CN104320314A - 一种基于多网络通信架构的智能家居系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多网络通信架构的智能家居系统，包括家庭主机、3G/4G通信模块、AP中继无线通信模块、PLC电力载波路由模块、ZigBee/WiFi协议转换无线通信模块、ZigBee终端测控模块，通过以上通信组件模块，实现受控制的家居设备或电器与家庭主机的无缝数据通信链接。本发明的基于多网络通信架构的智能家居系统，内部的神经网络通信系统，采用PLC电力载波技术、ZigBee组网通信技术、WiFi通信及AP中继桥接技术，协议转换技术、3G/4G无线通信技术、实现了几种技术的优势互补。同时ZigBee模块采用最低功耗的组网模式，提高了储能电池的使用时间。由于采用了桥接和信号接力协议转换技术，使得家庭居室内部各监测点实现无死角全方位的网络化信号覆盖，从而确保家庭主机与受控终端的通信畅通。

Description

一种基于多网络通信架构的智能家居系统

技术领域

本发明涉及计算机和网络技术领域，具体涉及一种基于多网络通信架构的智能家居系统。 

背景技术

随着社会信息化的加快，互联网技术的迅猛发展使得，人们的工作、生活和通讯、信息的关系日益紧密。信息化社会在改变人们生活方式与工作习惯的同时，也对传统的住宅提出了挑战，社会、技术以及经济的进步更使人们的观念随之巨变。人们对家居的要求早已不只是物理空间，更为关注的是一个安全、方便、舒适的居家环境，基于以上原因智能家居系统也就在这种背景下应运而生。 

通常的智能家居系统采用先进的计算机、通信和控制技术，建立一个由家庭安全防护单元、网络服务单元和家庭自动化单元组成的家庭综合服务与管理集成系统。从理论构思和实现原则上达到集家居安全防护、家电控制、远程监控和信息化共享功能。 

从整体的实现原理和实现功能上市面上的智能家居系统尽情相同，采用同等监控方式机理的家庭控制主机，通过有线或无线通信方式对，家庭内部的各类安全探测模块、家电控制模块、状态监测模块进行数据通信，从而根据预先功能设置或远程操控实现一种智能家居操控系统。然而在一种具备高科技含量的控制系统，在保证系统从原理设计、器件选择、生产安装、操控程序等实现环节上具备高可靠度的软硬件组成部分外，家居系统各功能单元的信息采集可靠性成为一种神经要素，由于家居环境的不同采用固有的几种数据采集方式会产生无法建立通信链路或是通信数据丢失现象，从而造成整个系统形同虚设不过是个高科技的附属品。如何实用可靠的通信网络成为一种基础要输，因此本发明从整个家居通信链路上作以技术创兴，采用余度式多系统通信链路为家庭主机的有效监控搭建基础平台。 

发明内容

本发明克服了智能家居系统现有技术存在的不足，所要解决的是为整个智能家居系统搭建一种通讯链路畅通，通讯接入方式便捷容易的数据通信链路平台。 

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下： 

基于多网络通信架构的智能家居系统，其特征在于，包括具备LAN输出功能，带有3G/4G和WiFi通讯管理的家庭主机、以便于用户远程操控和数据传输。带有WiFi无线通信的PLC电力载波路由模块、具备ZigBee协调器功能的ZigBee/WiFi协议转换无线通信模块、用作信号接力传输的AP中继无线通信模块、用以连接家居受控终端的ZigBee终端测控模块，通过以上通信组件模块，实现受控制的家居设备或电器与家庭主机的无缝数据通信链接；用户远程通过通信模块对家庭主机进行访问，实现双向通信；ZigBee终端测控模块与所述ZigBee/WiFi协议转换无线通信模块，所述ZigBee/WiFi协议转换无线通信模块与所述PLC电力载波路由模块相连，所述PLC电力载波路由模块与家庭主机相连。 

进一步的，所述基于多网络通信架构的智能家居系统还包含LAN路由组网功能，该LAN路由属于家庭主机的一个电路实现子模块电路，在家庭主机的控制下实现基于TCP/IP协议的组网通信功能。 

进一步地，所述基于多网络通信架构的智能家居系统还包括云台摄像机，所述云台摄像机与所述PLC电力载波路由模块相连。 

进一步地，所述通信模块包括4G/3G无线通信模块和WiFi无线通信模块；家庭主机通过WiFi无线通信模块与家居无线WiFi路由器建立通信连接，当家居的无线WiFi路由器无法与家庭主机建立通信时，家庭主机自动切换通信链接到4G/3G无线通信模块组成另外一种Internet链接渠道。 

进一步地，所述PLC电力载波路由模块包括带有WiFi无线通信的PLC电力载波路由主模块、带有WiFi无线通信的PLC电力载波路扩展模块。 

进一步地，所述家庭主机与所述的PLC电力载波路由模块建立通信，居室内的各终端监控点的信息采集和控制输出都由家庭主机做数据管理和协 调，由PLC电力载波路由模块形成连接完成操控。 

进一步地，所述家庭主机具备黑客防火墙用户身份口令验证功能防止黑客的非法监听。 

进一步地，所述ZigBee终端测控模块工作在RFD模式下，因此实现以点为单位的ZigBee终端测控模块和ZigBee/WiFi协议转换无线通信模块的后备电池最大程度的供电时长。 

进一步地，所述基于多网络通信架构的智能家居系统还包括带有中继桥接的AP无线通信模块，当ZigBee/WiFi协议转换无线通信模块无法与PLC电力载波路由模块建立通信连接时，采用带有中继桥接的AP无线通信模块形成一级或多接的信号接力，实现与PLC电力载波路由模块建立通信连接。 

进一步地，所述ZigBee终端测控模块预留扩展终端监控通信接口，满足不同用户和实际功能需求。 

可靠稳定的智能家居系统除家庭控制器主机工作稳定可靠外，对家居内部的受控终端设备的信息采集非常重要，只有保障通畅的数据通信，整个系统才能良好的运行。本发明的基于多网络通信架构的智能家居系统，内部的神经网络通信系统，采用PLC电力载波技术、ZigBee组网通信技术、WiFi通信及中继桥接技术，协议转换技术、实现了几种技术的优势互补。同时ZigBee模块采用最低功耗的组网模式，提高了储能电池的使用时间。由于采用了桥接和信号接力协议转换技术，使得家庭居室内部各监测点实现无死角全方位的网络化信号覆盖，从而确保家庭主机与受控终端的通信畅通。 

本发明的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。 

附图说明

图1为实施例中本发明的结构框图。 

图2多网络架构的网络拓扑框图。 

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了 解，下面结合具体实施例进一步阐述本发明。 

参见图1，基于多网络通信架构的智能家居系统，包括用于客户远程监控的外网接入链路3G/4G无线通信模块和实现以太网连接的路由设备(WiFi无线通信模块)，提供WAN和3G/4G两种连接。家庭主机采取先路由通信链接后3G/4G无线通信链接的主从模式与远程监控端实现数据通信。家庭内部通信系统由带嵌入Linux系统的家庭主机，通过LAN端口与带有WiFi无线通信的PLC电力载波路由主模块，建立通信从而构成以WiFi无线通信和PLC载波通信的双网络，多渠道通信模式，为整个智能家居系统搭建基础通信链路和监控平台。智能家居系统的终端采集点或受控点，通过终端测控点上配置的ZigBee通讯模块与ZigBee/WiFi协议转换无线通信模块建立通信，进行通讯协议转换成为符合IEEE 802.11n标准的WiFi通信系统，通过家庭主机的LAN通信链路实现家居终端测控点的监控。 

参见图2，基于多网络通信架构的智能家居系统，家居终端监控节点的数据通信网络的组成包括与之相连的ZigBee终端测控模块、ZigBee/WiFi协议转换无线通信模块、带有WiFi无线通信的PLC电力载波路由主模块、带有WiFi无线通信的PLC电力载波扩展模块、带有中继桥接的AP无线通信模块。一种基于多网络通信架构的智能家居系统，其家居终端监控节点的数据通信以ZigBee为通信方式，通过ZigBee/WiFi协议转换无线通信模块为网络协调器，以房间为单位把单间居室内的所有测控节点汇聚成为一个小型的星形网络，从而实现终端功能模块的数据采集，信息汇总并转换数据码流为WiFi方式。从用户的实际居住环境考虑由于存在不同的户型与结构，WiFi的通信覆盖范围有限信号很难直接与家庭主机建立通信链路，因此本发明采用PLC电力载波、无线AP中继、WiFi通信多种传输技术，建立一个多网络架构多传输渠道的通信链路，为家庭主机对终端功能模块的数据通信提供了一个灵活通畅的链接。 

家庭主机是整个智能家居主控系统的核心与大脑，家庭通信网络则是血脉与神经信息传输系统，用户远程通过以太网或3G/4G连接方式，使用具备上网功能的计算机或智能手机，登录到家庭主机系统，通过身份安全验证后，就可以访问并控制智能家庭终端。 

本发明的具体实施方式如下： 

1.家庭终端测控模块对居室内以房间为单位的各类信息进行采集，如居室温湿度、光暗度等环境数据的采集；火灾、水灾、燃气泄漏、SOS求组呼叫等灾难性事故监测主动呼叫求助；居室非法入侵、门窗被撬、保险柜被盗等状态的主动报警呼叫；这些传感探测模块最终都搭建在以ZigBee为传输形式的模块上，为实现小区域的组网创造了条件。另外还可根据不同的监控要求可配备相对的监测传感器模块通过ZigBee模块进行自动组网，实现新的监测节点的创立。 

2.家庭主机通过居室的网络通信链路与终端测控模块形成通信，以房间为单位对居室内的各类功能控制节点进行控制。如控制多角度红外发射模块遥控红外方式操作的受控家电、空调的开启和温度大小的调节、红外插座的通电断电等；水阀气阀电闸的关闭控制；地暖阀门、风机盘管、声光报警模块、电子门锁、窗户等装置进行开启或关闭控制；这些动作执行模块最终都搭建在以ZigBee为传输形式的模块上，为实现小区域的组网创造了条件。另外还可根据不同的监控要求可配备相对的控制执行模块通过ZigBee模块进行自动组网，实现新的控制节点的创立。 

3.对于以房间为单位的ZigBee小区域通信子网络，通过ZigBee/WiFi协议转换无线通信模块作为该区域ZigBee星形网络的协调器，实现对该区域ZigBee终端监控模块的组网。同时起到一种桥接枢纽关系，把ZigBee网络系统转换为WiFi网络，实现不同通信协议同等监控目标的通信操控过程，为实现终端模块数据的采集和执行动作控制创建一个标准WiFi通信链路。 

4.从整个智能家居通信网络构建上，带有WiFi无线通信的PLC电力载波路由主模块，承担起整个网络的路由与网络通信管理作用，家庭主机通过LAN通信端口向该PLC电力载波路由模块提供WAN数据通信接入和功能执行数据命令，凭借居室内的电力线与并联在电力线上的若干个带有WiFi无线通信的PLC电力载波扩展模块，电力载波路由主模块与其建立通信连接并分配IP地址给若干个电力载波扩展模块，从而使得整个家居涉及到电力线的地方都存在载波通信连接因此产生WiFi通信链路，为最终的以房间为单位的WiFi终端子网络提供一种通信通道，实现终端设备模块数据的采集和控制指 令的传输。 

5.由于家居环境的不同，导致以电力线为载波平台，从中扩展出来的WiFi无线数据传输链路无法覆盖居室局部区域造成居室内的监控盲点，为解决这个问题本发明采用无线AP中继模块进行信号接力，使得整个居室内无死角实现WiFi信号覆盖。 

6.家庭居室内与户外的实时动态视频监控采用具备WiFi通信功能的云台摄像机或广角门将监控摄像头，通过带有WiFi无线通信的PLC电力载波扩展模块，与其进行WiFi无线通信连接，PLC电力载波扩展模块对视频信号进行调制通过电力线为载波传输路径，将该码流传输给PLC电力载波路由主模块，家庭主机通过LAN端口与电力载波路由主模块建立通讯并对其进行数据解析，数据处理、协议转换、打包处理然后根据控制要求通过WiFi无线通信模块传送给家庭路由设备，用户远程通过网络访问家庭主机实现家居现场状态的视频监控查看。由于信号覆盖和环境因素对于无法和PLC电力载波扩展模块建立通信的摄像头，采用AP无线中继模块，以信号传输接力延伸方式，与PLC电力载波扩展模块建立通信； 

7.家庭主机与带有WiFi无线通信的PLC电力载波路由主模块进行数据通信和协议对接，对数据进行解析、管理，将数据从新打包分组，传送给WiFi通信模块，与家居的WAN接入路由器建立无线通信。实现用户的远程监控和事故主动预警数据上传。且家庭主机对远程控制指令进行数据解析访问口令效验，对合法用户访问开启居室监控权限。还可将各终端信息分享给具备WiFi通信功能的显示装置进行信息提示和功能设置。 

8.用户远程通过以太网-家居路由-家庭主机-PLC载波路由器-PLC载波扩展器-ZigBee/WiFi转换器-ZigBee通信-终端设备。实现的对家居状态进程监控，对居室电器设备的控制。 

上述实施例只是为了说明本发明的技术框架及构思，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明大体上的实现法框架，系统根据本框架内容据以实施，但并不能以此限制本发明的保护范围。本发明专利的核心是家居系统的多网络架构思想，从这种架构配合相对的监控模块就可以延生出多种监控功能，凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰， 都应涵盖在本发明的保护范围内。 

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。 

Claims (10)

1.基于多网络通信架构的智能家居系统，其特征在于，包括具备LAN输出功能和WiFi通讯管理的家庭主机、以便于用户远程操控的通信模块、带有WiFi无线通信的PLC电力载波路由模块、具备ZigBee协调器功能的ZigBee/WiFi协议转换无线通信模块、AP中继无线通信模块、用以连接家居受控终端的ZigBee终端测控模块，通过以上通信组件模块，实现受控制的家居设备或电器与家庭主机的无缝数据通信链接；用户远程通过通信模块对家庭主机进行访问，实现双向通信；ZigBee终端测控模块与所述ZigBee/WiFi协议转换无线通信模块，所述ZigBee/WiFi协议转换无线通信模块与所述PLC电力载波路由模块相连，所述PLC电力载波路由模块与家庭主机相连。

2.根据权利要求1所述的基于多网络通信架构的智能家居系统，其特征在于，所述基于多网络通信架构的智能家居系统还包含LAN路由组网功能，该LAN端口属于家庭主机的一个电路实现子模块电路，在家庭主机的控制下实现基于TCP/IP协议的组网通信和数据处理功能。

3.根据权利要求1所述的基于多网络通信架构的智能家居系统，其特征在于，所述基于多网络通信架构的智能家居系统还包括云台摄像机，所述云台摄像机通过WiFi无线链路与所述PLC电力载波路由模块相连。

4.根据权利要求1所述的基于多网络通信架构的智能家居系统，其特征在于，所述通信模块包括4G/3G无线通信模块和WiFi无线通信模块；家庭主机通过WiFi无线通信模块与家居无线WiFi路由器建立通信连接，当家居的无线WiFi路由器无法与家庭主机建立通信时，家庭主机自动切换通信链接到4G/3G无线通信模块组成另外一种Internet链接渠道。

5.根据权利要求1所述的基于多网络通信架构的智能家居系统，其特征在于，所述PLC电力载波路由模块包括带有WiFi无线通信的PLC电力载波路由主模块、带有WiFi无线通信的PLC电力载波路扩展模块。

6.根据权利要求1所述的基于多网络通信架构的智能家居系统，其特征在于，所述家庭主机与所述的PLC电力载波路由模块建立通信，居室内的各终端监控点的信息采集和控制输出都由家庭主机做数据管理和协调，由PLC电力载波路由模块形成连接完成操控。

7.根据权利要求1所述的基于多网络通信架构的智能家居系统，其特征在于，所述家庭主机具备黑客防火墙用户身份口令验证功能防止黑客的非法监听。

8.根据权利要求1所述的基于多网络通信架构的智能家居系统，其特征在于，所述ZigBee终端测控模块工作在RFD模式下，因此实现以点为单位的ZigBee终端测控模块和ZigBee/WiFi协议转换无线通信模块的后备电池最大程度的供电时长。

9.根据权利要求1所述的基于多网络通信架构的智能家居系统，其特征在于，所述基于多网络通信架构的智能家居系统还包括AP中继无线通信模块，当ZigBee/WiFi协议转换无线通信模块无法与PLC电力载波路由模块建立通信连接时，采用带有中继桥接的AP无线通信模块形成一级或多接的信号接力，实现与PLC电力载波路由模块建立通信连接。

10.根据权利要求1所述的基于多网络通信架构的智能家居系统，其特征在于，所述ZigBee终端测控模块预留扩展终端监控通信接口，满足不同用户和实际功能需求。