CN105007204A - 一种基于Li-Fi有线通讯的智能家居系统 - Google Patents

一种基于Li-Fi有线通讯的智能家居系统 Download PDF

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Abstract

一种基于Li-Fi有线通讯的智能家居系统，本发明涉及智能家居领域，其旨在解决现有智能家居系统存在信号不稳定，信息传输速率低，传输频谱拥挤，安全隐患且可靠性低等技术问题。该发明结构特征包括文件服务器，？Li-Fi通讯模块，Li-Fi访问点，节点，主控模块，控制终端。本发明用于搭建智能家居系统。

Description

一种基于Li-Fi有线通讯的智能家居系统
技术领域
本发明涉及智能家居领域，具体涉及一种基于Li-Fi有线通讯的智能家居系统。
背景技术
现有智能家居系统的总线技术通常有无线互联、有线互联和电力线载波PLCBUS等技术，基本思路大致都是将独立的生活应用模块整合为网络控制的节点，由中央处理中心控制。但是存在一些不足，比如：无线技术信号的不稳定，易受到建筑布局的干扰，频谱过于拥挤，而且部分频段受到管制；电力载波存在传输速率低下，难以与越来越高速的网络相符合，不能满足用户体验，还存在安全隐患；有线互联技术布线困难，特别对于旧房的改装，破坏较大，成本高昂。
发明内容
针对上述现有技术，本发明目的在于提供一种基于Li-Fi有线通讯的智能家居系统，其旨在解决现有智能家居系统存在信号不稳定，信息传输速率低，传输频谱拥挤，安全隐患且可靠性低等技术问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于Li-Fi有线通讯的智能家居系统，包括智能家电，还包括文件服务器：存储有智能家电的基本配置信息；Li-Fi通讯模块：访问文件服务器中的基本配置信息，进行Li-Fi传输协议格式的数据打包和编码,并生成编码数据包；Li-Fi访问点：接收Li-Fi通讯模块的编码数据包并寻址发送编码数据包，或反馈编码数据包给Li-Fi通讯模块，具有有线输入输出和无线输入的功能；节点：上传智能家电工作信息的编码数据包给Li-Fi访问点，下载Li-Fi访问点的编码数据包给智能家电，在Li-Fi访问点和智能家电间进行编码数据包交互；主控模块：对Li-Fi通讯模块进行编程、调试和数据流传输；控制终端：与Li-Fi访问点相互传输编码数据包，向主控模块输入控制信号，并调控Li-Fi通讯模块。
上述方案中，所述的Li-Fi通讯模块，包括预处理单元：输入数据转换为Li-Fi传输协议格式的数据并进行打包，和/或将Li-Fi传输协议格式数据转换为输出数据并进行解包；卫星信号收发机：通过卫星建立预处理单元与互联网间的连接，并在控制终端和预处理单元间进行信号传输；编程接口：在主控模块和预处理单元间进行编程命令或数据流传输；编解码器：接收预处理单元的数据包进行编码并发送给Li-Fi访问点，和/或接收Li-Fi访问点的编码数据包进行解码并发送给预处理单元。实现Li-Fi传输协议格式的数据打包或解包，并编码或解码，建立Li-Fi数据传输分布方式；即使在外界互联断开情况下，由文件服务器为中心枢纽的局域网可继续为下位Li-Fi网络提供基本运行保障，提升系统稳定性和可靠性。
上述方案中，所述的Li-Fi访问点，包括光探测器件和光发射器件；还包括用于寻址的微芯片：控制光发射器件的发光或熄灭，并接收光探测器件的信号。建立Li-Fi网络信号传输分布枢纽，提供下载访问与上传反馈节点。
上述方案中，所述的节点NODE，包括分别连接Li-Fi访问点LFAP光调制器件的节点NODE_1至_N。实现稳定，几乎无干扰，无串扰的Li-Fi数据传输。
上述方案中，所述的主控模块,包括判别单元：接收控制终端发出的控制信号或接收Li-Fi访问点工作状态的反馈信号，并输出编程时钟或反馈时钟；处理器：接收判别单元的编程时钟，通过接口向Li-Fi通讯模块输出编程信息；用于调试传输协议兼容性的适配器：选用协议适配器，具有不同适配模式；连接判别单元的 Li-Fi光谱探测单元 2：其中包括光电二极管；处理器与适配器连接；连接处理器的用户界面：选用多键位场景控制器，具有一键改变智能家电场景设置的功能。通过判别单元对输入信号的分类，实现反馈智能家电工作状态信息和自定义配置程序输入；在不同信息处理单元间调试传输协议的兼容性。
上述方案中，所述的主控模块连接有数据，数据存储有自定义配置信息和多媒体信息。处理器接收判别单元的反馈时钟，控制适配器调试Li-Fi通讯模块和主控模块传输协议的兼容性；处理器读取数据，形成数据流，并输出至Li-Fi通讯模块；处理器接收判别单元的编程时钟，写入数据，存储为自定义配置信息。自定义配置信息体现用户个性化场景设置，一次编程后，通过用户界面一键调用，使用简单方便；多媒体信息体现用户需要通过Li-Fi发送的信息，经处理器调用后发出，方便移动电话，笔记本电脑等便携设备在该局域网中快速访问。
上述方案中，所述的控制终端，包括Li-Fi光谱探测单元1：接收Li-Fi访问点发出的编码数据包，并进行解包；解码器：接收并解码Li-Fi光谱探测单元 输出的编码数据；FPGA：通过SDIO接口获取解码器的输出信号；编码器：对FPGA发出的调制脉冲或时钟信号进行编码，并输出编码数据；驱动：根据编码器输出的编码数据，输出驱动电平；激光二极管：根据驱动的驱动电平发光或熄灭；用于输入程序，创建自定义配置信息和观察智能家电工作状态的触控板：连接FPGA；连接FPGA的缓冲器，连接缓冲器的卫星信号收发机。Li-Fi通讯模块LFCM与Li-Fi访问点LFAP光纤连接，Li-Fi访问点LFAP与节点NODE、主控模块CMM、控制终端CT光纤连接。缓冲器增强频率匹配度，卫星信号收发机为辅助通信设备，保证主控模块失效时，用户可以直接控制Li-Fi通讯模块；用户只需通过触控板完成各类编程和设置工作，个性化智能家电配置和场景组合，集中体现了简单，方便，舒适，信息交互与通信的智能化家居生活。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明Li-Fi通讯模块的运作流程图；
图3为本发明主控模块的运作流程图；
图4为本发明控制终端的运作流程图；
图中：FPGA-现场可编程门阵列，SDIO-安全数字输入输出接口，SDU-光谱探测单元SPECTRAL DETECTION UNIT，LFAP-Li-Fi访问点Li-Fi ACCESS POINT。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
下面结合附图对本发明做进一步说明：
图1为本发明的结构示意图，一种基于Li-Fi有线通讯的智能家居系统，包括智能家电，还包括文件服务器FS：存储有智能家电的基本配置信息；Li-Fi通讯模块LFCM：访问文件服务器FS中的基本配置信息，进行Li-Fi传输协议格式的数据打包和编码,并生成编码数据包；Li-Fi访问点LFAP：接收Li-Fi通讯模块LFCM的编码数据包并寻址发送编码数据包，或反馈编码数据包给Li-Fi通讯模块LFCM，具有有线输入输出和无线输入的功能；节点NODE：上传智能家电工作信息的编码数据包给Li-Fi访问点LFAP，下载Li-Fi访问点LFAP的编码数据包给智能家电，在Li-Fi访问点LFAP和智能家电间进行编码数据包交互；主控模块CMM：对Li-Fi通讯模块LFCM进行编程、调试和数据流传输；控制终端CT：与Li-Fi访问点LFAP相互传输编码数据包，向主控模块CMM输入控制信号，并调控Li-Fi通讯模块LFCM。
图2为本发明Li-Fi通讯模块的运作流程图， Li-Fi访问点LFAP对预处理单元PPU发出访问请求，预处理单元PPU通过读取文件服务器FS或读取卫星信号收发机SST中的数据信息对请求进行回复，或者作为临时存储文件写入文件服务器FS中和通过卫星信号收发机SST上传至互联网。与其他无线技术不同的是，Li-Fi传输过程不受电磁干扰效应（EMIE）影响，其电磁兼容性（EMC）较好，不受通讯带宽管制，其传输速度平均约10Gbps，也远大于目前常用的Wi-Fi通讯方式传输速度；优选地，在具有超清CCD摄像监控的智能家居系统中，将完成1080P影像信息的传输。
图3为本发明主控模块的运作流程图，处理器P接收判别单元JU的反馈时钟，控制适配器调试Li-Fi通讯模块LFCM和主控模块CMM传输协议的兼容性；处理器P读取数据，形成数据流，并输出至Li-Fi通讯模块LFCM；处理器P接收判别单元JU的编程时钟，写入数据DATA，存储为自定义配置信息。自定义配置信息体现用户个性化场景设置，一次性编程后，通过用户界面UI一键调用，使用简单方便；多媒体信息体现用户需要通过Li-Fi发送的信息，经处理器P调用后发出，方便移动电话，笔记本电脑等便携设备在该Li-Fi局域网中快速访问。
图4为本发明控制终端的运作流程图，用户需要设置个性化场景或情景，通过触控板TP输入汇编程序，FPGA输出对应码流，控制激光二极管LD发出Li-Fi编码数据包，主控模块的判别单元JU分类处理后，处理器P接收编程时钟，输出对应编码序列（即自定义配置信息），存储至数据DATA，并给Li-Fi通讯模块的预处理单元PPU，其输出该对应的数据包，编解码器E/DC完成场景编码，通过Li-Fi访问点LFAP发出编码数据包，调控对应智能家电的电参数，形成特定情景，二次使用同样情景时，只需通过用户界面UI一键选择所个性化编程设定的场景。
实施例1
Li-Fi访问点LFAP的光探测器件和光发射器件可分别选用TTL工艺的单反CCD和Li-Fi光通讯技术的电光调制器EOM, 电光调制器EOM可选工作波长区间在850 nm,1310nm,1490nm,CW- DM，1550nm, DWDM;启用方式是光感应启动、无源光启动、光声控结合技术、光感应机械整合模块的和/或可选技术选择。
实施例2
预处理单元PPU适用于以下DSP、CPU或者GPU、APU的RISC架构、ARM或x86架构、量子或光子CPU技术选择。纵观微型处理器的技术发展出现技术融合:光通讯芯片,石墨烯芯片的发明使网络发展硬件出现未知的异变，技术的进步只是选用标准的参考。但是出于改劣发明,或者成本考量,仅仅从实用性的技术方案选择。
本发明有益效果：信号稳定，几乎无干扰、无串扰，信息传输速率极高，传输频谱不受管制且安全可靠。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于Li-Fi有线通讯的智能家居系统，包括智能家电，其特征在于，还包括
文件服务器FS：存储有智能家电的基本配置信息；
Li-Fi通讯模块LFCM：访问文件服务器FS中的基本配置信息，进行Li-Fi传输协议格式的数据打包和编码,并生成编码数据包；
Li-Fi访问点LFAP：接收Li-Fi通讯模块LFCM的编码数据包并寻址发送编码数据包，或反馈编码数据包给Li-Fi通讯模块LFCM，具有有线输入输出和无线输入的功能；
节点NODE：上传智能家电工作信息的编码数据包给Li-Fi访问点LFAP，下载Li-Fi访问点LFAP的编码数据包给智能家电，在Li-Fi访问点LFAP和智能家电间进行编码数据包交互；
主控模块CMM：对Li-Fi通讯模块LFCM进行编程、调试和数据流传输；
控制终端CT：与Li-Fi访问点LFAP相互传输编码数据包，向主控模块CMM输入控制信号，并调控Li-Fi通讯模块LFCM。
2.根据权利要求1所述的一种基于Li-Fi有线通讯的智能家居系统，其特征在于，所述的Li-Fi通讯模块LFCM，包括
预处理单元PPU：输入数据转换为Li-Fi传输协议格式的数据并进行打包，和/或将Li-Fi传输协议格式数据转换为输出数据并进行解包；
卫星信号收发机SST：通过卫星建立预处理单元PPU与互联网间的连接，并在控制终端CT和预处理单元PPU间进行信号传输；
编程接口PI：在主控模块CMM和预处理单元PPU间进行编程命令或数据流传输；
编解码器E/DC：接收预处理单元PPU的数据包进行编码并发送给Li-Fi访问点LFAP，和/或接收Li-Fi访问点LFAP的编码数据包进行解码并发送给预处理单元PPU。
3.根据权利要求1所述的一种基于Li-Fi有线通讯的智能家居系统，其特征在于，所述的Li-Fi访问点LFAP，包括光探测器件和光调制器件；还包括用于寻址的微芯片：控制光调制器件，并接收光探测器件的信号。
4.根据权利要求1或3所述的一种基于Li-Fi有线通讯的智能家居系统，其特征在于，所述的节点NODE，包括分别连接Li-Fi访问点LFAP光调制器件的节点NODE_1至_N。
5.根据权利要求1所述的一种基于Li-Fi有线通讯的智能家居系统，其特征在于，所述的主控模块CMM,包括
判别单元JU：接收控制终端CT发出的控制信号或接收Li-Fi访问点LFAP工作状态的反馈信号，并输出编程时钟或反馈时钟；
处理器P：接收判别单元JU的编程时钟，通过接口向Li-Fi通讯模块LFCM输出编程信息；
用于调试传输协议兼容性的适配器A：选用协议适配器，具有不同适配模式；
连接判别单元JU的 Li-Fi光谱探测单元 SDU2：其中包括光电二极管；
处理器P与适配器A连接。
6.根据权利要求1或5所述的一种基于Li-Fi有线通讯的智能家居系统，其特征在于，所述的主控模块CMM连接有数据DATA，数据DATA存储有自定义配置信息和多媒体信息。
7.根据权利要求1所述的一种基于Li-Fi有线通讯的智能家居系统，其特征在于，所述的控制终端CT，包括
Li-Fi光谱探测单元 SDU1: 接收Li-Fi访问点LFAP发出的编码数据包，并进行解包；
解码器DC1：接收并解码Li-Fi光谱探测单元 SDU1输出的编码数据；
FPGA：通过SDIO接口获取解码器DC1的输出信号；
编码器EC：对FPGA发出的调制脉冲或时钟信号进行编码，并输出编码数据；
驱动DR：根据编码器EC输出的编码数据，输出驱动电平；
激光二极管LD：根据驱动DR的驱动电平发光或熄灭；
用于输入程序，创建自定义配置信息和观察智能家电工作状态的触控板TP：连接FPGA。
8.根据权利要求1所述的一种基于Li-Fi有线通讯的智能家居系统，其特征在于，Li-Fi通讯模块LFCM与Li-Fi访问点LFAP光纤连接，Li-Fi访问点LFAP与节点NODE、主控模块CMM、控制终端CT光纤连接。
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