CN104914817A - 一种基于家用仪表的智能家居中控控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于家用仪表的智能家居中控控制系统及方法，设置有：微控制单元、外网链接模块、外网链接控制模块、内网链接模块、内网链接控制模块、显示器、内嵌传感器、外接传感器接口、从仪表取电单元、家用仪表测量单元；具有更丰富的内网与外网链接方式，可供智能家电模块与各种电器设备通过多种有线与无线方式与其组成内部智能家居网络，并再通过多种有线与无线方式与外部网络相链接，上、下传数据与指令。本发明还设置有多种内嵌传感器与外接传感器接口，可与智能家庭、技防、安防传感器相链接，供远程管理与数据上、下载。

Description

一种基于家用仪表的智能家居中控控制系统及方法

技术领域

本发明属于智能家居技术领域，尤其涉及一种基于家用仪表的智能家居中控控制系统及方法。

背景技术

近年来随着电子信息通讯技术和计算机控制技术的发展，人们对工作和生活环境的安全性、舒适性以及高效性要求不断提高，从而促成了智能家居的诞生。

智能家居最开始被定义为：将家庭中各种跟信息有关的通信设备、家用电器和安防设备通过HBS(Home Bus System,家庭总线技术)连接到家庭智能系统上进行集中监视、控制和管理，以保持住宅环境的舒适、安全与和谐；物联网的出现为智能家居技术带来了全新的解决方案。物联网主要是把局域传感网络和目前发展已经十分成熟的互联网连接在一起，从而实现对被感知物体的监测和控制，现有技术中也有将物联网定义为通过各种信息传感设备、装置和技术，实时采集所有需要监控、连接、互动的物体和过程，采集其光、声、热、电、力学、生物、化学、位置等各种人们需要的信息，再结合互联网形成一个巨大的网络，以实现物体与物体，物体与人、物品与网络之间的连接，方便识别、管理和控制；随着3G技术的发展和三网融合政策的大力推行，基于物联网的智能家居网络变成了智能家居的主流。

虽然智能家居技术是一个新兴的概念，而且刚处于起步的阶段，但是它的市场前景已经被很多大公司一致看好，它们陆续成立了研究智能家居技术的子公司；从小规模的产品如很小体积的支持流媒体和各种视频格式的网络浏览器，到较大规模的智能家居系统，各种智能家居产品相继问世，给人们的生活带来了极大的方便。现代智能家居系统一般可以分为内网、外网和网关三部分。其中内网是负责连接各种家电和其它设施的局域网，外网功能是实现远距离传输。网关的作用是连接内网和外网，实现外网对内网的控制。网关是整个系统的核心部件，负责接收采集节点和内、外网发送的数据，并根据要求对这些数据进行处理和发送。

在国内，经过十余年的发展，智能家居技术正在走向成熟；随着人们生活水平的提高，家用电器越来越智能化，具有良好接入能力和强大功能的智能家居中控系统就成为智能家居的关键，对智能家居、智能家电以及家庭互联网经济的推广具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于家用仪表的智能家居中控控制系统及方法，旨在解决现有的智能家居中控系统存在的内网与外网链接方式单一、通讯协议不同、数据格式各异，既难以与家庭内部的设备灵活组网，又难以在不同通讯条件下将数据进行远程传输的问题。同时也解决了现有的智能家居网关无法与现有家用仪表如电表、燃气表、水表和热力表等有效结合，因此在实际中难以推广的问题。

本发明的基于家用仪表的智能家居中控控制系统设置有：

微控制单元，用于通过多种通信模式和通信端口进行软件配置和模块配置与参数设置，并进行数据及指令上、下传，有利于促进对智能家居、智能家电的实用化与普及化；

外网链接模，与微控制单元通过无线或有线方式连接，用于实现与远程设备或者云端服务器的连接；

包括：Wifi模块、GPRS模块、2G模块、3G模块、4G模块、5G模块、LAN/WAN模块和电力载波模块等，可通过外部Wifi网络、通讯运营商网络、网络运营商网络和电力载波网络进行通讯，与云服务器、远程计算机、智能终端通信；

外网链接模采用模块化的设计，可根据不同需要配置不同的内网与外网通信模块；有利于软件系统的开发、维护和更新；

内网链接模块，与微控制单元通过无线或有线方式连接，实现与智能家电、智能传感器、智能模块、智能终端进行组网，采集并存储相应的数据；

包括：Zigbee模块、433MHz模块、蓝牙模块、红外通讯模块、白光通信模块和多种有线通讯模块；

内网链接模块具有通过多种无线和有线方式与家用智能仪表、智能家电、智能终端等组网的功能，最大限度实现了组网方式的灵活性与通用性；

外网链接控制模块，与外网链接模块连接，用于控制微控制单元与外网链接模块的开启与关闭，实现外网模块配置与参数设置功能；

显示器，与微控制单元通过排线连接，用于显示智能家居中控系统的运行状态、采集与传输的数据与指令信息，方便进行系统的参数设置和运行状态监测；

内嵌传感器，嵌入在微控制单元内部，用于提供温度、湿度、可燃气体、有害气体、声音、图像数据，可实现现有家庭安防与技防系统的功能；

外接传感器接口，与微控制单元通过导线连接，用于实现外与部传感器的连接，方便将已有的智能传感器终端作为外设使用，构成新的家庭安防与技防系统；

内网链接控制模块，与内网链接模块连接，用于控制微控制单元与内网链接模块的开启与关闭，实现内网模块配置与参数设置功能；

从仪表取电单元，可与微控制单元通过导线连接，从电表、燃气表、热力表和水表等家用仪表取电，也可使该系统与现有的家用仪表结合，构成家用仪表式智能家居中控系统，解决了现有的智能家居网关无法与家用必用仪表如电表、燃气表、水表和热力表等有效结合的问题，有利于该系统在实际使用中的推广；

家用仪表测量单元，与微控制单元通过导线连接，可实时采集电表、燃气表、热力表和水表等现有家用智能仪表的数据，上传到微控制单元，供远程下载与调用。

本发明实施例的还提供了基于家用仪表的智能家居中控控制方法包括：

用户通过外网与内网登录后系统，并根据权限进行参数设定和内、外网组网与数据读取；

自动定时向从内网终端、内嵌传感器、外接传感器接口发送指令数据采集指令，得到数据后对数据进行AD/DA转换，并按照预定格式进行编码、压缩，最后缓存到数据存储器中；

接到合法外网终端或登录用户的数据读取指令后，开放数据存储器读取，数据存储器写满后，自动覆盖时间最早的数据，接收到外网终端发送来的指令后，根据预定方式将解码并执行，将终端名、指令与执行结果共同记录在指令执行记录文件中，指令执行结果发送给相应终端。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于家用仪表的智能家居中控控制系统结构示意图；

图2是本发明实施例提供的基于家用仪表的智能家居中控控制方法流程图；

图中：1、微控制单元；2、外网链接模块；3、内网链接模块；4、外网链接控制模块；5、显示器；6、内嵌传感器；7、外接传感器接口；8、内网链接控制模块；9、从仪表取电单元；10、家用仪表测量单元。

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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

如图1所示，本发明实施例的基于家用仪表的智能家居中控控制系统主要包括：微控制单元(MCU)1、外网链接模块2、内网链接模块3、外网链接控制模块4、显示器5、内嵌传感器6、外接传感器接口7、内网链接控制模块8、从仪表取电单元9、家用仪表测量单元10；

微控制单元1，用于通过多种通信模式和通信端口进行软件配置和设置模块与参数配置，并进行数据及指令上、下传，对智能家居、智能家电的实用化与普及化具有重要意义；采用ARM Cortex-A8处理器，处理器基于ARM V7指令架构,处理器复杂的流水线架构基于双对称结构，顺序发射的13级流水线具有先进的动态分支预测，可实现2.0DMIPS/MHz，10级NEON媒体流水线，专用的L2缓存，带有可编程的等待状态，支持多项与L3存储器之间的未完成事务，运行速度可以达600MHz至1GHz，功耗在300mW以下，用户可通过外网或内网链接该设备，并对其运行状态参数进行设置；

外网链接模块2，与微控制单元(MCU)1通过无线或有线连接，用于实现与远程设备或者云端服务器的连接；包括：Wifi模块、GPRS、2G模块、3G模块、4G模块、5G模块、LAN/WAN模块和电力载波模块等，可通过外部Wifi网络、通讯运营商网络、网络运营商网络和电力载波网络进行通讯，与云服务器、远程计算机、智能终端通信；采用模块化的设计，可根据不同需要配置不同的内网与外网通信模块；既有利于软件系统的开发、维护和更新，这些模块的软件之间有很强的相似性，任意一个模块的修改不会影响到其他的模块的功能。

如图2所示，本发明实施例的还提供了基于家用仪表的智能家居中控控制方法包括：

用户通过外网与内网登录后系统，并根据权限进行参数设定和内、外网组网与数据读取；

自动定时向从内网终端、内嵌传感器、外接传感器接口发送指令数据采集指令，得到数据后对数据进行AD/DA转换，并按照预定格式进行编码、压缩，最后缓存到数据存储器中；

接到合法外网终端或登录用户的数据读取指令后，开放数据存储器读取，数据存储器写满后，自动覆盖时间最早的数据，接收到外网终端发送来的指令后，根据预定方式将解码并执行，将终端名、指令与执行结果共同记录在指令执行记录文件中，指令执行结果发送给相应终端。

此外，根据不同需求配置出来的智能家居中控系统的功能基本相同，经过简单的修改就能满足其它不同需求的情况。

从普通家用电表取点，用220V交流电给智能家居中控系统供电，在电路板上需要给传感器、数据采集模块、内网通信模块与外网通信模块供电，需要将220V交流电转到3.3V使用，因此选用了SP-220-3.3开关电源，输出电压3.3V，输出电流最高可达40A，能够满足网关节点的需要。

本发明中的LAN接口以太M控制芯片选用CS8900A芯片，作用是负责物理层数据的收发，隔离变压器选择E2023，它的作用是实现系统与网络的隔离。选用CC2430作为ZigBee模块的核心芯片，它内部集成了8051微控制器器，功能强大，具有很高的接收灵敏度和很强的抗干扰能力，工作电压为2.0-3.6V。

本发明选用的GSM模块为TC35GSM模块，TC35是一款双频900/1800MHZ高度集成的GSM模块，它体积小、功耗低，GSM模块与MCU的互连通过ZIP接口实现；

Zigbee模块采用基于Ember ZigBee芯片开发的一款低成本、高性能、基于IEEE 802.15.4-2003标准的2.4GHZ ISM频段的ZigBee网络协议收发模块HPZB01，该模块的发射功率可达+8dBm；433MHz通讯模块采用433Mhz高效无线透传组网模块；红外收发模块采用HSDL7001+HSDL3201数据收发模块。电力载波模块采用SENS-01嵌入式电力线载波通讯模块(PLT)，提供半双工通信功能，可以在220V/110V，50/60Hz电力线上实现局域通信，为用户提供了透明的数据传输通道，数据传输与用户协议无关，由用户数据传输，SENS-01模块包括了所有的电源220V降压、载波耦合等外围复杂电路，还可以提供5V电源给用户的设备，波特率可选600,1200,2400,4800,9600或19200bps，具有TTL电平接口，可以直接与单片机的RXD、TXD连接完成数据从串口到载波的透明转发。多个SENS-01嵌入式电力线载波模块可以连接在同一条电力线上，在主从通信模式下，模块分别单独工作，不会相互影响。

内网链接模块3，与微控制单元(MCU)1通过无线或有线连接，实现智能家电和传感器进行组网，采集并存储相应的数据；

包括：Zigbee模块、433MHz模块、蓝牙模块、红外通讯模块、白光通信模块和多种有线通讯模块，具有通过多种无线和有线方式与家用智能仪表、智能家电、智能终端等组网的功能；

外网链接控制模块4，与外网链接模块2连接，用于控制微控制单元(MCU)1与外网链接模块2的开启与关闭；

显示器5，与微控制单元(MCU)1通过排线连接，用于显示智能家居中控系统的运行状态、采集与传输的数据与指令信息；

内嵌传感器6，嵌入在微控制单元(MCU)1内部，用于提供温度、湿度、可燃气体、有害气体、声音、图像数据；

外接传感器接口7，与微控制单元(MCU)1通过导线连接，用于实现外部传感器的连接；

内网链接控制模块8，与内网链接模块3连接，用于控制微控制单元(MCU)1与内网链接模块3的开启与关闭；

从仪表取电单元9，与微控制单元(MCU)1通过导线连接，从电表、燃气表、热力表和水表等家用仪表取电，也可使该系统与现有的家用仪表结合，构成家用仪表式智能家居中控系统，解决了现有的智能家居网关无法与家用必用仪表如电表、燃气表、水表和热力表等有效结合的问题；

家用仪表测量单元10，与微控制单元(MCU)1通过导线连接，可实时采集电表、燃气表、热力表和水表等现有家用智能仪表的数据，上传到微控制单元，供远程下载与调用。

如图2所示，本发明实施例的基于家用仪表的智能家居中控控制方法包括以下步骤：

本发明的工作原理：

本发明基于家用仪表的智能家居中控控制系统，可通过多种有线与无线模块与家用仪表、各种传感器模块以及家用电器和电子设备组网，并可通过多种通信模式实现与外网的通讯，实现数据与指令的远程上/下传；

既可仅从电表、燃气表、热力表和水表等家用仪表取电，也可作为模块与现有的这些家用仪表结合，构成新的家用仪表式智能家居中控系统；

具有数据采集功能，可从现有的数字式电表、燃气表、水表和暖气表等直接采集实时数据；具有多种内置传感器与外接传感器接口，这些传感器包括温度、湿度、可燃气体、有害气体、声音、图像和多种安防与技防传感器等，可实施采集这些传感器的数据；内网链接模块具有通过多种无线和有线方式与家用智能仪表、智能家电、智能终端等组网的功能；处理器以MCU或ARM为核心处理器，可运行操作系统，可通过多种通信模式和通信端口进行软件读写、功能定义、功能配置、参数配置等。

该智能家居中控系统的既可以作为独立模块，从家用智能仪表(智能电表、智能水表、智能燃气表和智能热能表)取电，作为家用智能仪表的附属设备使用，还可以直接与现有的家用智能仪表相集成，构成新型具有智能家居中控功能的家用智能仪表。本发明采用ARM Cortex-A8处理器，处理器基于ARM V7指令架构,处理器复杂的流水线架构基于双对称结构，顺序发射的13级流水线具有先进的动态分支预测，可实现2.0DMIPS/MHz，10级NEON媒体流水线，专用的L2缓存，带有可编程的等待状态，支持多项与L3存储器之间的未完成事务，运行速度可以达600MHz至1GHz，功耗在300mW以下。用户可通过外网或内网链接该设备，并对其运行状态参数进行设置。

在系统的软件设计中，外网链接模块有多种，包括Zigbee模块、蓝牙模块、Wifi模块、红外通信模块、白光通信模块、电力载波通信模块、有线通信接口模块；外扬链接也有多种方式，包括Wifi模块、GPRS模块、2G、3G、4G和5G模块、电力载波通信模块、网线接口模块等。系统采用模块化的设计,可根据不同需要配置不同的内网与外网通信模块，这样既有利于软件系统的开发、维护和更新，这些模块的软件之间有很强的相似性，任意一个模块的修改才不会影响到其他的模块的功能。此外，根据不同需求配置出来的智能家居中控系统的功能基本相同，经过简单的修改就能满足其它不同需求的情况。

从普通家用电表取点，用220V交流电给智能家居中控系统供电，在电路板上我们需要给传感器、数据采集模块、内网通信模块与外网通信模块供电，需要将220V交流电转到3.3V使用，因此选用了SP-220-3.3开关电源，输出电压3.3V，输出电流最高可达40A，能够满足网关节点的需要。

本发明不但具有采集家用智能仪表(电表、水表、燃气表和热力表)数据的功能，还具有多种内置传感器与外接传感器模块，可采集包括温度、湿度、可燃气体含量、有害气体含量、声音、图像以及多种安防、技防传感器模块数据的功能；显示器用于显示系统的运行状态、读取的数据和输入与输出的信息等；具有强大的通信与组网功能，具有可用于局域通信的内网链接模块组，如Zigbee模块、433MHz模块、蓝牙模块、红外数传模块、白光通信模块和多种有线等通信模块，可与家用电器、电子设备组网；同时还具有包括Wifi、2G、3G、4G、5G、LAN/WAN和电力载波等模块在内的外网通信模块组，可通过外部的网络实现数据与指令的上、下传。

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 (5)

1.一种基于家用仪表的智能家居中控控制系统，其特征在于，该基于家用仪表的智能家居中控控制系统设置有用于通过多种通信模式和通信端口进行软件配置和模块参数配置，并进行数据及指令上、下传的微控制单元；

外网链接模块，与微控制单元通过无线或有线方式连接，用于实现与远程设备或者云端服务器的连接；

内网链接模块，与微控制单元通过无线或有线连接，实现智能家电和传感器进行组网，采集并存储相应的数据。

2.如权利要求1所述的基于家用仪表的智能家居中控控制系统，其特征在于，所述基于家用仪表的智能家居中控控制系统进一步设置有：

外网链接控制模块，与外网链接模块连接，用于控制微控制单元与外网链接模块的开启与关闭；

显示器，与微控制单元通过排线连接，用于显示智能家居中控系统的运行状态、采集与传输的数据与指令信息；

内嵌传感器，嵌入在微控制单元内部，用于提供温度、湿度、可燃气体、有害气体、声音、图像数据；

外接传感器接口，与微控制单元通过导线连接，用于实现外部传感器的连接；

内网链接控制模块，与内网链接模块连接，用于控制微控制单元与内网链接模块的开启与关闭；

从仪表取电单元，与微控制单元通过导线连接，既从电表、燃气表、热力表和水表家用仪表取电，又与家用仪表结合，构成家用仪表式智能家居中控系统；

家用仪表测量单元，与微控制单元通过导线连接，实时采集电表、燃气表、热力表和水表现有家用智能仪表的数据，上传到微控制单元。

3.如权利要求1所述的基于家用仪表的智能家居中控控制系统，其特征在于，外网链接模块包括：Wifi模块、GPRS模块、2G模块、3G模块、4G模块、5G模块、LAN/WAN模块和电力载波模块；通过外部Wifi网络、通讯运营商网络、网络运营商网络和电力载波网络进行通讯，与云服务器、远程计算机、智能终端通信。

4.如权利要求1所述的基于家用仪表的智能家居中控控制系统，其特征在于，内网链接模块包括：Zigbee模块、433MHz模块、蓝牙模块、红外通讯模块、白光通信模块和多种有线通讯模块；通过多种无线和有线方式与家用智能仪表、智能家电、智能终端组网。

5.一种基于家用仪表的智能家居中控控制方法，其特征在于，该基于家用仪表的智能家居中控控制方法包括：

用户通过外网与内网登录后系统，并根据权限进行参数设定和内、外网组网与数据读取；

自动定时向从内网终端、内嵌传感器、外接传感器接口发送指令数据采集指令，得到数据后对数据进行AD/DA转换，并按照预定格式进行编码、压缩，最后缓存到数据存储器中；

接到合法外网终端或登录用户的数据读取指令后，开放数据存储器读取，数据存储器写满后，自动覆盖时间最早的数据，接收到外网终端发送来的指令后，根据预定方式将解码并执行，将终端名、指令与执行结果共同记录在指令执行记录文件中，指令执行结果发送给相应终端。