CN103490234A - 智能ZigBee电源插座及其网络通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能ZigBee电源插座及其网络通信系统。所述智能ZigBee电源插座，包括中央处理器、电能计量模块、ZigBee无线模块、控制开关、显示模块、按键和采样电路，所述中央处理器分别与所述电能计量模块、ZigBee无线模块、控制开关、显示模块、按键相连；所述采样电路与所述电能计量模块相连；所述ZigBee无线模块通过ZigBee网关连入互联网，并接收通过互联网传输的控制信号；所述中央处理器根据所述ZigBee无线模块的控制信号控制所述控制开关的开启和关断。上述智能ZigBee电源插座及其网络通信系统，在智能ZigBee电源插座中采用ZigBee无线模块与ZigBee网关进行通信，可以单独建立多个互不相干的网络，避免了智能ZigBee电源插座网络通信的干扰，提高了网络通信的安全性。

Description

智能ZigBee电源插座及其网络通信系统

技术领域

本发明涉及智能插座，特别是涉及一种智能ZigBee电源插座及其网络通信系统。

背景技术

近年来由于智能家居的兴起，出现了各种智能的电源插座，为解决布设控制线路的工程量大和后期的维护工作繁琐的问题，出现了无线通信方式的智能插座，然而大多数智能插座是一对一，点对点的通信，在同一范围内可以同时共存的设备数量有限，且容易受到外界无线设备的干扰和侵入，影响了智能插座进行远程控制和通讯的安全性。

发明内容

基于此，有必要针对现有的智能插座远程通信的安全性差的问题，提供一种网络通信安全性较高的智能ZigBee电源插座。

此外，还有必要提供一种网络通信安全性较高的智能ZigBee电源插座的网络通信系统。

一种智能ZigBee电源插座，包括中央处理器、电能计量模块、ZigBee无线模块、控制开关、显示模块、按键和采样电路，所述中央处理器分别与所述电能计量模块、ZigBee无线模块、控制开关、显示模块、按键相连；所述采样电路与所述电能计量模块相连；所述采样电路用于采集电流和电压，并将采集的电流和电压输入所述电能计量模块；所述电能计量模块根据所述电流和电压得到电能；所述显示模块用于显示所述电能；所述ZigBee无线模块通过ZigBee网关连入互联网，并接收通过互联网传输的控制信号；所述中央处理器根据所述ZigBee无线模块的控制信号控制所述控制开关的开启和关断。

一种智能ZigBee电源插座网络通信系统，包括智能ZigBee电源插座和ZigBee网关，所述智能ZigBee电源插座包括中央处理器、电能计量模块、ZigBee无线模块、控制开关、显示模块、按键和采样电路，所述中央处理器分别与所述电能计量模块、ZigBee无线模块、控制开关、显示模块、按键相连；所述采样电路与所述电能计量模块相连；所述采样电路用于采集电流和电压，并将采集的电流和电压输入所述电能计量模块；所述电能计量模块根据所述电流和电压得到电能；所述显示模块用于显示所述电能；所述ZigBee无线模块通过所述ZigBee网关连入互联网，并接收通过互联网传输的控制信号；所述中央处理器根据所述ZigBee无线模块的控制信号控制所述控制开关的开启和关断。

在其中一个实施例中，所述ZigBee网关还用于向所述ZigBee无线模块发送广播允许；所述ZigBee无线模块读取插座信息，并向所述ZigBee网关发送包含所述插座信息的入网请求；所述ZigBee网关还用于将所述入网请求中的插座信息与预存的插座信息进行比对，若存在，则允许所述智能ZigBee电源插座连入所述ZigBee网关。

在其中一个实施例中，所述智能ZigBee电源插座还用于在第一预定时间内未接收到ZigBee网关发送的信息时，清除已加入的网络信息，并重新搜索预定数量ZigBee频道，发送入网请求。

在其中一个实施例中，所述ZigBee网关还用于在第二预定时间内未接收到所述智能ZigBee电源插座返回的数据，从在线的插座列表中删除所述智能ZigBee电源插座。

在其中一个实施例中，当所述ZigBee网关的预存的插座信息中不存在所述入网请求的插座信息时，所述智能ZigBee电源插座还用于屏蔽所述未允许入网的ZigBee网关，向其余的ZigBee网关发送入网请求，并在第三预定时间内未接收到允许入网的响应时，清除屏蔽的ZigBee网关。

在其中一个实施例中，当检测到智能ZigBee电源插座所在频道的干扰大于预设门限时，所述ZigBee网关和与所述ZigBee网关通信的ZigBee电源插座整体平移至获取的预定数量ZigBee频道中最优的频道上。

在其中一个实施例中，所述ZigBee网关包括依次相连的以太网接口单元、网络单元和ZigBee主站；所述以太网接口单元用于连接以太网络；所述网络单元通过UART口连接所述ZigBee主站；所述ZigBee主站与所述智能ZigBee电源插座的ZigBee无线模块进行通信。

在其中一个实施例中，所述智能ZigBee电源插座网络通信系统还包括终端和后台服务器，所述终端发送控制指令或查询指令至所述后台服务器，所述后台服务器将所述控制指令或查询指令通过所述ZigBee网关转发给所述智能ZigBee电源插座的ZigBee无线模块，所述智能ZigBee电源插座根据所述控制指令执行通断操作，或者根据所述查询指令返回相应的状态信息。

在其中一个实施例中，所述终端为手机、个人电脑、平板电脑或个人数字助理。

上述智能ZigBee电源插座及其网络通信系统，在智能ZigBee电源插座中采用ZigBee无线模块与ZigBee网关进行通信，因ZigBee网络在2.4G频段上有16个频道，又以16位作为个域网标识号进行网络识别，可以单独建立多个互不相干的网络，避免了智能ZigBee电源插座网络通信的干扰，提高了网络通信的安全性。

附图说明

图1为一个实施例中智能ZigBee电源插座的结构示意图；

图2图2为J4的接口示意图；

图3为ZigBee无线模块的应用电路示意图；

图4为一个实施例中智能ZigBee电源插座网络通信系统的结构示意图；

图5为ZigBee网关的结构示意图；

图6为一个实施例中该ZigBee网关与智能ZigBee电源插座通信的时序图；

图7为一个实施例中智能ZigBee电源插座加入错误的ZigBee网关的处理时序图；

图8为ZigBee网络平移示意图；

图9为在一个实施例中通过终端与智能ZigBee电源插座进行通信的连接示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，为一个实施例中智能ZigBee电源插座的结构示意图。该智能ZigBee电源插座100，包括采样电路102、电能计量模块104、中央处理器106、ZigBee无线模块108、控制开关110、按键112和显示模块114。其中，中央处理器106分别与电能计量模块104、ZigBee无线模块108、控制开关110、按键112和显示模块114相连；采样电路102与电能计量模块104相连。

采样电路102用于采集电流和电压。该采样电路102包括电流采样单元和电压采样单元。采样电路102将采集的电流和电压输入电能计量模块104；电能计量模块104根据该电流和电压得到电能。

ZigBee无线模块108通过ZigBee网关连入互联网，并接收通过互联网传输的控制信号。

中央处理器106用于根据ZigBee无线模块108的控制信号控制该控制开关110的开启和关断。

本实施例中，控制开关110可为继电器。

按键112用于供用户输入查看指令，看翻滚查看电能数据。

显示模块114用于显示该电能。该显示模块114可为液晶显示等。

在一个实施例中，中央处理器106和电能计量模块104集成，可节省空间。具体的，中央处理器106可采用ATT7039。该ATT7039为钜泉光电科技生产的，其片内集成单相计量、处理器、电源管理、时钟管理、PLL（Phase Locked Loop，锁相回路）、JTAG调试等功能。具体的是基于8位CPU52设计，具有8052兼容指令集和总线结构；单Cycle的CPU；片内集成PLL倍频电路；片内集成丰富的存储器资源，包括30K的Flash程序存储器，2K的Flash数据存储器，擦除次数大于20万次；256字节有保护操作的infoFlash存储器；256字节内部数据寄存器；4K字节外部数据寄存器，其中256字节在掉电时，可由后备电源保持数据不丢失；具有电源监测功能，电源监测阈值可设置，上下电可靠复位；HOLD模式下支持外部中断等多种唤醒方式；SLEEP模式下支持外部中断等多种唤醒方式；片内集成可永不关断的硬件看门狗电路；片内集成温度传感器和电池电压检测电路；片内集成按键、串行通讯、LCD、I2C等外设。

ZigBee无线模块108通过UART（Universal Asynchronous ReceiverTransmitter，通用异步收发传输器)口连接到ATT7039，ZigBee无线模块为BCM2352模块，使用silicon labs的EM357ZigBee芯片。

J4通信及电源接口引脚标识如表1所示。

表1

如图2为J4的接口示意图。

表2为BCM2352模块的具体参数。

表2

如图3所示，为ZigBee无线模块的应用电路示意图。ZigBee无线模块的波长为12.5厘米。

如图4所示，为一个实施例中智能ZigBee电源插座网络通信系统的结构示意图。一种智能ZigBee电源插座网络通信系统，包括智能ZigBee电源插座100和ZigBee网关200。

ZigBee网关200默认为自动扫描方式建立网络，可以触发ZigBee网关200自动扫描16个频道，获取一个通信链路最好的频道，随机产生一个标识号，也可通过预设值建立网络。对ZigBee网关200配置，添加要加入的插座信息。该插座信息包括插座的地址信息或插座编号等。通过对每个ZigBee网关200添加插座信息，可保证在同一环境中有多个ZigBee网关200存在，且智能ZigBee电源插座可找到属于自己的网关。

如图5所示，该ZigBee网关200包括依次相连的以太网接口单元210、网络单元220、ZigBee主站230和电源240。该以太网接口单元210用于连接以太网络；该网络单元220通过UART口连接该ZigBee主站230；该ZigBee主站230与该智能ZigBee电源插座的ZigBee无线模块进行通信；电源240为以太网接口单元210、网络单元220、ZigBee主站230提供电能。ZigBee网关200的上行通信接口为以太网接口单元210，通过以太网接口单元210和网络单元220完成TCP/IP协议的解析，下行通信通过UART口连接到ZigBee主站230上；ZigBee主站230是ZigBee网络中的协调器，完成ZigBee协议的转化，ZigBee主站230和ZigBee网络中的智能ZigBee电源插座的进行组网和通信。

如图6所示，为一个实施例中该ZigBee网关与智能ZigBee电源插座通信的时序图。具体如下：

（1）ZigBee网关200中的ZigBee主站230发送广播允许至智能ZigBee电源插座100的ZigBee无线模块108。

（2）ZigBee无线模块108读取插座信息，并向ZigBee网关200的ZigBee主站230发送包含该插座信息的入网请求。

（3）ZigBee网关200将该入网请求中的插座信息与预存的插座信息进行比对，若存在，则允许智能ZigBee电源插座100连入ZigBee网关200，发送确认入网信息给智能ZigBee电源插座100。

（4）ZigBee网关200的ZigBee主站230发送广播路由请求至ZigBee无线模块108。

（5）ZigBee无线模块108响应广播路由请求，并返回路由信息给ZigBee主站230。

（6）ZigBee主站230发送抄读数据指令至ZigBee无线模块108。

（7）ZigBee无线模块108读取插座的状态信息，并返回给ZigBee主站230。

具体的，状态信息包括电能量、电流、电压、频率和功率等。

此外，在ZigBee电源插座100加入网络且被ZigBee网关认证通过后，分配网络安全密钥，并跟随整个网络实时的更新。ZigBee网络的数据链路层采用AES128位加密机制，每个ZigBee设备上都有AES128加密器，通过AES128加密器进行加密。入网的ZigBee电源插座100实时向所连接的ZigBee网关200上报自身的状态信息。用户可使用终端通过互联网查看与ZigBee网关200相连的ZigBee电源插座100的状态，如是否在线。

在一个实施例中，该智能ZigBee电源插座100还用于在第一预定时间内未接收到ZigBee网关200发送的信息时，清除已加入的网络信息，并重新搜索预定数量ZigBee频道，发送入网请求。第一预定时间可根据需要设定，如15分钟或20分钟等。

在一个实施例中，该ZigBee网关200还用于在第二预定时间内未接收到该智能ZigBee电源插座100返回的数据，从在线的插座列表中删除该智能ZigBee电源插座。第二预定时间可根据需要设定，如15分钟或20分钟等。

如图7所示，为一个实施例中，智能ZigBee电源插座100加入错误的ZigBee网关200的处理时序图。具体如下：

（1）ZigBee网关200中的ZigBee主站230发射广播允许至智能ZigBee电源插座100的ZigBee无线模块108。

（2）ZigBee无线模块108读取插座信息，并向ZigBee网关200的ZigBee主站230发送包含该插座信息的入网请求。

（3）ZigBee网关200将该入网请求中的插座信息与预存的插座信息进行比对，若不存在，则不允许智能ZigBee电源插座100连入ZigBee网关200，并发送否认入网信息给智能ZigBee电源插座100。

（4）屏蔽该未允许入网的ZigBee网关，向其余的ZigBee网关发送入网请求，并在第三预定时间内未接收到允许入网的响应时，清除屏蔽的ZigBee网关。

在一个实施例中，当检测到智能ZigBee电源插座100所在频道的干扰大于预设门限时，该ZigBee网关和与该ZigBee网关通信的ZigBee电源插座整体平移至获取的预定数量ZigBee频道中最优的频道上。最优的频道是通过比较预定数量ZigBee频道得到的。如图8所示，最初选择的频道为12，当频道12上的干扰超过预设门限后，将整个ZigBee网络平移到最优的频道16上。

如图9所示，为在一个实施例中通过终端与智能ZigBee电源插座进行通信的连接示意图。该智能ZigBee电源插座网络通信系统还包括终端400和后台服务器300，该终端400发送控制指令或查询指令至该后台服务器300，该后台服务器300将该控制指令或查询指令通过该ZigBee网关200转发给该智能ZigBee电源插座100的ZigBee无线模块108，该智能ZigBee电源插座100根据该控制指令执行通断操作，或者根据该查询指令返回相应的状态信息。后台服务器300与ZigBee网关200通过以太网通信。

该终端为手机、个人电脑、平板电脑或个人数字助理。

上述智能ZigBee电源插座及其网络通信系统，在智能ZigBee电源插座中采用ZigBee无线模块与ZigBee网关进行通信，因ZigBee网络在2.4G频段上有16个频道，又以16位作为个域网标识号进行网络识别，可以单独建立多个互不相干的网络，避免了智能ZigBee电源插座网络通信的干扰，提高了网络通信的安全性。

此外，通过设定预定时间检测是否收到数据，及时更新智能ZigBee电源插座入网的ZigBee网关信息，以及ZigBee网关及时更新未在线的智能ZigBee电源插座信息。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种智能ZigBee电源插座，其特征在于，包括中央处理器、电能计量模块、ZigBee无线模块、控制开关、显示模块、按键和采样电路，所述中央处理器分别与所述电能计量模块、ZigBee无线模块、控制开关、显示模块、按键相连；所述采样电路与所述电能计量模块相连；所述采样电路用于采集电流和电压，并将采集的电流和电压输入所述电能计量模块；所述电能计量模块根据所述电流和电压得到电能；所述显示模块用于显示所述电能；所述ZigBee无线模块通过ZigBee网关连入互联网，并接收通过互联网传输的控制信号；所述中央处理器根据所述ZigBee无线模块的控制信号控制所述控制开关的开启和关断。

2.一种智能ZigBee电源插座网络通信系统，其特征在于，包括智能ZigBee电源插座和ZigBee网关，所述智能ZigBee电源插座包括中央处理器、电能计量模块、ZigBee无线模块、控制开关、显示模块、按键和采样电路，所述中央处理器分别与所述电能计量模块、ZigBee无线模块、控制开关、显示模块、按键相连；所述采样电路与所述电能计量模块相连；所述采样电路用于采集电流和电压，并将采集的电流和电压输入所述电能计量模块；所述电能计量模块根据所述电流和电压得到电能；所述显示模块用于显示所述电能；所述ZigBee无线模块通过所述ZigBee网关连入互联网，并接收通过互联网传输的控制信号；所述中央处理器根据所述ZigBee无线模块的控制信号控制所述控制开关的开启和关断。

3.根据权利要求2所述的智能ZigBee电源插座网络通信系统，其特征在于，所述ZigBee网关还用于向所述ZigBee无线模块发送广播允许；所述ZigBee无线模块读取插座信息，并向所述ZigBee网关发送包含所述插座信息的入网请求；所述ZigBee网关还用于将所述入网请求中的插座信息与预存的插座信息进行比对，若存在，则允许所述智能ZigBee电源插座连入所述ZigBee网关。

4.根据权利要求3所述的智能ZigBee电源插座网络通信系统，其特征在于，所述智能ZigBee电源插座还用于在第一预定时间内未接收到ZigBee网关发送的信息时，清除已加入的网络信息，并重新搜索预定数量ZigBee频道，发送入网请求。

5.根据权利要求3所述的智能ZigBee电源插座网络通信系统，其特征在于，所述ZigBee网关还用于在第二预定时间内未接收到所述智能ZigBee电源插座返回的数据，从在线的插座列表中删除所述智能ZigBee电源插座。

6.根据权利要求3所述的智能ZigBee电源插座网络通信系统，其特征在于，当所述ZigBee网关的预存的插座信息中不存在所述入网请求的插座信息时，所述智能ZigBee电源插座还用于屏蔽所述未允许入网的ZigBee网关，向其余的ZigBee网关发送入网请求，并在第三预定时间内未接收到允许入网的响应时，清除屏蔽的ZigBee网关。

7.根据权利要求3所述的智能ZigBee电源插座网络通信系统，其特征在于，当检测到智能ZigBee电源插座所在频道的干扰大于预设门限时，所述ZigBee网关和与所述ZigBee网关通信的ZigBee电源插座整体平移至获取的预定数量ZigBee频道中最优的频道上。

8.根据权利要求3所述的智能ZigBee电源插座网络通信系统，其特征在于，所述ZigBee网关包括依次相连的以太网接口单元、网络单元和ZigBee主站；所述以太网接口单元用于连接以太网络；所述网络单元通过UART口连接所述ZigBee主站；所述ZigBee主站与所述智能ZigBee电源插座的ZigBee无线模块进行通信。

9.根据权利要求2所述的智能ZigBee电源插座网络通信系统，其特征在于，所述智能ZigBee电源插座网络通信系统还包括终端和后台服务器，所述终端发送控制指令或查询指令至所述后台服务器，所述后台服务器将所述控制指令或查询指令通过所述ZigBee网关转发给所述智能ZigBee电源插座的ZigBee无线模块，所述智能ZigBee电源插座根据所述控制指令执行通断操作，或者根据所述查询指令返回相应的状态信息。

10.根据权利要求9所述的智能ZigBee电源插座网络通信系统，其特征在于，所述终端为手机、个人电脑、平板电脑或个人数字助理。

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