.3v，相当于输出是3.3v经过1k电阻输出，光偶的输出接入三级管。

ZigBee无线模块

在目前的ZigBee技术应用中，应用比较普遍的当属CC2430无线单片机，它是TI公司生产的一款专门用于IEEE802.15.4和ZigBee协议通信的片上系统解决方案。其RF内核是基于工业水平领先的射频通信芯片CC2420。在单片上集成了中央处理器、存储器、常用片内外设和RF射频单元。它采用跳频技术，所使用的频段分别有2.4G(全球通用)、868MHz(欧洲)、915MHz(美国)。

无线报警模块

本项目的无线报警采用的是无线门磁模块、无线遥控模块，ZigBee终端接收无线信号，传输至协调器，进行数据处理，产生相应的响应。

PT2262/PT2272是无线模块所用到的芯片，是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位编解码电路。PT2262/2272最多可有12位(A0-A11)三态(悬空，接高电平，接低电平)地址设定管脚，任意组合可提供531441个地址码。PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚，设定的地址码和数据码从17脚(Dout)串行输出，可用于无线遥控发射电路。对于编码器PT2262，A0～A5共6根线为地址线，而A6～A11共6根线可以作为地址线，也可以作为数据线，这要取决于所配合使用的解码器。若解码器没有数据线，则A6～A11作为地址线使用，这种情况下，A0～A11共12根地址线，每线都可以设置成“1”、“O”、“开路”三种状态之一，因此共有编码数312＝531441种；但若配对使用的解码器的A6～A11是数据线，例如PT2272，那么这时PT2262的A6～A11也作为数据线用，并只可设置为“1”和“0”两种状态之一，而地址线只剩下A0～A5共6根，编码数降为36＝729种。PT2262编码电路图如图4所示。PT2272收模块电路图如图5所示。

PT2262/2272是一对带地址、数据编码功能的红外遥控发射/接收芯片。其中发射芯片2262将载波振荡器、编码器和发射单元集成于一身，Dout出来的信号经过滤波、放大，通过天线发送出去。

PT2262/PT2272工作原理：编码芯片PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后(只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同，即只要将PT2262和PT2272的1～8脚设置相同即可，例如将发射机的PT2262的第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空，那么接收机的PT2272只要也第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空就能实现配对接收。)，当两者地址编码完全一致时，接收机对应的D1～D4端输出约4V互锁高电平控制信号，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。数据输入端(D0～D5)有一个为“1”电平时，即有一个按键按下，就有信号发出。当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚(编码输出Dout脚)为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全受控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控(ASK调制)相当于调制度为100％的调幅。

PT2262/2272在本项目作为无线遥控使用可以方便的发送信号，以拉响警报和消除警报。

无线门磁模块，采用一个“干簧管”的元器件，同时四个按键变成了四处开路，可以任意的让某一路导通或断开(即保持“1”或“0”电平)，当磁块与钢簧管的距离保持在1.5CM时干簧管处于断开状态，即PT2262没有电源，一旦磁块与干簧管分离的距离超过1.5CM时钢簧就会闭合造成短路，即PT2262通路，报警指示灯亮的同时发射报警信号，这时PT2272接收端接收信息，通过ZigBee网络将异常信号传输至控制台进行处理。

干簧管和磁铁进行配合，当磁铁靠近干簧管断开，当磁铁距离干簧管时(当门被打开时)，干簧管导通，

这样将无线模块安装在门边上，将磁铁对应安装在门柱上，让干簧管与磁铁之间的距离小于1.5CM，此时干簧管处于断开阶段，当门被推开时，干簧管与磁铁距离拉开，此时干簧管闭合，电路导通，PT2262发射无线信号。

PT2272接收2262发过来的信号，通过接收头，即红外接收头，接收信号，传递给2272进行解码。2272与ZigBee终端通信，当监测到异常信号时，发送报警信号到协调器再到控制台，控制台进行数据处理。

智能家居系统具有以下7个功能：

1)远程访问

通过客户端，拥有权限后，可以查看家里控制数据，对相应设备进行远程操控和管理。

2)局域内网访问

通过客户端，或控制台，拥有权限后，可以查看家里控制数据，对相应设备进行远程操控和管理。

3)家电控制

4)门禁

实现摄像头监控，密码解锁，远程解锁。

5)安防系统

安防的基本功能是收到报警信号，产生响应，如：声光报警器工作、短信通知房主、网络通知客户端。

无线模块是指安防的门磁无线报警，运用PT2262和PT2272进行发送和接受，当门窗在布防情况下被打开，会发送信号无线信号，接收模块与ZigBee的终端连接，通过ZigBee网络可以把异常信号发送至控制台，控制端处理数据，做出相应的响应，详细在下面的硬件模块里面的无线模块。

红外模块(可以另外装配)，是运用热释电红外传感器，进行捕获异常信号，也是安防的一种方式，在布防的情况下，有异常情况，如：人的移动等，会使热释电传感器响应信号，信号通过ZigBee网络传输至控制台，并做出响应。

6)视频监控

通过摄像头，实时监控，将视频传输至客户终端。

7)环境监测

环境监测主要是对家庭内部环境数据化。如：温度监测、湿度监测、火灾监测等，并结合报警系统工作。

ZigBee概述

ZigBee是一款高可靠的无线传感网络，类似于CDMA和GSM网络。ZigBee无线传输模块类似于移动网络基站。ZigBee采用跳频技术，所使用的频段分别有2.4G(全球通用)、868MHz(欧洲)、915MHz(美国)。它是一种2004年底才推出的无线通信技术，其具有成本低、功耗低、速率低的特点，成为担当组织无线传感器网络重任的最佳选择。由于ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。

安防部分，主要包括无线、红外和视频监控这三个子模块，无线运用在门窗，当门窗异常，无线产生异常信号，会及时反馈到控制台(中央处理器)，控制台发送响应，如：广播消息到客户端，响起声光报警器，红外也同样。监控是进行录制，并且在布防的条件下，如果出现异常现在，会进行拍照保留。

Claims

1.一种智能家居综合控制系统，其特征在于，包括中央处理器、环境监控装置、家电控制装置、无线报警装置和远程控制终端；

所述的中央处理器连接有用于接入到因特网的网络接口；远程控制终端通过因特网与中央处理器通信连接；

环境监控装置包括温度检测电路、湿度检测电路和火灾监测电路；

该继电器的一个常开开关或常闭开关串接在一个家用电器的供电电路中；

感应及发射电路包括编码器PT2262、干簧管和315MHz高频发射电路；PT2262的4个数据输入端分别通过4个按键K1-K4接至干簧管的一端，干簧管的另一端接电池正极；该4个数据输入端还分别通过4个下拉电阻接地；PT2262的串行数据输出端接315MHz高频发射电路；

接收电路包括解码器PT2272和接收头；接收头接收到的信号经解码器PT2272的串行数据输入端进入解码器PT2272；

PT2272接收PT2262发过来的信号，通过红外接收头接收信号，传递给PT2272进行解码，PT2272与ZigBee终端通信，当监测到异常信号时，发送报警信号到协调器再到控制台，控制台进行数据处理；

所述的智能家居综合控制系统还包括门禁装置和摄像头；门禁装置和摄像头通过USB接口与中央处理器连接；

所述的中央处理器为2440_ARM9微处理器；ZigBee无线模块采用CC2430无线单片机；

本系统采用的是DHT11数字温湿度传感器；系统的接口连接时连接线长度短于20米时用5K上拉电阻；

微处理器与DHT11之间的通讯和同步采用单总线数据格式，一次通讯时间4ms，数据分小数部分和整数部分，一次完整的数据传输为40bit，高位先出；具体格式如下：

数据格式：8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和；

数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位；

微处理器发送一次开始信号后，DHT11从低功耗模式转换到高速模式，等待；

主机开始信号结束后，然后DHT11发送响应信号并送出40bit的数据，触发一次信号采集；如果没有接收到微处理器发送开始信号，DHT11不会主动进行温湿度采集；采集数据后转换到低速模式；

总线空闲状态为高电平，主机把总线拉低等待DHT11响应；主机把总线拉低时间必须大于18ms，保证DHT11能检测到起始信号；DHT11接收到主机的开始信号后，等待主机开始信号结束，然后发送80μs低电平和80μs高电平响应信号。

2.一种基于权利要求1所述智能家居综合控制系统的智能家居综合控制方法，其特征在于，环境监控装置、无线报警装置、门禁装置和摄像头将获得的状态信号均通过中央处理器汇总到存储器中供远程控制终端访问；远程控制终端还通过与中央处理器通信以通过家电控制装置远程控制家用电器；以及远程控制门禁装置。