CN104898443A - 一种基于电力载波的网关与智能家电终端及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电力载波的网关与智能家电终端及其实现方法，设置有网关，所述网关通过低压电力载波模块与多个智能家电终端通信；智能家电终端采集家用电器的运行参数并发送给网关，同时从网关接收的指令下传给家电执行；网关将所述智能家电终端发送来的数据进行编码、压缩、打包后通过外网上传至远程数据库，同时还将远程终端发送来的指令下传给智能家电终端处理。本发明提供的基于电力载波的网关与智能家电终端及其实现方法，由网关与多个智能家电终端构成，网关与家电终端通过电力载波通信方式组网；对家用电器的远程监控、管理及维护具有重要意义。

Description

一种基于电力载波的网关与智能家电终端及其实现方法

技术领域

本发明属于通讯电子设备技术领域，尤其涉及一种基于电力载波的网关与智能家电终端及其实现方法。

背景技术

家用电器已经深入到千家万户。随着计算机技术、通讯技术、自动控制技术以及家用电器本身的发展，家电制造商迫切需要降低成本，提升服务的内容与质量。计算机、网络和通讯技术的成熟为此创造了条件。目前互联网与GPRS网络已基本覆盖了绝大部分社区，为智能家电的远程监测、控制与维护奠定了基础，同时也为家电生产厂家和互联网公司提供了新的拓展领域。例如，智能家电作为用户数据采集与远程控制终端，可以提供多种重要数据，并远程执行用户与管理者的指令，这样不但可以帮助家电制造商节省检测与维修成本，提高用户粘度，增加竞争力，同时还有多方面的应用。为了将家用电器与外部数据库与应用终端进行有效联接，人们采取了多种通信网络与通信系统，包括：红外、蓝牙、双绞线、同轴电缆、电力线、电话线、WLAN、ADSL等。然而如何将不具备网络接口的家电以较低的成本和更高的易实施性方式连接到网络，从而实现家电的远程监测、管理与维护，成为目前的研究热点。在家电联网过程中，无需布线、易安装调试、运行维护量较小成为通信方式选择的基本条件。能满足这一要求的通信方法有低压电力线载波和微功率无线通信方式两种。其中低压电力线载波通信是指利用变压器低压侧的电力线作为通信介质，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。该项技术具有数据保密性好、带宽大，更适合家电的网络化改造。低压电力线载波通信方式分两种，即低压窄带电力线载波技术与宽带电力线载波技术。窄带电力线通信技术的工作频率范围为3～500kHz，传输距离可达10km以上，传输速率为150-2400bps。相比之下，低压宽带电力线载波的工作频率范围更高，达到了1～40MHz，有效避开了低频干扰，可实现MHz的数据传输速率。由于低压电力线上的高频信号传输衰减快，所以低压宽带电力线载波通信的可靠传输距离是在200～300m。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于电力载波的网关与智能家电终端及其实现方法，旨在解决传统智能家电网络工程实施难度较大、远程控制困难、网络带宽受限的问题。

本发明是这样实现的，一种基于电力载波的网关与智能家电终端，所述基于电力载波的网关与智能家电终端设置有网关，所述网关通过低压电力载波模块与智能家电终端通信；

所述智能家电终端，用于采集家用电器的运行参数并发送给网关，同时从网关接收的指令下传给家电执行；

所述网关，用于将所述智能家电终端发送来的数据进行编码、压缩、打包后通过外网上传至远程数据库，同时还将远程终端发送来的指令下传给智能家电终端处理。

进一步，所述网关包括：

MCU控制系统，用于管理第一电力载波模块与远程数据发送模块，并将收到的数据进行编码、压缩与打包；

存储器，用于缓存从智能家电终端发来的数据，并对打包好的数据进行临时存储，还用于缓存远程终端发送来的指令；

第一电力载波模块，用于与智能家电终端的第二电力载波模块进行组网，建立数据上传通道与指令下传通道；

数据远程发送模块，用于将打包好的数据通过外部Internet或GPRS网络上传至远程数据库。

进一步，所述数据远程发送模块包括Lan/Wan模块、Wifi模块与GPRS模块。

进一步，所述智能家电终端包括：

身份识别模块，用于产生身份识别信息，进行标识，标识所连接的家用电器身份；

第二电力载波模块，用于与所述网关的第一电力载波模块进行组网，建立数据上传通道与指令下传通道；

数据采集模块，用于采集多个数据通道上的信息，并按照一定数据格式进行编码；

数据通道模块，用于采集家电的电流、电压、功率、温度、湿度、照度、声音等信号，并进行DA转换，供数据采集模块采集；同时还可以将网关下发的指令信号进行DA转换，驱动家电电流、电压和功率按照指令进行改变；

进一步，所述数据通道模块包含传感器与AD/DA转换模块与驱动模块，不同的数据通道具有不同的传感器，传感器包括电流、电压、功率、温度、湿度、照度、声音。

本发明的另一目的在于提供一种基于电力载波技术的网关与智能家电终端的实现方法，所述基于电力载波技术的网关与智能家电终端的实现方法包括：

系统启动后，首先进行初始化，系统配置内网与外网模块，配置完成后分别连接外网IP端口与内网的智能家电终端模块；

外网连接成功，则通过外网查询有无合法HTTP请求，有合法HTTP请求，则根据指令向远程IP端口上传数据，或从远程IP端口下载指令；指令下载到网关后，进行解码与缓存；内网连接成功，则从智能家电终端读取数据，并根据既定格式对数据进行编码、压缩与缓存；

然后查询有无缓存的外网指令，存在外网指令，则根据解码结果将指令通过内网下传给智能家电终端执行，并将执行结果缓存，等外网连接建立后发会给相应的外网IP端口。

本发明提供的基于电力载波的网关与智能家电终端及其实现方法，该系统采用低压宽带电力载波技术进行家庭内部的网关与智能家电终端组网，工程实施非常方便，由于带宽资源丰富，支持一个网关对多个智能家电终端组网，可实现家庭内部多个家电多参数的监控与管理；网关将远程数据库和智能终端与家电终端隔离开来，可以下载并缓存外网传来的指令，同时具有独立监控智能家电终端工作状态的功能，能采集并缓存智能家电终端的相关参数，保证外网连接失效时智能家电数据的完整性；智能家电终端安装方便，具有多种通用传感器，可匹配常见家用电器并采集相关参数；智能家电终端具有身份识别模块，保证了数据和指令信息的准确指向性，同时由于智能家电终端具有驱动功能，实现了智能家电的远程控制。此外，本发明由网关与多个智能家电终端构成，网关与家电终端通过电力载波通信方式组网；对家用电器的远程监控、管理及维护具有重要意义。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于电力载波技术的网关与智能家电终端结构示意图；

图中：1、网关；1-1、远程数据发送模块；1-2、MCU控制系统；1-3、第一电力载波模块；1-4、存储器；2、智能家电终端；2-1、第二电力载波模块；2-2、数据采集模块；2-3、身份识别模块；2-4、数据通道模块；

图2是本发明实施例提供的基于电力载波技术的网关与智能家电终端的实现方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明基于电力载波技术的网关与智能家电终端，网关1是用于管理智能家电终端，是系统的控制中心，网关1通过外网与远程云服务器或智能终端连接，将智能家电终端2采集的数据进行缓存并上传，同时接收远程智能终端的指令，并将其下传给智能家电终端2执行，智能家电终端是2该系统的节点，用于与具体家电相连结，采集家电的相关运行信息，包括温度、湿度、工作电流、工作电压等数据，将这些数据上传给网关1，智能家电终端2接收到网关1下发的指令后，对其进行解释和执行，网关1与智能的智能家电终端2之间的通信网络是通过第一低压电力载波模块1-3和第二低压电力载波模块2-1实现的。

下面结合附图1和2及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

网关1的MCU控制系统1-2采用西门子ERTEC 400处理器，该以太网控制器基于ARM 9处理器，并集成有IRT交换机功能，可满足对实时性、总线形拓扑结构以及IT系统集成等各项要求，同时ERTEC 400带有4个集成端口和一个集成PCI接口，可根据网络组件与现场设备的通信要求进行进一步开发，ERTEC 400全面支持实时(RT)和等时同步(IRT)通信，全面支持I/O数据实时通信和开放式TCP/IP通信，支持对时间要求严格的IRT通信，还支持大容量Flash存储器和外挂硬盘，完全能满足本发明中的网关对上传数据和下传指令的缓存需要。

网关1与智能家电终端2的第一低压电力载波模块1-3和第二低压电力载波模块2-1均采用DRF-2203电力线载波通信模块，该模块采用IT800Y电力线载波芯片，利用DCSK扩频调制和Y-NET自动组网技术，实现了超强的电力线通信性能，同时具有开放接口，即插即用，快速实现点到点通信和点到中心的通信；其数据接口为RS232/485/USB接口，数据接口波特率可设，调试接口为RS232，载波频率为100kHz～400kHz，数据传输率为7.5kbps/5kbps/2.5kpbs(自适应)，可实现点对点、(多)终端对数据中心的通信，同时还支持自定义组网与广播式通信，智能家电终端2的身份识别模块2-3采用RFID芯片，MCU控制系统1-3采用MSP430F149单片机，数据采集模块2-2与数据通道模块2-4包含传感器与AD/DA转换器与驱动电路，不同的数据通道具有不同的传感器，传感器包括电流、电压、功率、温度、湿度、照度、声音等。在单片机的控制下，数据采集模块2-3通过数据通道采集信息，并按照给的数据格式进行编码。

网关1采用Android操作系统，底层是Linux-2.6.27系统。该操作系统控制着整个系统硬件的正常运行和事件处理。该系统的网关1与智能家电终端2是一个相对比较复杂的系统，涉及到较大量数据的处理与保存。基于这一特点，本系统设计了一个嵌入式Web服务器，用于存储和查看各种数据，这个服务器的设计关键技术是如何实现外网与网关之间以及网关与智能家电终端之间通信，进而实现通过外网设备，监控家庭中的智能家电。基于系统的资源与实用性，本系统选择了一种可用于多种平台小型Web服务器BOA，该服务器可以自己解压文件并生成目录，并通过建立HTTP请求列表处理多个HTTP连接请求。其CGI(通用网关界面)新建进程由用户发起，应用程序是用Java语言编写，易于编程，适用于嵌入式系统。

本发明的软件流程如图2所示，系统启动后，首先进行初始化，启动系统软件并配置内网与外网模块，配置完成后分别连接外网IP端口与内网的智能家电终端模块；如果外网连接成功，则通过外网查询有无合法HTTP请求，如果有合法HTTP请求，则根据指令向远程IP端口上传数据，或从远程IP端口下载指令；指令下载到网关后，进行解码与缓存；如果内网连接成功，则从智能家电终端读取数据，并根据既定格式对数据进行编码、压缩与缓存；然后查询有无缓存的外网指令，如果存在外网指令，则根据解码结果将指令通过内网下传给智能家电终端执行，并将执行结果缓存，等外网连接建立后发会给相应的外网IP端口。

程序编写和编译调试采用Ubuntu-12.04-desktop-i386和windows7系统，硬件平台采用S3C2440开发板硬件仿真器和调试器分别为Openjtag和Jlink。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于电力载波的网关与智能家电终端，其特征在于，所述基于电力载波的网关与智能家电终端设置有网关，所述网关通过低压电力载波模块与多个智能家电终端通信；

所述智能家电终端，用于采集家用电器的运行参数并发送给网关，同时从网关接收的指令下传给家电执行；

所述网关，用于将所述智能家电终端发送来的数据进行编码、压缩、打包后通过外网上传至远程数据库，同时还将远程终端发送来的指令下传给智能家电终端处理。

2.如权利要求1所述的基于电力载波的网关与智能家电终端，其特征在于，所述网关包括：

MCU控制系统，用于管理第一电力载波模块与远程数据发送模块，并将收到的数据进行编码、压缩与打包；

存储器，用于缓存从智能家电终端发来的数据，并对打包好的数据进行临时存储，还用于缓存远程终端发送来的指令；

第一电力载波模块，用于与智能家电终端的第二电力载波模块进行组网，建立数据上传通道与指令下传通道；

数据远程发送模块，用于将打包好的数据通过外部Internet或GPRS网络上传至远程数据库。

3.如权利要求2所述的基于电力载波的网关与智能家电终端，其特征在于，所述数据远程发送模块包括Lan/Wan模块、Wifi模块与GPRS模块。

4.如权利要求1所述的基于电力载波的网关与智能家电终端，其特征在于，所述智能家电终端包括：

身份识别模块，用于产生身份识别信息，进行标识，标识所连接的家用电器身份；

第二电力载波模块，用于与所述网关的第一电力载波模块进行组网，建立数据上传通道与指令下传通道；

数据采集模块，用于采集多个数据通道上的信息，并按照一定数据格式进行编码；

数据通道模块，用于采集家电的电流、电压、功率、温度、湿度、照度、声音等信号，并进行DA转换，供数据采集模块采集；同时还可以将网关下发的指令信号进行DA转换，驱动家电电流、电压和功率按照指令进行改变。

5.如权利要求4所述的基于电力载波的网关与智能家电终端，其特征在于，所述数据通道模块包含传感器与AD/DA转换模块与驱动模块，不同的数据通道具有不同的传感器，传感器包括电流、电压、功率、温度、湿度、照度、声音。

6.一种基于电力载波技术的网关与智能家电终端的实现方法，其特征在于，所述基于电力载波技术的网关与智能家电终端的实现方法包括：

系统启动后，首先进行初始化，系统配置内网与外网模块，配置完成后分别连接外网IP端口与内网的智能家电终端模块；

外网连接成功，则通过外网查询有无合法HTTP请求，有合法HTTP请求，则根据指令向远程IP端口上传数据，或从远程IP端口下载指令；指令下载到网关后，进行解码与缓存；内网连接成功，则从智能家电终端读取数据，并根据既定格式对数据进行编码、压缩与缓存；

然后查询有无缓存的外网指令，存在外网指令，则根据解码结果将指令通过内网下传给智能家电终端执行，并将执行结果缓存，等外网连接建立后发会给相应的外网IP端口。