CN103905299A - 包括有通信模块的网关系统及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种包括有通信模块的网关系统及其驱动方法。公开了一种用于控制至少一个电器的网关系统及其驱动方法。网关系统包括：网关模块，其通过使用第一无线网络向电器传送控制信号；以及至少一个通信模块，其可拆卸地耦接至网关模块以向该网关模块提供不同于第一无线网络的第二无线网络。

Description

包括有通信模块的网关系统及其驱动方法

技术领域

本实施方式涉及包括有通信模块的网关系统及其驱动方法。

背景技术

通常，用户手动操作通过线缆连接至照明装置的开关以便打开或关闭照明装置。在该情况下，不能自由移动的患者、老年人或体弱者，或者不能够到开关的儿童可能会在打开或关闭照明装置时感到不便。

近年来，为了解决这种不便，在市场上已经推出了通过使用远程控制器来打开或关闭并且能够调节照明强度的照明装置。

此外，多个照明装置通过与家用网络系统相互配合可以单独或同时受到控制。

同时，随着照明和通信市场已经多样化，选择性地控制照明装置的特性（色温、调光值或亮度）的需求或者基于速度/距离/功耗在诸如Zigbee、WiFi或Bluetooth等的各种通信方案中选择通信方案的需求增加。

然而，当用于家用网络系统的网关系统支持特定通信方案时，难以另外地支持其他通信方案。

发明内容

实施方式提供一种可拆卸地安装在照明装置上的通信模块。

根据实施方式，提供了一种用于控制至少一个电器的网关系统。网关系统包括：网关模块，所述网关模块通过使用第一无线网络向电器传送控制信号；以及至少一个通信模块，所述至少一个通信模块可拆卸地耦接至网关模块以向网关模块提供不同于第一无线网络的第二无线网络。

根据实施方式，提供一种驱动网关系统的方法，从可拆卸地耦接至网关模块的通信模块向所述网关系统提供第二无线网络，所述第二无线网络不同于安装在网关模块中的第一无线网络。该方法包括从通信模块的接口接收拆卸信息；请求关于通信模块的信息；从通信模块接收关于通信模块的信息；以及通过第二无线网络控制外部电器。

根据实施方式，无线通信模块可拆卸地形成在网关中，使得可以在不调换任何模块的情况下，支持另外的通信方案，从而导致成本下降。

根据实施方式，可以采用可拆卸的通信模块，使得可以根据电器或无线控制器的说明书以各种通信方案控制电器。

根据实施方式，由于可以在通信模块的无线通信部件中选择性地实施各种无线通信方案（例如Zigbee、WiFi和Bluetooth），所以可以通过考虑速度、距离和功耗来选择最佳无线通信方案，使得可以执行数据接收、发送和控制。

根据实施方式，可以标准化通信模块的接口部件的多个引脚以具有特定顺序和用途。

附图说明

图1是示出根据实施方式的家用网络系统的配置的视图；

图2是示出图2的网关的通信方案的框图；

图3是示出图2的网关的立体图；

图4是示出图1的无线控制器的配置的框图；

图5是示出图1的通信模块的配置的框图；

图6是示出图5的通信模块的立体图；

图7A和图7B是示出图6的通信模块的俯视图和侧视图；

图8是示出在图6的通信模块内部的印刷电路板的俯视图；

图9是通信模块的接口部件与图2的网关之间的对应关系的视图；

图10是示出满足图9的对应关系的通信模块400的电路图；以及

图11是示出网关与通信模块之间操作的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述实施方式使得本领域技术人员能够容易地使用实施方式。然而，实施方式可以具有各种修改。为了方便或清楚的目的，附图中示出的每个层的厚度和大小可以被夸大、省略或者示意性地绘制。另外，元件的尺寸并不完全反映实际尺寸。在整个附图中，相同的元件将分配相同的附图标记。

在以下描述中，当预定部“包括”预定部件时，预定部不排除其他部件，而且如果存在特定相反的描述，预定部也可以包括其他部件。

为了方便或清楚的目的，附图中示出的每个层的厚度可以被放大。另外，元件的大小不完全反映实际大小。在整个附图中，相同的元件将分配相同的附图标记。在实施方式的描述中，将理解：当层、膜、区域或板被称为在另一层、另一膜、另一区域或另一板“上”或“之下”时，它可以“直接地”或“间接地”在所述另一层、膜、区域、板上，或者还可以存在一个或多个中间层。已经参照附图描述了这样的层位置。

实施方式提供一种包括可拆卸地安装在网关中的通信模块的家用网络系统。

在下文中，将参照图1至图5来描述照明系统。

图1是示出根据实施方式的家用网络系统的配置的视图。图2是示出图2的网关的通信方案的框图。图3是示出图2的网关的立体图。图4是示出图1的无线控制器的配置的框图。图5是示出图1的通信模块的配置的框图。

家用网络系统10包括家用网关系统40和多个电器21。

如附图所示，家用网关系统40连接至外部通信网络，并且通过内部通信网络连接至无线控制器30和电器21。

家用网关系统40作为在外部通信网络、无线控制器30和电器21之间所收发的数据的接口。

实施方式可以包括至少一个电器，并且在附图中描述了三个电器21。

尽管无线控制器30可以是通过家用网关系统40和无线网络连接的远程控制器，但无线控制器30可以包括便携式终端，例如膝上型计算机或智能手机。

电器21可以包括具有网络功能的各种家用电器，如互联网电冰箱、数字TV或机顶盒等，其可以在家里接入如提供各种多媒体服务的外部通信网络，例如高速通信网络，而且通常为电话或计算机。

此外，电器21可以包括由连接至家用网关系统40的调光设备控制的至少一个照明装置。

另外，电器21可以包括布置在家中的至少一个传感器。

无线控制器30和电器21可以分别通过各种类型的网络与家用网关系统40相连接。

在该情况下，各种类型的网络可以通过相互不同的传输带宽来收发数据，并且根据家用网关系统40的覆盖范围，可以将诸如Zigbee、Bluetooth、Z-wave或WiFi等无线方案应用于实施方式。

如图1所示，家用网关系统40包括网关41和服务器42。

网关41通过至少一个无线通信方案来无线地控制家中的电器21。

服务器42可以连接至网关41和外部通信网络。服务器42存储无线控制器30和电器21的信号。服务器42存储从网关41传送的信号。

服务器42还可以包括用于存储无线控制器30、电器21和网关41的信号的存储单元。

服务器42可以通过作为外部网络的云网连接至无线控制器30，使得服务器42可以控制家中的电器20。

如图2所示，网关系统40的网关41包括通信模块400，该通信模块400与网关模块500、无线控制器30和电器21通信以收发控制信号。

如图3所示，通信模块400可以被配置成可拆卸类型，使得通信模块400可以固定地插入网关模块500的连接器511中以传输控制信号。

网关模块500可以包括通信模块400的接口单元450的多个引脚固定地插入到其中的至少一个连接器511。

如图3所示，连接器511可以突出并且可以连接至网关模块500的控制单元。

如上所述，网关41的通信模块400可以可拆卸地耦接至网关模块500，使得网关模块500可以支持任何另外的无线方案以及网关模块500本身支持的无线方案。

也就是说，当网关模块500支持Zigbee和WiFi方案时，支持Bluetooth方案的通信模块400可以与网关模块500结合，使得网关模块500可以与电器21和无线控制器30通信。

用作用于输入用户命令的输入单元的无线控制器30根据用户命令将控制信号通过无线网络传送至通信模块400。

无线控制器30可以包括远程控制器或智能手机。

无线控制器30与通信模块400之间的无线网络可以根据无线环境来确定。

诸如WiFi、Zigbee、Z-wave或Bluetooth等的网络可以适用于无线控制。

无线控制器30可以配置成如图4所示。

参照图4，无线控制器30包括模式切换部301、存储部303、电力/充电部305、控制部307和发送/接收部309。

模式切换部301执行操作模式的切换。例如，模式切换部301可以在执行远程控制器的典型功能的同时，执行切换至电器控制。

存储部303可以存储操作和通信控制程序/协议。

电力/充电部305向无线控制器30充电并且提供用于操作无线控制器30的电力。

发送/接收部309将从控制部307提供的用户命令通过预设的无线网络传送至网关41的通信模块400。

控制部307通过使用存储在存储部303中的数据，控制模式切换部301、电力/充电部305和发送/接收部309的操作。

通信模块400可以被配置成如图5所示。

通信模块400包括一个壳体411或431。壳体411或431可以在其中设置形成为一个单元的天线部件410、无线通信部件430和接口部件450。

天线部件410通过无线网络接收从无线控制器300和电器21传送的控制信号。

无线通信部件430从天线部件410接收控制信号，并且根据控制信号生成待传送至网关模块500的多个输出信号。

无线通信模块430包括通信集成电路435，该通信集成电路435根据无线网络的类型来分析天线部件410的控制信号。

换言之，通信模块400根据预定无线网络环境来选择通信集成电路435以在其中安装通信集成电路435。

通信集成电路435可以支持Zigbee、Z-wave、WiFi和Bluetooth通信方案中的至少一个。

接口部件450包括与从无线通信部件430输出的多个输出信号相对应的多个引脚452a、452b、454a、454b和454c。

如图5所示，可以设置五个引脚452a、452b、454a、454b和454c，但实施方式不限于此。

通信模块400的接口部件450和510以及网关模块500的接口可以根据控制方案来设置引脚452a、452b、454a、454b和454c的输出信号。

下面将详细描述根据控制方案的每个引脚452a、452b、454a、454b和454c的配置。

在下文中，将参照图6至图8来描述固定地插入在网关模块500中的可拆卸型通信模块400的配置。

图6是图5的通信模块的立体图。图7A和图7B是示出图6的通信模块的俯视图和侧视图。图8是示出在图6的通信模块内部的印刷电路板的俯视图。

参照图6至图8，根据实施方式的通信模块400包括其中集成有天线部件410、无线通信部件430和接口部件450的印刷电路板，以及用于容置印刷电路板的一部分的壳体411和431。

如图6所示，在壳体411和431中，与接口部件450相对应的区域向外突出以容置印刷电路板。

壳体411和431包括容置天线部件410的第一容置部件411、和沿第一方向（x轴）从第一容置部件411突出并容置无线通信部430的第二容置部件431。

第一容置部件411和第二容置部件431可以设置在一个本体中。第一容置部件411和第二容置部件431可以是其中上本体和下本体沿垂直于第一方向（x轴）的第二方向（z轴）彼此耦接的组件。

壳体411和431可以包括绝缘材料。优选地，壳体411和431可以包括硬质塑料，例如聚酰亚胺。

第一容置部件411在其中设置有容置印刷电路板的天线部件410的空间，并且第一容置部件411具有沿第三方向（y轴）具有较长长度的矩形形状。

第一容置部件411可以具有沿第三方向（y轴）的20mm至25mm的第一宽度d1，优选地，具有22mm的第一宽度d1，并且可以具有沿第一方向（x轴）的6mm至7mm的宽度d6，优选地，具有6.4mm至6.5mm的宽度d6。另外，第一容置部件411具有沿第二方向（z轴）的7mm至8mm的高度d4，优选地，具有7.7mm的长度d4。

第一容置部件411的侧面可以被斜切，使得侧面具有预定的弯曲度。

插入在第一容置部件411的空间中的印刷电路板包括对应于天线部件410的天线区域。

如图8所示在印刷电路板的一端形成有天线区域410a，并且天线区域410a包括通过图案形成工艺形成在支承衬底432上的天线图案415。

天线图案415可以具有平面倒F天线（PIFA），但实施方式不限于此。

换言之，天线图案415可以实现成单极天线的形状或者偶极天线的形状。

天线区域410a可以包括用作天线的介质本体的支承衬底432、形成在支承衬底432上的天线图案415、衬底432下方的接地层（未示出）和在介质本体432的内部或者外部形成的匹配图案（未示出）。

天线部件410被设置成发送/接收具有预设频带的信号。换言之，天线图案415在该频带处产生谐振以允许信号通过。天线图案415在预定参考阻抗处产生谐振。

天线图案415被设置成临近接地层，并且具有用作馈电点的一端。在该情况下，馈电点可以通过用作介质本体的支承衬底432延伸至支承衬底432的底部表面。另外，天线图案415可以包括通过至少一个弯曲部来区分彼此的至少一个水平部分电路和至少一个垂直部分电路。

例如，天线图案415可以被制备成与曲折型、螺旋型、阶梯型和环型中的至少一个相对应的发射电路的形式。

接地层被设置成使天线图案415接地。

内部或外部匹配图案被设置成使天线图案415的阻抗与参考阻抗匹配。

如上所述，天线部件410被设置成板形式，使得天线部件410可以集成在小尺寸通信模块400中。

天线图案415可以包括导电性材料或者含有诸如铜（Cu）、铝（Al）、镍（Ni）或钼（Mo）等金属的材料。

同时，沿第一方向（x轴）从第一容置部件411突出的第二容置部件431可以具有沿第三方向（y轴）的17mm至18mm的宽度d2，优选地，具有17.4mm至17.5mm的宽度d2。另外，第二容置部件431可以具有沿第一方向（x轴）的18mm至19mm的宽度d7，优选地，具有18mm至18.2mm的宽度d7。另外，沿第二方向（z轴）的第二容置部件431的高度d5可以在4.5mm至5.2mm的范围内，优选地，为5mm。

由于第二容置部件431具有如上所述沿第三方向（y轴）的与第一容置部件411的宽度相比较窄的宽度d2，所以在第一容置部件411的侧面处形成预定的空置空间（dummy space）。另外，由于第二容置部件431具有比第一容置部件411的高度低的高度d5，所以第二容置部件431可以被形成为与第一容置部件411具有阶梯差。

第二容置部件431具有在其中具有容置印刷电路板的无线通信部件430的空间的圆筒的形状。第二容置部件431可以具有如图6所示的矩形形状。

在第一容置部件411的侧面处形成的空间中形成有固定部件413。

如图6所示，固定部件413形成在由第一容置部件411与第二容置部件431之间的面积差造成的空置空间中，并且沿第一方向（x轴）从第一容置部件411的侧面突出。

由于固定部件413与壳体411或431的本体整体地形成，并且在其一端处设置有三角形突起，所以当固定部件413插入网关模块500时，固定部件413与网关模块500锁紧，使得可以提高固定强度。

固定部件413可以形成在第二容置部件431的两个侧面处，并且固定部件413的三角形突起可以设置成彼此相反，使得三角形突起指向外部。

同时，如图8所示，在印刷电路板的与插入到第二容置部件431中的无线通信部件430相对应的模块区域430a中安装有多个器件。

模块区域430a在其中安装有无线集成电路435以便与无线控制模块300进行通信，并且无线集成电路435可以根据无线环境来选择性地采用Zigbee、WiFi、Z-wave和Bluetooth无线集成电路中的一种。在该情况下，根据无线集成电路435的类型，无线集成电路435的无源器件和外围部件的电路配置可以不同。

为了与外部天线连接，可以在模块区域430a与天线区域410a之间的边界区域处形成连接图案433。

在模块区域430a与端子区域450a之间的边界区域处形成有凹槽部436，以将壳体411或431固定至印刷电路板。凹槽部436与形成在壳体411或431的内部表面的突起耦接。

印刷电路板的与从壳体411和431的第二容置部件431的端部突出的接口部件450相对应的端子区域450a包括如图6所示的引脚452a、452b、454a、454b和454c。

端子区域450a可以具有沿第一方向（x轴）距壳体411或431的端部3.5mm至4.0mm的长度d8，并且端子区域450a可以具有沿第三方向（y轴）的15mm的宽度d3。

端子区域450a包括支承衬底432上的引脚452a、452b、454a、454b和454c，并且引脚452a、452b、454a、454b和454c可以包括五个引脚452a、452b、454a、454b和454c，但实施方式不限于此。

如果如上所述设置五个引脚452a、452b、454a、454b和454c，则该五个引脚452a、452b、454a、454b和454c被分成若干个组，并且端子区域450a包括通过移除分成组的引脚之间的支承衬底432而获得的凹槽部455。

将设置在凹槽部455的左侧处的引脚452a和引脚452b的组定义为第一引脚部分451，并且将设置在凹槽部455的右侧处的引脚454a、引脚454b和引脚454c的组定义为第二引脚部分453。

第一引脚部分451的引脚452a、452b、454a、454b和454c的数量不同于第二引脚部分453的引脚的数量。

当端子区域450a包括五个引脚452a、452b、454a、454b和454c时，第一引脚部分451可以包括两个引脚452a和452b，而第二引脚部分453可以包括三个引脚454a、454b和454c。

以每组具有不同数量的引脚的方式将引脚452a、452b、454a、454b和454c分为若干个组，因此通信模块400的前表面区别于通信模块400的后表面。

另外，凹槽部455形成在第一引脚部分451与第二引脚部分453之间，从而防止第一引脚部分451和第二引脚部分453的引脚452a、452b、454a、454b和454c彼此干扰。

凹槽部455的宽度可以等于或者大于0.9mm，并且引脚452a、452b、454a、454b和454c可以彼此间隔0.8mm或更小的间隔，但实施方式不限于此。

可以在第一引脚部分451与第二引脚部分453之间的边界区域中另外地设置从支承衬底432突出的突起（未示出）。

同时，端子区域450a包括从两个侧面以凹面形状开槽的锁槽。

尽管可以如图8所示在没有引脚452a、452b、454a、454b和454c的边区域的空置区域中形成每个锁槽456，然而也可以如图8所示通过移除引脚452a、452b、454a、454b和454c的一部分来形成锁槽456。

当端子区域450a插入到网关模块500的连接器511中时，锁槽456与连接器511的内部突起（未示出）耦接，使得可以提高耦接强度。

构成一个通信模块400的印刷电路板可以具有随无线集成电路435的类型和网关模块500的控制方案的不同而不同的电路图案。

因此，当根据无线集成电路435的类型和控制方案形成多个印刷电路板时，可以通过选择性地耦接特定印刷电路板至通信模块400的壳体411或431来构造通信模块400。

在下文中，将参照图9至图10来描述根据控制方案的接口部件450的配置和模块区域430的电路。

图9是示出网关模块500与图1的通信模块400的接口部件450之间的对应关系的视图。图10是示出满足图9的对应关系的通信模块400的电路图。

在下文中，引脚被分配附图标记P1至P5。

参照图9，当通信模块400的接口部件450包括五个引脚P1至P5时，通信模块400的接口的引脚P1至P5和网关模块500的连接器511的引脚具有如图9所示的输出信号设置。

也就是说，第一引脚P1输出通知通信模块400的附接和拆除的I/O信号，第二引脚P2接收参考电压Vdd以驱动通信模块400，第三引脚P3接收地电压Ground（地），并且第四引脚P4和第五引脚P5分别发送和接收照明控制信号。

换言之，第一引脚P1至第三引脚P3与参考电压有关，而第四引脚P4和第五引脚P5与控制信号有关。凹槽部455可以形成在第三帧P3与第四引脚P4之间。

可以采用UART方案作为网关模块500与通信模块400之间的控制方案。

UART方案使用两个引脚，一个引脚用于接收，另一个引脚用于发送。

如上所述，当网关模块500执行UART方案中的接收和发送时，I/O信号被设置成低状态，第四引脚P4被设置为发送引脚，而第五引脚P5被设置为接收引脚。

为此，印刷电路板包括图10中示出的电路。

也就是说，在无线集成电路435的五个端子与端子区域450a的五个引脚P1至P5之间形成电路。当施加参考电压和地电压时，第四引脚P4和第五引脚P5分别通过上拉电阻R2和R3连接至参考电压。

在该情况下，用于输出I/O信号的第一引脚P1通过下拉电阻R1连接至地电压，使得I/O信号被设置成低值。

因此，如果通信模块400插入到网关模块500中使得低值被用作I/O信号，则网关模块500读取低值的I/O信号使得通信被连接至网关模块500。

在下文中，将参照图11来描述网关模块500与通信模块400之间的控制方案。

首先，当通信模块400插入到网关模块500中使得低值被用作I/O信号时，网关模块500读取低值的I/O信号。

在当网关模块500的第一引脚INPUT（输入）保持高状态的情况下，当通信模块插入到网关模块500中使得低值的I/O信号输入至第一引脚INPUT时，第一引脚INPUT的值被转换成低值。

因此，在步骤S10中，通信模块400向网关模块500通知通信模块400的耦接状态。

在步骤S20中，当接收到信息时，网关模块500请求通信模块400发送关于相应的通信模块400的信息。

关于相应的通信模块400的信息可以包括所安装的无线通信芯片435的无线通信方案。

在步骤S30中，当通信模块接收到请求时，通信模块传送关于通信模块的信息。

当网关模块500接收到关于通信模块的信息时，网关模块500将关于通信模块400的信息传送至服务器。

然后，在步骤S40中，网关模块500将从所插入的通信模块400提供的无线通信方案添加至网关模块500的无线通信方案中，使得网关模块500与邻近的无线控制器或电器通信以控制装置。

因此，当请求除了从网关模块500提供的无线通信方案之外的无线通信方案时，将用于提供无线通信方案的通信模块400插入到网关模块500中，使得可以增加从网关500提供的无线通信方案的数量。

由于在没有完全调换网关模块500的情况下扩展通信方案，因此可以减少成本，同时可以增加另外的通信方案。

尽管为了说明的目的，已经描述了本发明的示例性实施方式，但本领域技术人员将理解，在不背离所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。

Claims (10)

1.一种用于控制至少一个电器的网关系统，所述网关系统包括：

网关模块，所述网关模块通过使用第一无线网络向所述电器传送控制信号；以及

至少一个通信模块，所述至少一个通信模块可拆卸地耦接至所述网关模块，以向所述网关模块提供不同于所述第一无线网络的第二无线网络。

2.根据权利要求1所述的网关系统，其中，所述网关模块包括用于与所述通信模块连接的连接器。

3.根据权利要求1或2所述的网关系统，其中，所述网关模块与无线控制器进行通信，所述无线控制器通过所述第一无线网络或所述第二无线网络向所述网关模块传送用于所述电器的控制信号。

4.根据权利要求1或2所述的网关系统，其中，所述通信模块包括：

壳体，所述壳体中设置有空间；以及

模块衬底，所述模块衬底布置在所述壳体的所述空间中，并且在所述模块衬底上安装有用于提供所述第二无线网络的无线通信芯片，并且

其中，所述模块衬底包括：

天线部件；

通信模块部件，所述通信模块部件从所述天线部件接收所述控制信号并且通过所述无线通信芯片生成输出信号；以及

接口部件，所述接口部件传送所述输出信号。

5.根据权利要求4所述的网关系统，其中，所述壳体包括：

容置所述天线部件的第一容置部件；以及

容置所述通信模块部件的第二容置部件，并且

其中，所述接口部件突出到所述壳体外。

6.根据权利要求4所述的网关系统，其中，通过多个引脚中的一个引脚传送关于所述通信模块从所述网关模块拆卸的信息。

7.根据权利要求1或2所述的网关系统，其中，所述电器包括至少一个照明装置。

8.一种驱动网关系统的方法，从可拆卸地耦接至网关模块的通信模块向所述网关系统提供第二无线网络，所述第二无线网络不同于安装在所述网关模块中的第一无线网络，所述方法包括：

从所述通信模块的接口接收拆卸信息；

请求关于所述通信模块的信息；

从所述通信模块接收所述关于所述通信模块的信息；以及

通过所述第二无线网络来控制外部电器。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，接收所述拆卸信息包括通过输入端子从所述通信模块的接口接收所述拆卸信息，以改变所述输入端子的电压，并且

其中，当所述通信模块与所述网关模块耦接时，所述输入端子的电压从高转变为低。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述关于所述通信模块的信息包括从所述通信模块提供的关于所述第二无线网络的信息。

Images