CN104811374A - 一种基于IPv4/IPv6协议转换及智能终端控制功能的家庭智慧网关 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种家庭网络控制设备，尤其涉及一种基于IPv4/IPv6协议转换及智能终端控制功能的家庭智慧网关。所述的智慧网关以ARM处理器作为主控制器，还包括协议转换模块，实现IPv4协议数据和IPv6协议数据的双向转换。路由模块，设置有1路ADSL接口和6路以太网接口，支持五种宽带接入方式。设置无线和有线通信模块，所述的无线通信模块，智慧网关通过无线和有线方式与设置有无线或有线通信模块的家用电器建立互联，其中有线网络采用IPv6、CAN总线、RS485总线通信方式互联，无线网络采用WIFI、Zigbee、GPRS通信方式互联。为用户提供对家庭智能终端设备的远程控制功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种家庭网络控制设备，尤其涉及一种基于IPv4/IPv6协议转换及智能终端控制功能的家庭智慧网关。
背景技术
在智慧家居系统中，家庭智慧网关是家庭局域网的核心组成部分，主要完成家庭内部网络各种不同通信协议之间的转换和信息共享，以IPv4与IPv6协议转换为主。同时智慧网关完成与外部通信网络之间的数据交互功能，以及对家庭智能设备的管理和控制。目前市面上的网关设备普遍仅具备路由功能，尚未具备协议转换功能及智能终端控制功能。就通信技术而言，IPv6通信协议在数据传输速率、IP地址容量及数据保密性上远超过IPv4协议。国内家庭智慧网关研发起步晚，使用的操作系统普遍仍然都是Linux系统或者是WINCE系统，能够访问网关的设备类型有限，网关设备的兼容性低。
发明内容
本发明的目的是解决目前家庭网关功能单一，同时无法实现协议转换及智能终端控制的问题，设计了一种基于IPv4/IPv6协议转换及智能终端控制功能的家庭智慧网关。该智慧网关实现家庭网络接入互联网之前的IPv4/IPv6的协议转换，同时为用户提供对家庭智能终端设备的远程控制功能。
本发明的设计方案如下：一种基于IPv4/IPv6协议转换及智能终端控制功能的家庭智慧网关，所述的智慧网关以ARM处理器作为主控制器，具备网络控制、电话语音引导、代码控制、短信控制、无线遥控控制等多种控制方式，实现对包括空调、灯光、窗帘、电视等智能终端设备的控制。所述的智慧网关还包括以下模块。
协议转换模块，与ARM处理器连接，该模块由双向IPv4、IPv6数据缓存区，数据格式转换区组成，实现IPv4协议数据和IPv6协议数据的双向转换。
路由模块，与ARM处理器连接，设置有1路ADSL接口和6路以太网接口，通过该模块使智慧网关能够支持PPPOE、动态IP，静态IP，PPTP和L2TP五种宽带接入方式。
RFID射频模块，与ARM处理器连接，外部连接两根全向天线。
通信模块，与ARM处理器连接，设置无线和有线通信模块，所述的无线通信模块，包括有WIFI通信模块、GPRS通信模块，所述的有线通信模块，包括CAN通信模块，RS485通信模块，Zigbee通信模块和以太网通信模块，各通信模块独立与ARM处理器连接，实现通信功能。
触屏控制模块，与ARM处理器连接，采样外接的触摸屏输入信号，并转换为ARM处理器可识别的输入信号。
液晶显示器模块，与MCU处理器连接，用于显示控制状态信息。
SD卡模块，与ARM处理器连接，外部连接Micro SD卡插槽，连接存储卡。
语音输出模块，通过SPI接口与ARM处理器连接，实现语音输出。
所述的CAN通信模块，通过CAN总线与外设传感器或终端节点进行通信连接。
所述的Zigbee通信模块，通过Zigbee总线与外设传感器或终端节点进行无线通信连接。
所述的RS485通信模块，通过RS485总线与外设传感器或终端节点进行通信连接。
所述的智慧网关通过无线和有线方式与设置有无线或有线通信模块的家用电器建立互联，其中有线网络采用IPv6、CAN总线、RS485总线通信方式互联，无线网络采用WIFI、Zigbee、GPRS通信方式互联。家庭智慧终端数据及网络数据通过智慧网关的协议转换模块，与运营商网络和智慧小区局域网实现网络交换。同时具备无线网络交换功能，能够通过3G或4G网络使数据接入互联网。
智慧网关作为核心接入设备，支持多种总线接口，如电力载波、无线技术、RS-485、以太网、LonWorks等现场总线；支持Zigbee、WIFI和IrDA等无线通信方式。同时可满足网络终端设备通过智慧主机用有线或无线的方式访问Internet网络，使家庭中智慧终端基于IPv6协议的数据能够以IPv4协议接入网络中，同时为用户提供对家庭智能终端设备的远程控制功能。
附图说明
图1为智慧网关的结构示意图。
图2为智慧网关与电器终端的组网示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和说明书附图对本发明作进一步说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：一种家庭智慧网关，如图1所示，所述的智慧网关，由ARM处理器作为主控制器，ARM处理器分别连接有路由模块，IPv4/IPv6协议转换模块，SD卡模块，语音提示模块，RFID射频模块、触屏控制模块，液晶显示器模块，和多种无线和有线通信模块。
路由模块，上联端口包括1个ADSL接口，下联端口包括6个10/100Mbps端口，包括2个USB2.0接口。具备1个互联网响应指示灯，各个下联端口具备一个相应的连接指示灯，当链接建立时指示灯亮起。
IPv4/IPv6协议转换模块，本模块由双向IPv4、IPv6数据缓存区，数据格式转换区组成。来自互联网的基于IPv4协议的数据与来自智慧小区内部的基于IPv6协议的数据，首先分别存储在IPv4/IPv6数据缓存区中，随后经过DNS拦截、报头添加/删除、帧格式转换等步骤后发送至网络。
RFID射频模块，外部连接有两根全向天线，传输速率不低于800Mbps，频率范围为双频2.4GHz～5GHz。
触屏控制模块，连接有触摸屏，用户通过触摸屏实时查看当前连接智慧网关的设备及其连接情况，能够对网关进行基本的操作设置，如端口限速、端口开关、智能终端开关、无线网络设置等。其构成触摸屏的这块玻璃平板只是一块纯粹的强化玻璃，区别于其它触摸屏技术是没有任何贴膜和覆盖层。玻璃屏的左上角和右下角各固定了竖直和水平方向的超声波发射换能器，右上角则固定了两个相应的超声波接收换能器。玻璃屏的四个周边则有45角由疏到密间隔非常精密的反射条纹。
SD卡模块，内置Micro SD卡插槽，用户也可以自己扩展其它存储卡插槽，支持各有类SD、MMC卡。通过该模块可直接进行对智慧网关相关操作的记录，如目录遍历、目录创建、目录删除、文件创建、文件删除、文件修改、卡格式化等标准文件系统操作。
语音提示模块，本模块采用ISD1700系列芯片的1760芯片为主，外加对应的外围电路实现对操作信息的提示功能。当用户在智慧网关上进行按键操作时，通过SPI接口，发出信号来实现对应语音的提示。
无线通信模块，包括Zigbee通信模块，GPRS通信模块，WIFI通信模块。
Zigbee通信模块，本模块用以与家庭中具备Zigbee模块的智能终端进行互联，结合智能家居系统中传感器数据的采集以及控制命令的执行都无需很大的数据量的特点，采用80C51内核的CC2530芯片。WIFI通信模块，其信号覆盖范围不低于100平方米，传输速率不低于11Mbps。
有线通信模块，包括CAN通信模块，以太网通信模块，RS485通信模块。
CAN通信模块，用于照明灯光系统的熄灭和点亮控制等，本模块采用MCP2510芯片，支持CAN总线V2.0A和V2.0B技术规范，通信速率为1Mb/s。
以太网通信模块，采用与10M以太网相同的帧格式、帧结构、网络协议、全/半双工工作方式、流控模式以及布线系统，可与其他10M或100M的以太网在网络上友好兼容。
RS-485数据电缆是用于多点间的通信。家庭智能设备可以通过一条信号电缆来连接，RS-485数据电缆可以在2.5MB/s的速度下传送1200米，用于以有线连接的方式构建室内传感器网络，如温/湿度传感器，红外动静传感器等，各个传感器节点通过RS485连接。
如图2所示，智慧网关作为智慧家居核心接入设备与家庭中智能电器和传感器，如智能电视、智能冰箱、智能空调、智能窗帘、智能开关及智能插座、温湿度传感器、红外线传感器、气体传感器、音/视频传感器和光线传感器等家用电器采用有线无线两种方式互联，其中有线网络采用IPv6、CAN总线、RS485等方式互联，无线网络采用WIFI、Zigbee、4G等方式互联。同时通过IPv4/IPv6协议转换模块，使家庭中智慧终端基于IPv6协议的数据能够以IPv4协议接入网络中，将家庭中智慧终端通过智慧网关与互联网进行通信连接，可实现用户远程控制和远程报警等功能，用户也可以通过智慧网关自带的触摸屏进行手动操作设置。该智慧网关功能更加丰富，兼容性更强。
Claims (5)
1.一种基于IPv4/IPv6协议转换及智能终端控制功能的家庭智慧网关，所述的智慧网关以ARM处理器作为主控制器，其特征在于，还包括有：
协议转换模块，与ARM处理器连接，该模块由双向IPv4、IPv6数据缓存区，数据格式转换区组成，实现IPv4协议数据和IPv6协议数据的双向转换；
路由模块，与ARM处理器连接，设置有1路ADSL接口和6路以太网接口，通过该模块使智慧网关能够支持PPPOE、动态IP，静态IP，PPTP和L2TP五种宽带接入方式；
RFID射频模块，与ARM处理器连接，外部连接两根全向天线；
通信模块，与ARM处理器连接，设置无线和有线通信模块，所述的无线通信模块，包括有WIFI通信模块、GPRS通信模块，所述的有线通信模块，包括CAN通信模块，RS485通信模块，Zigbee通信模块和以太网通信模块，各通信模块独立与ARM处理器连接，实现通信功能；
触屏控制模块，与ARM处理器连接，采样外接的触摸屏输入信号，并转换为ARM处理器可识别的输入信号；
液晶显示器模块，与MCU处理器连接，用于显示控制状态信息；
SD卡模块，与ARM处理器连接，外部连接Micro SD卡插槽，连接存储卡；
语音输出模块，通过SPI接口与ARM处理器连接，实现语音输出。
2.根据权利要求1所述的一种基于IPv4/IPv6协议转换及智能终端控制功能的家庭智慧网关，其特征在于，所述的CAN通信模块，通过CAN总线与外设传感器或终端节点进行通信连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于IPv4/IPv6协议转换及智能终端控制功能的家庭智慧网关，其特征在于，所述的Zigbee通信模块，通过Zigbee总线与外设传感器或终端节点进行无线通信连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于IPv4/IPv6协议转换及智能终端控制功能的家庭智慧网关，其特征在于，所述的RS485通信模块，通过RS485总线与外设传感器或终端节点进行通信连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于IPv4/IPv6协议转换及智能终端控制功能的家庭智慧网关，其特征在于，所述的智慧网关通过无线和有线方式与设置有无线或有线通信模块的家用电器建立互联，其中有线网络采用IPv6、CAN总线、RS485总线通信方式互联，无线网络采用WIFI、Zigbee、GPRS通信方式互联。
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