CN104460584A - 一种智能家居自动组网系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能家居自动组网系统及方法，该系统包括中央处理器，所述中央处理器分别连接有ZigBee单元、无线单元和存储单元，所述无线单元还连接有控制中心，所述中央处理器还通过网络接口连接有路由器。所述中央处理器包括单片机控制模块和无线射频收发模块，所述无线通讯节点利用自带无线射频收发模块和中央处理器的无线射频收发模块进行无线射频一对一的双向通讯，组成一个无线局域网。本发明将WIFI技术与ZigBee无线网络技术相结合，采用无线网络技术实现了家居的智能组网，从而解决了传统有线组网接线繁琐、故障多等问题，从而实现了网络技术的全覆盖和智能化。

Description

一种智能家居自动组网系统及方法

技术领域

本发明涉及互联网技术领域，具体涉及一种智能家居自动组网系统及方法。

背景技术

智能家居是融合了自动化控制系统、计算机网络系统和网络通讯技术于一体的网络化智能化的家居控制系统。智能家居让用户有更方便的手段来管理家庭设备，比如通过家庭触摸屏、手机、互联网或者语音识别控制家用设备，更可以执行现场操作，方便控制；另一方面，使用智能家居系统的室内，各种设备相互间可以通讯，即使没有用户指挥也能根据不同的状态互动运行，从而给用户带来最大程度的高效、便利、舒适与安全。

目前研究智能家居的企业有很多。这些企业和制造商所开发的产品有一个共同的致命弱点就是需要布线，系统安装麻烦，接口复杂，因为布线都在墙内，安装时需要对现有的居室造成很大外观改动，也使维修很困难。

现有的通讯技术的发展，呈现出百花齐放的多种通讯技术在家具自动化中的应用越来越多，但是由于各个设备相对比较单一，其接口也受到一定的现状，从而导致某一种家居设备智能应用于某一种技术领域，如果需要实现其它的应用，就需要对接另外一台设备进行转接或者支付额外的钱，开通另外的一种网络。

目前在家庭为单位的通信产品主要包括：ADSL接入技术，普通的以太网宽带接入技术，PON网络宽带接入技术及无线3G数据卡接入技术这几种。

由于各接入技术分属于不同的运营商或者技术领域，同时家居自动化网络的应用规划非常的单一，导致不同接入技术采用的接入方式和接入设备都不能统一，从而存在一个家庭往往存在多种网络接入设备，在设计家居自动化网络上存在网络布线复杂，用户支付的成本较高，同时不同的网络也很难互通使用，很难统一和规划，设备接口复杂不兼容等问题。

3G技术是ALL-IP特别工作组在2001年10月份推出了ALL-IP的网络模型，并将整个网络的各功能点分到各具体的工作组，各工作组按照ALL-IP小组提出的需求并根据各自的研究范畴再进行具体的研究。因此，它的工作主要是统筹和指导，提出未来的ALL-IP网络的总体需求以及每个工作项目的需求和具体描述，而详细的规范还是由各工作组制定。

随着Internet网络的高速发展和骨干接入层网络的逐步完成，以用户为起点的所谓“最后一公里”接入显得越来越重要，而光纤到户FTTH在近期还不能实现，以“不对称”性为主要特征的ADSL（不对称数字用户线）技术，很好地适应了Internet领域上行（用户至网络）与下行（网络至用户）业务流量不对称的特性，成为窄带接入网到宽带接入网过渡的一种主流技术。ADSL的全称是非对称数字用户传输线（Asymmetric Digital Subscriber Line）。它利用目前先进的数字编码和调制解调技术，实现在一对普通电话双绞线上传送高速数字信号的功能。

以太网(Ethernet)技术是一种计算机局域网组网技术。IEEE制定的IEEE 802.3标准给出了以太网的技术标准。它规定了包括物理层的连线、电信号和介质访问层协议的内容。以太网是当前应用最普遍的局域网技术。它很大程度上取代了其他局域网标准，如令牌环、FDDI和ARCNET。以太网的标准拓扑结构为总线型拓扑，但目前的快速以太网（100BASE-T、1000BASE-T标准）为了最大程度的减少冲突，最大程度的提高网络速度和使用效率，使用交换机（Switch）来进行网络连接和组织，这样，以太网的拓扑结构就成了星型，但在逻辑上，以太网仍然使用总线型拓扑的CSMA/CD 介质访问控制方法。

随着Internet用户数量的快速增长，IPTV业务、各类互联网互动业务如视频会议、视频聊天、网络游戏、BBS贴图等应用的出现，对网络带宽提出了越来越高的要求。随着光纤成本的下降，“有源无源一体化”的光纤接入网已成为一种趋势。当前，光纤建设在“核心网”部分已基本完成，正在向接入网推进，最终将实现FTTH的全网光纤化。作为光纤接入网的重要解决方案，GEPON（以太网+ 无源光网络）得到国内外运营商和厂商的支持和认可，以其远远高于现有接入技术的带宽向终端用户提供可靠的数据、话音和视频通信。

ZigBee技术是一种应用于短距离范围内，低传输数据速率下的各种电子设备之间的无线通信技术。ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术；ZigBee采取了IEEE 802.15.4强有力的无线物理层所规定的全部优点：省电、简单、成本又低的规格；ZigBee增加了逻辑网络、网络安全和应用层；ZigBee的主要应用领域包括无线数据采集、无线工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、家庭和楼宇自动化、医用设备控制、远程网络控制等场合；ZigBee无线可使用的频段有3个，分别是2.4GHz的ISM频段、欧洲的868MHz频段、以及美国的915MHz频段，而不同频段可使用的信道分别是16、1、10个，在中国采用2.4G频段，是免申请和免使用费的频率。

中国申请专利公开号CN103857072A公开的一种基于ZigBee和WIFI网络的家庭网关装置，由壳与主控电路板组成，主控电路包括：中央处理器、以太网模块、WIFI模块、串口模块、ZigBee模块、电源模块、时钟模块、存储模块等；本发明将控制终端的指令通过10/100M 以太网模块或WIFI模块与中央处理器进行通信，中央处理器对数据进行处理后通过ZigBee模块，将控制命令发送至子设备。虽然采用了ZigBee与WIFI技术的结合，但是连接复杂，且仍须人工控制，智能化较低。

 另一个中国申请专利公开号CN202422380U公开的自动组网无线安防报警系统，它包括：监控设备、ZigBee网络、本地PC机及手持移动设备。手持移动设备包括ZigBee节点和ARM9，手持移动设备通过ZigBee节点与ZigBee网络连接，监控设备和本地PC机分别通过9针串口与ZigBee网络连接。虽然公开了通过手机等设备控制监控设备的技术，但是其自组网仍须收到很多限制，实用性较低。

综上现有技术的缺点在于：现有的家居自动化网络通信技术比较多，设备多，但是都比较固定单一的上联接口，需要固定的连接不同运营商网络，才能正常使用，布线复杂，设备利用率低等问题，且不同接入技术无法实现互融互换功能；现有的通信设备网络技术，不利于满足用户多网融合的需要；现有通信存在浪费网络资源，不具备实现家居自动化网络的需要；现有通信设备技术的缺点还在于研发过程中的大部分接口，仅仅针对自身业务发展需要而研发的，不具备多种接入能力，无法有效利用家居自动化设备的有效连接上网，不利于网路的有效利用，现有网络通信设备不具备家居自动化复杂接口需要，网络也存在局限性，因此现有的网络模式，由于各不统一，又互相的存在技术的保护限制，因此不利于有效整合家居自动化设备，实现全方位的家居自动化管理需要。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中组网系统设置麻烦、布线复杂的不足，提供一种智能家居自动组网系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种智能家居自动组网系统，包括中央处理器，所述中央处理器分别连接有ZigBee单元、无线单元和存储单元，所述无线单元还连接有控制中心，所述中央处理器还通过网络接口连接有路由器。

进一步的，所述无线单元包括3G接入模块、WIFI接入模块、蓝牙接入模块以及红外接入模块中的至少一种。

进一步的，所述网络接口包括ADSL接口、PON接口、上联以太网接口和下联以太网接口中的至少一种。

进一步的，还包括视频及音频接口单元、键盘及鼠标接口单元、报警单元、液晶显示及触摸屏单元、SD数据存储卡和串口单元中的一种或多种。

本发明还公开了一种智能家居自动组网方法，包括一个中央处理器以及一个以上无线通讯节点，所述中央处理器包括单片机控制模块和无线射频收发模块，所述无线通讯节点利用自带无线射频收发模块和中央处理器的无线射频收发模块进行无线射频一对一的双向通讯，组成一个无线局域网，该智能家居系统的自组网过程包括以下步骤：

a. 中央处理器的无线射频收发模块向各无线通讯节点发布广播信息；

b.各无线通讯节点的无线射频收发模块接收到广播信息后，按一定的数据格式向中央处理器发送本无线通讯节点的相关信息；

c.中央处理器的单片机控制模块根据无线射频收发模块接收到的信息分别给每一个无线通讯节点分配ID编码，由无线射频收发模块将该编码信息回传给每一个无线通讯节点；

d.各无线通讯节点的无线射频收发模块收到分配的ID编码后，回传一帧确认信息给中央处理器；

e.中央处理器的无线射频收发模块收到确认信息后，单片机控制模块确认该ID编码信息是否正确，如果正确，则结束本次组网过程，否则返回步骤c。

进一步的，所述中央处理器还可以定期发送广播信息要求各无线通讯节点回传现有编码信息，将各无线通讯节点回传的现有ID编码和已存储的ID编码进行对比，如果某一无线通讯节点的现有ID编码缺失，则确认该无线通讯节点已从该局域网中撤出，该ID编码则可以重新分配。

进一步的，所述无线通讯节点有增加时，新增加的无线通讯节点向局域网发送请求分配ID编码的广播信息，其它节点收到此广播信息时不予处理，中央处理器根据收到的广播信息分配ID编码，将此ID编码和中央处理器自身ID编码回传给新增的无线通讯节点，再执行自组网过程的d、e 步骤。

本发明的有益效果如下：

本发明将WIFI技术与ZigBee无线网络技术相结合，采用无线网络技术实现了家居的智能组网，从而解决了传统有线组网接线繁琐、故障多等问题，从而实现了网络技术的全覆盖和智能化。 

附图说明

图1 为本发明的控制结构原理框图。

图2为本发明的一个实施例的网络结构框架图。

图3为本发明的组网方法控制流程图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。 

如图1所示的一种智能家居自动组网系统，包括中央处理器，所述中央处理器分别连接有ZigBee单元、无线单元和存储单元，所述无线单元还连接有控制中心，所述中央处理器还通过网络接口连接有路由器。

网络单元的网络接口包括ADSL接口、PON接口、上联以太网接口和下联以太网接口中的至少一种，可实现上联ADSL接入或者PON接入，实现网络接入功能，下联以太网接口可实现家庭网络接入。

无线接入单元进一步由3G接入模块、WIFI接入模块、蓝牙接入模块以及红外接入模块中的至少一种构成，主要完成无线数据数据业务的处理。3G接入模块主要完成上联网络的接入，WIFI接入模块可以实现上联接入及下联的WIFI无线接入功能，蓝牙接入模块主要实现家庭带蓝牙设备的接入上网功能，红外接入模块主要实现家庭带红外设备的接入上网。

ZigBee单元包括ZigBee上行数据模块和ZigBee下行数据模块，对接家庭现有的带ZigBee的智能化设备，实现家居自动化网络的接入上网。

除此之外，所述系统还可以包括一些扩展模块，例如：视频及音频接口单元，主要实现家庭的视频及音频的输入输出功能；键盘及鼠标接口单元，主要实现交互式接口的用户接口；报警单元，主要实现家居自动化设备的安防及报警功能；液晶显示及触摸屏单元，主要实现交互式用户接口及友好的用户界面；SD数据存储卡，主要实现用户数据及相关信息的存储功能；串口单元，主要实现串行接入及数据控制处理。若设置以上单元，则设置的单元均与中央处理单元并实现上述功能。

从上面的叙述可以看出，本具体实施方式的系统通过配置不同的单元以及模块，能够实现家庭智能化网络的统一管理及灵活的应用。根据用户需要，配置不同上联接入模块或者下连接入模块。例如：用户家庭采用以太网接入的，我们可以直接配置上联以太网接口123，如果用户采用ADSL接口接入的，我们可提供ADSL接口；如果采用PON接入的，我们配置PON接口。依次类推，我可提供多种不同方式的接入功能，在软件上，可通过用户的不同的配置实现不同配置数据的互相切换和转发。

通过用户的家居需要，可以配置不同的接入模块，实现对用户家居智能设备的接入自动化管理，可实现用户家居的自组网，上网及远程管理及控制功能。可以为个性化客户配置不同的人机交换模块，供用户与设备的有效交换及家居自动化管理及控制。

如图2所示是本实施例的网络架构示意图。本实施例采用多样化的网络接入及灵活的组网方式，实现无线网络在家庭范围内，通过先进的无线网络技术将电脑、家电、安全、照明、娱乐、医疗监护系统互连，实现数据共享和管理，并以广域互联网为接口与外界交互信息的一种新兴的无线网络系统。本实施例可以有多种接口模块连接互联网络，从而可以有效的保护用户现有家庭网络的投资，节约用户的成本，在单一设备上，可实现多种网络接口的适配；本发明可以根据用户需要匹配不同的交互式用户界面的接口设备，可以提供用户友好的交互式界面，方便用户的管理和控制；如附图2 所示，本实施例可以提供数字量控制输入输出，可控制家庭的数字量开关设备，如智能门锁，灯光控制，电源控制等；可以对用户提供以太网接口，可以方便用户利用以太网接口接入互联网络，同时可提供WIFI，ZigBee，红外，蓝牙的智能接口，可以方便接入家居的智能接口设备，方便家居自动化设备的上网及被远程管理及监控功能

如图3所示的一种智能家居的自动组网方法，包括一个中央处理器以及一个以上无线通讯节点，所述中央处理器包括单片机控制模块和无线射频收发模块，所述无线通讯节点利用自带无线射频收发模块和中央处理器的无线射频收发模块进行无线射频一对一的双向通讯，组成一个无线局域网，该智能家居系统的自组网过程包括以下步骤：

a.中央处理器的无线射频收发模块向各无线通讯节点发布广播信息；

b.各无线通讯节点的无线射频收发模块接收到广播信息后，按一定的数据格式向中央处理器发送本无线通讯节点的相关信息；

c.中央处理器的单片机控制模块根据无线射频收发模块接收到的信息分别给每一个无线通讯节点分配ID编码，由无线射频收发模块将该编码信息回传给每一个无线通讯节点；

d.各无线通讯节点的无线射频收发模块收到分配的ID编码后，回传一帧确认信息给中央处理器；

e.中央处理器的无线射频收发模块收到确认信息后，单片机控制模块确认该ID编码信息是否正确，如果正确，则结束本次组网过程，否则返回步骤c。

中央处理器还可以定期发送广播信息要求各无线通讯节点回传现有编码信息，将各无线通讯节点回传的现有ID编码和已存储的ID编码进行对比，如果某一无线通讯节点的现有ID编码缺失，则确认该无线通讯节点已从该局域网中撤出，该ID编码则可以重新分配。

无线通讯节点有增加时，新增加的无线通讯节点向局域网发送请求分配ID编码的广播信息，其它节点收到此广播信息时不予处理，中央处理器根据收到的广播信息分配ID编码，将此ID编码和中央处理器自身ID编码回传给新增的无线通讯节点，再执行自组网过程的d、e 步骤。

通过ZigBee网络、WIFI、红外以及蓝牙实现信息设备、通讯设备、娱乐设备、家用电器、自动化设备、保安（监控）装置等设备互联，使智能化、人性化的家居生活变成了现实。网络节点是指镶嵌在各种家电、灯具、安防监控单元、居室环境监控单元。

本发明的网络具备多种通讯协议转换功能，同时可通过以太网或程控电话网连接内外网和通过无线技术连同内网的网关，具备无线通讯等接口的数字家电；配有无线接口、可远程报警的家用安防传感器设备；具备无线接口的家庭灯光控制器材；可进行防盗、报警等功能设备。

Claims (7)

1.一种智能家居自动组网系统，其特征在于：包括中央处理器，所述中央处理器分别连接有ZigBee单元、无线单元和存储单元；所述无线单元还连接有控制中心；所述中央处理器还通过网络接口连接有路由器。

2.根据权利要求1所述的一种智能家居自动组网系统，其特征在于：所述无线单元包括3G接入模块、WIFI接入模块、蓝牙接入模块以及红外接入模块中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种智能家居自动组网系统，其特征在于：所述网络接口包括ADSL接口、PON接口、上联以太网接口和下联以太网接口中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种智能家居自动组网系统，其特征在于：还包括视频及音频接口单元、键盘及鼠标接口单元、报警单元、液晶显示及触摸屏单元、SD数据存储卡和串口单元中的一种或多种。

5.一种智能家居自动组网方法，其特征在于：包括一个中央处理器以及一个以上无线通讯节点，所述中央处理器包括单片机控制模块和无线射频收发模块，所述无线通讯节点利用自带无线射频收发模块和中央处理器的无线射频收发模块进行无线射频一对一的双向通讯，组成一个无线局域网，该智能家居系统的自组网过程包括以下步骤：

a.中央处理器的无线射频收发模块向各无线通讯节点发布广播信息；

b.各无线通讯节点的无线射频收发模块接收到广播信息后，按一定的数据格式向中央处理器发送本无线通讯节点的相关信息；

c.中央处理器的单片机控制模块根据无线射频收发模块接收到的信息分别给每一个无线通讯节点分配ID编码，由无线射频收发模块将该编码信息回传给每一个无线通讯节点；

d.各无线通讯节点的无线射频收发模块收到分配的ID编码后，回传一帧确认信息给中央处理器；

e.中央处理器的无线射频收发模块收到确认信息后，单片机控制模块确认该ID编码信息是否正确，如果正确，则结束本次组网过程，否则返回步骤c。

6.根据权利要求5所述的一种智能家居自动组网方法，其特征在于：所述中央处理器还可以定期发送广播信息要求各无线通讯节点回传现有编码信息，将各无线通讯节点回传的现有ID编码和已存储的ID 编码进行对比，如果某一无线通讯节点的现有ID编码缺失，则确认该无线通讯节点已从该局域网中撤出，该ID编码则可以重新分配。

7.根据权利要求5所述的一种智能家居自动组网方法，其特征在于：所述无线通讯节点有增加时，新增加的无线通讯节点向局域网发送请求分配ID编码的广播信息，其它节点收到此广播信息时不予处理，中央处理器根据收到的广播信息分配ID编码，将此ID编码和中央处理器自身ID编码回传给新增的无线通讯节点，再执行自组网过程的d、e 步骤。