CN104714457A - 一种智能开关多方式同步控制装置及方法 - Google Patents

一种智能开关多方式同步控制装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种智能开关多方式同步控制装置及方法，所述装置包括控制器和智能开关；所述控制器包括：信号产生模块，用于产生控制信号；第一通信模块，用于发送所述控制信号给所述智能开关，并接收所述智能开关发送的反馈信号；所述智能开关包括：记忆存储模块，用于存储其开关状态字段；第二通信模块，用于接收所述控制信号、发送包含所述开关状态字段的反馈信号；微处理模块，用于根据所述控制状态字段、设置/获取指示字段生成控制命令或发送所述反馈信号。本发明通过在智能开关中存储开关状态字段，以及通过反馈开关状态字来保证各个控制终端的同步，并且通过签名来保证控制器对智能开关的安全控制。

Description

一种智能开关多方式同步控制装置及方法
技术领域
本发明涉及自动控制领域，更具体涉及一种智能开关多方式同步控制装置及方法。
背景技术
智能家居最基本的目标是为人们提供一个舒适、安全、方便和高效的生活环境。对智能家居产品来说，最重要的是以实用为核心，产品以实用性、易用性和人性化为主。智能家居以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。智能家居能够让用户有更方便的手段来管理家庭设备，比如，通过触摸屏、无线遥控器、电话、互联网或者语音识别控制家用设备；另一方面，智能家居内的各种设备相互间可以通讯，不需要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。
截止2013年，全球范围内信息技术创新不断加快，信息领域新产品、新服务大量涌现，不断激发新的消费需求，成为日益活跃的消费热点。我国市场规模庞大，正处于居民消费升级和信息化、工业化、城镇化、农业现代化加快融合发展的阶段，信息消费具有良好发展基础和巨大发展潜力。我国政府为了推动信息化、智能化城市发展也在2013年8月14日发表了关于促进信息消费扩大内需的若干意见，大力测发展宽带普及、宽带提速，加快推动信息消费持续增长，这都为智能家居、物联网行业的发展打下了坚实的基础。
智能家居集成是利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设备集成。由于智能家居采用的技术标准与协议的不同，大多数智能家居系统都采用综合布线方式，但少数系统可能并不采用综合布线技术，如电力载波，不论哪一种情况，都一定有对应的网络通信技术来完成所需的信号传输任务，因此网络通信技术是智能家居集成中关键的技术之一。随着移动互联网的快速发展，智能家居产品越来越多地使用无线通信技术，比如wifi、zigbee、IrDA红外技术、3G/4G技术，无线通信技术最大的优点就是灵活便捷，可以根据需求随时扩展或改装。
智能开关是智能家居系统中的基本配件，也是十分重要的组成部分。家居系统中的各种智能硬件都需要智能开关的控制，特别是照明系统。它和机械式墙壁开关相比，功能特色多、使用安全，而且式样美观，打破了传统墙壁开关的开与关的单一作用，除了在功能上的创新还赋予了开关装饰点缀的效果。智能开关被广泛应用于家居智能化改造、办公室智能化改造、工业智能化改造、农林渔牧智能化改造等多个领域，极大节约了能源，提高了生成效率和降低了运营成本，真正的做到了智能行天下。随着各种电子技术的引进和以智能手机为代表的智能移动终端的普及，智能开关的控制方式也在发展，在保留机械控制和遥控控制的基础上，也拓展出声音控制、触摸控制、终端控制、感应控制、程序控制、网络控制等多种控制方式。智能开关通常会有多种控制方式，比如照明电路的开关可能具有触摸控制和终端控制两种控制方式，触摸控制每次将开关的状态反相，终端控制则通过发射控制信号的方式控制开关的状态，终端控制能够提供更为丰富的状态控制，依控制信号中携带的信息而定。当智能开关受到不同的控制器控制时，需要各控制器之间同步并保持开关状态的一致。例如一个简单的照明控制开关有“开”和“关”两种状态，它可以通过“触摸控制”和“终端控制”两种方式来控制，终端通过无线蓝牙来控制开关的状态。当通过终端将开关设置为“开”状态，随后又通过触摸控制的方式将其设置为“关”状态，那么终端将不能知道当前开关的状态并且发送适当的命令，也就是现在的控制存多控制方式的不能同步的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何实现智能开关的多种控制方式的同步。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种智能开关多方式同步控制装置，所述装置包括控制器和智能开关；
所述控制器包括信号产生模块，用于产生控制信号；第一通信模块，用于发送所述控制信号给所述智能开关，并接收所述智能开关发送的反馈信号；所述控制信号包括控制状态字段、设置/获取指示字段以及签名字段；所述设置/获取指示字段用于设置对所述智能开关进行设置操作或是获取状态字操作；所述签名字段用于对所述控制器进行身份标识；所述控制状态字段用于存储控制命令；
所述智能开关包括记忆存储模块，用于存储其开关状态字段；
第二通信模块，用于接收所述控制信号、发送包含所述开关状态字段的反馈信号；
认证模块，用于根据所述签名字段进行身份验证；
微处理模块，用于根据所述控制状态字段、设置/获取指示字段生成控制命令或生成所述反馈信号；
控制电路，用于根据所述控制命令进行设置操作并更新所述开关状态字段。
优选地，所述微处理模块包括控制单元，其根据所述设置/获取指示字段进行判断，若所述设置/获取指示字段指示为获取状态字操作，则根据所述开关状态字段生成所述反馈信号，否则判断所述控制状态字段与所述开关状态字段是否相同，若相同则根据所述开关状态字段生成所述反馈信号，否则根据所述控制状态字段生成所述控制命令。
优选地，所述控制器通过感应控制方式、触摸控制方式、网络通信控制方式、无线控制方式、声光控制方式、软件控制方式中的一种或几种对所述智能开关进行控制。
优选地，所述控制信号还包括校验和字段，所述智能开关根据所述校验和字段对其接收的所述控制信号进行检错操作。
优选地，所述智能开关还包括显示模块，用于显示所述智能开关的工作状态信息。
一种智能开关多方式同步控制方法，所述方法包括以下步骤：
S1、控制器通过信号产生模块生成控制信号，并通过第一通信模块发送给智能开关；所述控制信号包括控制状态字段、设置/获取指示字段以及签名字段；所述设置/获取指示字段用于设置对所述智能开关进行设置操作或是获取状态字操作；所述签名字段用于对所述控制器进行身份标识；所述控制状态字段用于存储控制命令；
S2、所述智能开关对接收的所述控制信号进行解析，根据所述签名字段进行身份验证，若通过所述身份验证则转入步骤S3，否则丢弃对应的所述控制信号；
S3、所述智能开关从其记忆存储模块中提取开关状态字段，并解析所述控制信号中的设置/获取指示字段，若所述设置/获取指示字段指示为获取状态字操作，则将所述开关状态字段作为所述反馈信号进行反馈，否则转入步骤S4；
S4、所述智能开关解析所述控制信号中的控制状态字段，若所述控制状态字段与所述开关状态字段相同，则将所述开关状态字段作为所述反馈信号进行反馈，否则转入步骤S5；
S5、所述智能开关根据所述控制状态字段进行相应的操作，更新所述开关状态字段。
优选地，所述步骤S5还包括发送包含所述开关状态字段的反馈信号给所述控制器。
优选地，所述控制信号还包括校验和字段，所述智能开关根据所述校验和字段对其接收的所述控制信号进行检错操作。
优选地，所述控制器通过无线通信的方式与所述智能开关进行通信。
(三)有益效果
本发明提供了一种智能开关多方式同步控制装置及方法，本发明通过在智能开关中存储开关状态字段，以及通过反馈开关状态字来保证各个控制终端的同步，并且通过签名来保证控制器对智能开关的安全控制。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的一种智能开关多方式同步控制装置的结构示意图；
图2是本发明的一个较佳实施例的一种智能开关多方式同步控制方法的流程图；
图3是本发明的一个较佳实施例的一种智能开关多方式同步控制装置的控制信号组成示意图；
图4是本发明的一个较佳实施例的一种智能开关多方式同步控制装置进行签名加密的示意图；
图5是本发明的一种智能开关多方式同步控制方法流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
本发明公开了一种智能开关多方式同步控制装置，所述装置包括控制器和智能开关；所述控制器包括信号产生模块，用于产生控制信号；第一通信模块，用于发送所述控制信号给所述智能开关，并接收所述智能开关发送的反馈信号；所述控制信号包括控制状态字段、设置/获取指示字段以及签名字段；所述设置/获取指示字段用于设置对所述智能开关进行设置操作或是获取状态字操作；所述签名字段用于对所述控制器进行身份标识；所述控制状态字段用于存储控制命令。
所述智能开关包括记忆存储模块，用于存储其开关状态字段；第二通信模块，用于接收所述控制信号、发送包含所述开关状态字段的反馈信号；认证模块，用于根据所述签名字段进行身份验证；微处理模块，用于根据所述控制状态字段、设置/获取指示字段生成控制命令或生成所述反馈信号；控制电路，用于根据所述控制命令进行设置操作并更新所述开关状态字段。
所述微处理模块包括控制单元，其根据所述设置/获取指示字段进行判断，若所述设置/获取指示字段指示为获取状态字操作，则根据所述开关状态字段生成所述反馈信号，否则判断所述控制状态字段与所述开关状态字段是否相同，若相同则根据所述开关状态字段生成所述反馈信号，否则根据所述控制状态字段生成所述控制命令。
所述控制器通过感应控制方式、触摸控制方式、网络通信控制方式、无线控制方式、声光控制方式、软件控制方式中的一种或几种对所述智能开关进行控制。
所述控制信号还包括校验和字段，所述智能开关根据所述校验和字段对其接收的所述控制信号进行检错操作。
所述智能开关还包括显示模块，用于显示所述智能开关的工作状态信息。
本发明还公开了一种智能开关多方式同步控制方法，如图5所示，所述方法包括以下步骤：
S1、控制器通过信号产生模块生成控制信号，并通过第一通信模块发送给智能开关；所述控制信号包括控制状态字段、设置/获取指示字段以及签名字段；所述设置/获取指示字段用于设置对所述智能开关进行设置操作或是获取状态字操作；所述签名字段用于对所述控制器进行身份标识；所述控制状态字段用于存储控制命令；
S2、所述智能开关对接收的所述控制信号进行解析，根据所述签名字段进行身份验证，若通过所述身份验证则转入步骤S3，否则丢弃对应的所述控制信号；
S3、所述智能开关从其记忆存储模块中提取开关状态字段，并解析所述控制信号中的设置/获取指示字段，若所述设置/获取指示字段指示为获取状态字操作，则将所述开关状态字段作为所述反馈信号进行反馈，否则转入步骤S4；
S4、所述智能开关解析所述控制信号中的控制状态字段，若所述控制状态字段与所述开关状态字段相同，则将所述开关状态字段作为所述反馈信号进行反馈，否则转入步骤S5；
S5、所述智能开关根据所述控制状态字段进行相应的操作，更新所述开关状态字段。
所述步骤S5还包括发送包含所述开关状态字段的反馈信号给所述控制器。
所述控制信号还包括校验和字段，所述智能开关根据所述校验和字段对其接收的所述控制信号进行检错操作。
所述控制信号包括控制器序列号，如图3所示，用于唯一标识一台控制器。所述控制器序列号和签名字段用于实现安全的控制，如果是触摸控制、温度控制等直接在智能开关上面操作的控制方式，控制器序列号和签名字段为空。所述控制信号还可以预留保留字段，用于以后进行扩展。
所述控制状态字段也就是控制命令，如果是简单的“开”“关”二相开关，则控制状态字段仅包含1个比特位即可，触摸控制方式的每次触摸控制相当于向开关发送了一个1比特信号。
所述设置/获取指示字段是一个比特位，“0”表示向智能开关发送控制命令，“1”表示获取智能开关当前的状态，该状态用“开关状态字段”表示，制器通过获取智能开关的“开关状态字”，就可以将智能开关当前的状态展示给用户。
所述控制器通过无线通信的方式与所述智能开关进行通信，例如控制器可以通过蓝牙、红外等无线方式或者网络方式与智能开关通信。控制器向智能开关发送控制信号，控制信号可以经过非接触的无线发送或者网络发送方式发送到智能开关，也可以是接触式的触摸控制等。对于非接触式的控制，它能实现更复杂的控制，代价是在控制器和智能开关两端都需要通信模块的支持。
图1是本发明的一个较佳实施例的一种智能开关多方式同步控制装置的结构示意图，智能开关允许有多种控制方式，例如图中所示的感应控制、触摸控制、网络控制、无线控制、声控光控和程序控制。其中感应控制、触摸控制和声控光控通常用于实现简单的二相控制，比如照明开关只有“开”和“关”两个状态，通过触摸就可以实现状态的反相。而终端控制(网络控制、无线控制)和程序控制则能实现复杂的控制，例如可以通过程序实现定时控制或者更为复杂的逻辑。智能开关通常会关联多个控制对象，因此使用终端能够实现非常方便的控制。例如使用遥控器或者移动设备上的应用来控制开关，这种非接触式的控制需要无线技术或者网络技术的支持。常用的无线控制技术有红外、蓝牙和wifi，由于这几种无线技术通信距离有限，因此只适用于在室内控制智能开关，而如果需要实现远程控制，则需要网络技术的支持。例如通过在移动设备上安装专门的应用程序，结合网络通信，就能随时随地监控开关的状态。不同的智能开关可能实现了上述控制方式中的多种，但并非齐全。相应的智能开关的基本构件也不是每样必备的。如果要能实现终端控制，则必须有通信模块和认证模块的支持；如果要实现程序控制，则需要在智能开关上安装固件或者软件(微程序)，并且需要微处理芯片和记忆存储功能。通常智能开关都会有显示器件以显示其当前的状态，例如最简单的指示灯。只能开关的接入电路将其接入到家居电路中，其输出电路和开关所控制的电器设备相连，而控制电路则能够接收信号并转化为相应的动作。
图2是本发明的一个较佳实施例的一种智能开关多方式同步控制方法的流程图，它的基本思想是通过反馈“开关状态字段”来保证各个控制终端的同步。例如一个简单的照明控制开关有“开”和“关”两种状态，它可以通过“触摸控制”和“终端控制”两种方式来控制，终端通过无线蓝牙来控制开关的状态。本方解决了多方式控制的同步问题。终端控制器通过通信模块(第一通信模块)向智能开关发送控制信号，把它的控制命令称为“控制状态字段”，例如简单的“开”“关”命令可以通过1bit信号表示，0表示“开”，1表示“关”，当智能开关关联的设备很多或者设备功能复杂时，就需要更多的比特来表示一个信号，这些信号比特就是“控制状态字段”。要实现安全的同步控制，控制信号中还应该包括其它字段，“控制器序列号”和“签名”用于身份认证，阻挡非法的控制器向智能开关发送控制命令，相应的，智能开关需要有认证模块用于对控制器进行身份认证。获取智能开关的“开关状态字段”，并解析“控制状态字段”，如果控制信号指示位为“获取”，则智能开关仅向控制器反馈它的“开关状态字段”，同步开关状态字，“开关状态字段”是表示开关所控制设备的状态的二进制序列；如果控制信号指示位为“设置”，则智能开关，比对“开关状态字段”和“控制状态字段”是否相同，若相同智能开关仅向控制器反馈它的“开关状态字段”，同步开关状态字，否则将根据控制器的“控制状态字段”通过控制电路控制它所关联的设备，同时将执行控制命令之后的“开关状态字段”反馈给控制器。通过反馈机制，实现了不同控制器的同步，让它们始终与智能开关的“开关状态字段”保持一致。
图4是本发明的一个较佳实施例的一种智能开关多方式同步控制装置进行签名加密的示意图。签名是为了实现安全的控制，防止智能开关受到非法控制器的控制，它使用公钥算法实现认证。M为原始的控制信号，H为哈希函数，控制器使用它的私钥密码PR加密H(M)并连接在原始控制信号的尾端形成最终要发送给智能开关的控制信号M|E(PR,H(M))，E表示加密的意思。智能开关收到控制信号之后，计算出H(M)并用控制器的公钥解密E(PR,H(M))，最后将H(M)和D(E(PR,H(M)))比较，如果相同，则通过认证，否则认为控制信号非法。D表示解密的意思，使用哈希函数H并且对H(M)进行签名是为了节省运算量。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种智能开关多方式同步控制装置，其特征在于，所述装置包括控制器和智能开关；
所述控制器包括：信号产生模块，用于产生控制信号；第一通信模块，用于发送所述控制信号给所述智能开关，并接收所述智能开关发送的反馈信号；其中，所述控制信号包括控制状态字段、设置/获取指示字段以及签名字段；所述设置/获取指示字段用于指示对所述智能开关进行设置操作或是获取状态字操作；所述签名字段用于对所述控制器进行身份标识；所述控制状态字段用于存储控制命令；
所述智能开关包括：记忆存储模块，用于存储其开关状态字段；
第二通信模块，用于接收所述控制信号、发送包含所述开关状态字段的反馈信号；
认证模块，用于根据所述签名字段进行身份验证；
微处理模块，用于根据所述控制状态字段、设置/获取指示字段生成控制命令或生成所述反馈信号；
控制电路，用于根据所述控制命令进行设置操作并更新所述开关状态字段。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微处理模块包括控制单元，其根据所述设置/获取指示字段进行判断，若所述设置/获取指示字段指示为获取状态字操作，则根据所述开关状态字段生成所述反馈信号，否则判断所述控制状态字段与所述开关状态字段是否相同，若相同则根据所述开关状态字段生成所述反馈信号，否则根据所述控制状态字段生成所述控制命令。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制器通过感应控制方式、触摸控制方式、网络通信控制方式、无线控制方式、声光控制方式、软件控制方式中的一种或几种对所述智能开关进行控制。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制信号还包括校验和字段，所述智能开关根据所述校验和字段对其接收的所述控制信号进行检错操作。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述智能开关还包括显示模块，用于显示所述智能开关的工作状态信息。
6.一种智能开关多方式同步控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、控制器通过信号产生模块生成控制信号，并通过第一通信模块发送给智能开关；所述控制信号包括控制状态字段、设置/获取指示字段以及签名字段；所述设置/获取指示字段用于设置对所述智能开关进行设置操作或是获取状态字操作；所述签名字段用于对所述控制器进行身份标识；所述控制状态字段用于存储控制命令；
S2、所述智能开关对接收的所述控制信号进行解析，根据所述签名字段进行身份验证，若通过所述身份验证则转入步骤S3，否则丢弃对应的所述控制信号；
S3、所述智能开关从其记忆存储模块中提取开关状态字段，并解析所述控制信号中的设置/获取指示字段，若所述设置/获取指示字段指示为获取状态字操作，则将所述开关状态字段作为所述反馈信号进行反馈，否则转入步骤S4；
S4、所述智能开关解析所述控制信号中的控制状态字段，若所述控制状态字段与所述开关状态字段相同，则将所述开关状态字段作为所述反馈信号进行反馈，否则转入步骤S5；
S5、所述智能开关根据所述控制状态字段进行相应的操作，更新所述开关状态字段。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S5还包括发送包含所述开关状态字段的反馈信号给所述控制器。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述控制信号还包括校验和字段，所述智能开关根据所述校验和字段对其接收的所述控制信号进行检错操作。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述控制器通过无线通信的方式与所述智能开关进行通信。
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