CN104483939A - 远程智能家居无线监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种远程智能家居无线监控系统，包括：服务器、ZigBee协调器、多个ZigBee节点、与每个ZigBee节点连接的传感器或开关电路、以及一个或多个用户终端设备；其中，所述传感器或开关电路用于控制相应的家居设备；其中，ZigBee协调器与服务器进行通信；ZigBee协调器和多个ZigBee节点之间通过ZigBee局域网协议进行通信，而且各个ZigBee节点之间通过ZigBee局域网协议进行通信；服务器根据从所述一个或多个用户终端设备接收的指令向ZigBee协调器发送命令；ZigBee协调器对服务器发送的命令进行解析，以实现对ZigBee节点所连接的传感器或开关电路的控制；而且其中，每个ZigBee节点采集所连接的传感器或开关电路的状态值，并且将采集的状态值发送给ZigBee协调器。
Description
技术领域
本发明涉及物联网技术、智能控制应用领域，更具体地说，本发明涉及一种远程智能家居无线监控系统，其运用ZigBee无线网络实现室内数据的采集与传输，利用移动终端设备实现对智能家居状态及环境的远程监控。
背景技术
随着人们生活水平的提高以及计算机网络通信技术的发展，目前主流的智能家居系统已经悄然流行起来，智能家居逐渐成为未来家居生活的标杆。智能家居能为用户提供安全、健康和舒适的生活环境。在现有技术中，智能家居技术大多是通过有线基于电脑的控制方式，电脑担任整套智能家居的服务器和数据管理中心，系统多存在如下的技术特点：
1.有线介质的通信方式：有线传输具有信息传输快、容量大和抗干扰性好等特点，同时也存在布线麻烦、设备移动性差、安装维护成本高、方案不灵活等缺点。有些系统采用无线WIFI或蓝牙技术协议，将室内布置的各种传感器节点相连，进行信息的互通与上传。但是，在多数现有智能家居系统中存在布线麻烦、设备移动性差、安装维护成本高、方案不灵活等缺点。系统一旦铺设成功则无法修改，不适合智能家居系统的扩容和改造。
2.采用PC机作为主控制器，在处理速度、系统功能以及稳定性上确实具有其明显优势。目前有些智能家居系统是完全定制好的系统，甚至在房子的建造同时就已经同步安装，所以缺乏后期的改造灵活性。很多传感器的信息都是传到室内控制服务器上，进行统一管理和调度，当人离开房间时，无法掌控了解房间的情况。而且，这种情况下，耗电量大，资源浪费比较严重，移动不方便等缺点。并且占用空间大，PC系统不安全，不符合绿色环保的建设目标。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种远程智能家居无线监控系统，其采用ZigBee无线网络技术、低功耗ARM嵌入式处理器，利用移动终端设备实现智能家居的无线本地及远程监控，摆脱了传统智能家居系统对PC机和有线传输介质的依赖。在很大程度上降低了智能家居的成本以及功耗，且移动终端的小巧方便和人性化设计，使产品具有广阔的市场发展前景。
为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种远程智能家居无线监控系统，包括：服务器、ZigBee协调器、多个ZigBee节点、与每个ZigBee节点连接的传感器或开关电路、以及一个或多个用户终端设备；其中，所述传感器或开关电路用于控制相应的家居设备；其中，ZigBee协调器与服务器进行通信；ZigBee协调器和多个ZigBee节点之间通过ZigBee局域网协议进行通信，而且各个ZigBee节点之间通过ZigBee局域网协议进行通信；服务器根据从所述一个或多个用户终端设备接收的指令向ZigBee协调器发送命令；ZigBee协调器对服务器发送的命令进行解析，以实现对ZigBee节点所连接的传感器或开关电路的控制；而且其中，每个ZigBee节点采集所连接的传感器或开关电路的状态值，并且将采集的状态值发送给ZigBee协调器。
优选地，一个或多个用户终端设备包括手机；而且所述服务器通过socket协议与手机上的手机客户端控制软件进行通信。
优选地，所述手机客户端控制软件可设置短信通知功能。
优选地，手机通过3G网络或wifi网络与所述服务器通信。
优选地，每个ZigBee节点对通信的信道进行监听，接收无线数据包并对数据包进行解析；如果接收的数据包是对自身的命令，则ZigBee节点使得所连接的传感器或开关电路的状态改为与命令相符的状态值；如果所接收的数据包是对其它ZigBee节点的命令，则选择最短路径将所接收的数据包路由到相应的ZigBee节点；如果所接收的数据包是其它ZigBee节点传向ZigBee协调器的数据，则选择最短路径将所接收的数据包路由到ZigBee协调器。
优选地，服务器的硬件系统使用嵌入式平台，服务器的软件系统基于Linux操作系统。
优选地，服务器与ZigBee协调器通过串口通信。
优选地，每个ZigBee节点定时地将采集的状态值发送给ZigBee协调器。
本发明针对现有技术的不足，运用ZigBee无线网络实现室内数据的采集与传输，利用移动终端设备实现对智能家居状态及环境的远程监控。本发明的系统使用传感器对居室环境的各项指标进行采集，并配合控制电路实现家居的智能化控制。本发明的系统建立的建筑智能化模型，功能较为完善，具有友好的操作性和一定的可扩展性。用户通过简单功能定制，可方便搭建各自的家居控制系统，满足不同用户的需求。
本发明的系统可实时采集数据并更新界面，让用户能及时了解很可能家居的现状。利用语音识别技术来控制家居，能提升用户的体验，同时方便老人及残障人士的使用。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的远程智能家居无线监控系统的功能框图。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的远程智能家居无线监控系统的功能框图。
具体地，如图1所示，根据本发明优选实施例的远程智能家居无线监控系统包括：服务器100、ZigBee协调器200、多个ZigBee节点(例如图1所示的第一ZigBee节点210、第二ZigBee节点220和第三ZigBee节点230)、与每个ZigBee节点连接的传感器或开关电路、以及一个或多个用户终端设备。其中，所述传感器或开关电路用于控制相应的家居设备。
例如，在具体实施例中，服务器100是网关服务器。而且例如，在具体实施例中，服务器100由ARM嵌入式处理器实现。
例如，在具体实施例中，如图1所示，一个或多个用户终端设备包括手机300和/或计算机400。
其中，ZigBee协调器200与服务器100进行通信(例如通过串行接口进行通信)；ZigBee协调器200和多个ZigBee节点之间通过ZigBee局域网协议进行通信，而且各个ZigBee节点之间通过ZigBee局域网协议进行通信。各个ZigBee节点不与服务器100直接通信。
由此，服务器100根据从所述一个或多个用户终端设备接收的指令向ZigBee协调器200发送命令；ZigBee协调器200对服务器100发送的命令进行解析，并实现对ZigBee节点所连接的传感器或开关电路的控制，从而控制相应的家居设备。
另一方面，优选地，每个ZigBee节点采集所连接的传感器或开关电路的状态值，并且将采集的状态值发送给ZigBee协调器200。优选地，每个ZigBee节点定时地将采集的状态值发送给ZigBee协调器200。
其中，服务器100的硬件系统优选地使用嵌入式平台。服务器100的软件优选地基于Linux操作系统。服务器100与ZigBee协调器200优选地通过串口通信。ZigBee协调器200运用ZigBee无线网络技术实现室内数据及控制命令的传输。
在无线传感器网络中，ZigBee协调器200是无线传感器节点的汇聚节点，能够组建管理无线传感器网络，它通过射频收集融合来自各ZigBee节点的数据或向各传感节点发送命令，通过串口与服务器通信。
ZigBee协调器200对服务器100发送的命令进行解析后，通过ZigBee无线网络转发到对应的ZigBee节点，实现对节点所连传感器或开关电路的控制。ZigBee协调器200(例如通过串口)定时向服务器100反馈各ZigBee节点的信息。
优选地，ZigBee无线网络在初始化之后的操作中，各个ZigBee节点对相邻节点广播自身信息，并且收集相邻ZigBee节点的信息，利用最小生成树协议自动生成路由表。因此各ZigBee节点具备转发数据包的功能，以最短路径与ZigBee协调器进行通信。ZigBee协调器向各ZigBee节点发送命令后等待一段随机时间，如果没有接收到节点的确认信息，ZigBee协调器采用同样的方式重发命令。如重发十次后都没有接收到节点的确认信息，则默认该命令发送失败。ZigBee节点定时向ZigBee协调器发送自身状态信息。
作为传感器节点的ZigBee节点开启定时器后，每隔一段时间采集传感器的状态值，并把状态值发向协调器。例如，如果状态值异常，则该节点采集传感器的状态值的周期将变短，并把异常标志置1，及时通知ZigBee协调器。
而且，例如，ZigBee节点可对通信信道进行监听，接收无线数据包并对数据包进行解析。如果数据包是对自身的命令，则ZigBee节点使得传感器的状态改为与命令相符的状态值；如果数据包是其它节点的命令，则选择最短路径路由到相应的节点。如果数据包是其它ZigBee节点传向ZigBee协调器的数据，则选择最短路径路由到ZigBee协调器。
优选地，ZigBee节点全部使用TinyOS系统编程，TinyOS的构件包括网络协议、分布式服务器、传感器驱动及数据识别工具。其良好的电源管理源于事件驱动执行模型，该模型也允许时序安排具有灵活性。
而且其中，所述服务器100通过socket协议与一个或多个用户终端设备通信。例如，所述服务器100通过socket协议与手机300上的手机客户端控制软件和/或计算机400上的应用软件进行通信。具体地，手机客户端控制软件可用于让用户输入用于控制ZigBee节点所连接的传感器或开关电路的控制指令，而且可用于将ZigBee节点所连接的传感器或开关电路的状态显示给用户。
具体地，例如，服务器100通过串口与ZigBee协调器通信。服务器软件使用线程监控并处理ZigBee协调器上传的数据。当串口没有数据传输的时候，线程阻塞自己直到串口有数据到来。并且服务器100使用socket协议与安卓客户端通信。当客户端请求交换数据时，快速的从缓冲区里取出数据并转发给客户端，以减少客户端访问服务器花费的时间。
对于手机300，可基于Android操作系统开发手机客户端控制软件。客户端与服务器通过socket协议通信。客户端可通过3G网络或wifi网络登录服务器，实现家居远程或本地监控。
手机客户端控制软件可设置短信通知功能，家居的报警信息能通过短信的方式发送出去。网络部分使用线程来实现，使用socket协议与服务器交换数据，配置服务器的各类信息，管理登陆信息等。
优选地，手机客户端控制软件可具有模式选择功能。具体地，手机客户端控制软件可按功能分页，添加滑动效果，增强用户体验，网络收发等耗时较长的程序用线程处理。而且，出于安全性，手机客户端控制软件可设计登录界面，在实时更新方面则使用定时器定时采集数据，使界面能及时更新。用户可以选择智能模式，智能控制家居，采用语音接口，增加语音识别、控制功能。通过socket协议与服务器通信，增加后台运行功能，对突发事件紧急报警。出于安全考虑，设计了远程监控的功能。
相对于现有技术，根据本发明优选实施例的远程智能家居无线监控系统至少具有下述优势：
(1)安装便捷：本系统使用ZigBee节点监控家居情况；节点配置有较多的通用接口，可随意安装，而且只需将协调器通上电就能自动配置，不需要用户手动配置。
(2)控制方便：高兼容性，使用各类移动终端，通过网络登陆客户端皆可对家居进行监控；同时系统利用丰富的安卓平台软件，在客户端中添加了语音控制功能，方便老人及残障人士的使用。
(3)造价便宜、节能环保：相对基于wifi的芯片，使用ZigBee的芯片具有更高性价比；而且，由于ZigBee节点的低成本低功耗低辐射，使得系统价格低廉且节能环保；并且，基于ARM的服务器稳定性高且功耗低；服务器软件基于linux操作系统，保证了本系统的安全、稳定和高效。
总之，本发明的智能家居系统具有安全、安装方便、高效、操作快捷、智能化和个性化的独特魅力。随着智能手机的日益普及和4G移动互联网的使用，基于手机客户端的智能家居控制系统具将有极大的应用市场。
此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (8)
1.一种远程智能家居无线监控系统，其特征在于包括：服务器、ZigBee协调器、多个ZigBee节点、与每个ZigBee节点连接的传感器或开关电路、以及一个或多个用户终端设备；
其中，所述传感器或开关电路用于控制相应的家居设备；
其中，ZigBee协调器与服务器进行通信；ZigBee协调器和多个ZigBee节点之间通过ZigBee局域网协议进行通信，而且各个ZigBee节点之间通过ZigBee局域网协议进行通信；服务器根据从所述一个或多个用户终端设备接收的指令向ZigBee协调器发送命令；ZigBee协调器对服务器发送的命令进行解析，以实现对ZigBee节点所连接的传感器或开关电路的控制；
而且其中，每个ZigBee节点采集所连接的传感器或开关电路的状态值，并且将采集的状态值发送给ZigBee协调器。
2.根据权利要求1所述的远程智能家居无线监控系统，其特征在于，一个或多个用户终端设备包括手机；而且所述服务器通过socket协议与手机上的手机客户端控制软件进行通信。
3.根据权利要求2所述的远程智能家居无线监控系统，其特征在于，所述手机客户端控制软件可设置短信通知功能。
4.根据权利要求2所述的远程智能家居无线监控系统，其特征在于，手机通过3G网络或wifi网络与所述服务器通信。
5.根据权利要求1或2所述的远程智能家居无线监控系统，其特征在于，每个ZigBee节点对通信的信道进行监听，接收无线数据包并对数据包进行解析；如果接收的数据包是对自身的命令，则ZigBee节点使得所连接的传感器或开关电路的状态改为与命令相符的状态值；如果所接收的数据包是对其它ZigBee节点的命令，则选择最短路径将所接收的数据包路由到相应的ZigBee节点；如果所接收的数据包是其它ZigBee节点传向ZigBee协调器的数据，则选择最短路径将所接收的数据包路由到ZigBee协调器。
6.根据权利要求1或2所述的远程智能家居无线监控系统，其特征在于，服务器的硬件系统使用嵌入式平台，服务器的软件系统基于Linux操作系统。
7.根据权利要求1或2所述的远程智能家居无线监控系统，其特征在于，服务器与ZigBee协调器通过串口通信。
8.根据权利要求1或2所述的远程智能家居无线监控系统，其特征在于，每个ZigBee节点定时地将采集的状态值发送给ZigBee协调器。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Application publication date: 20150401 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |