CN105511429A - 家庭物联网控制系统及应用方法、建立方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供家庭物联网控制系统及应用方法、建立方法，所述控制系统包括：含有RFID芯片的家用电器；至少一个含有RFID阅读器、Zigbee模块和传感器模块的路由交换装置，所述路由交换装置设置于家庭中的不同房间；与各所述路由交换装置通过以太网连接的客户端。其中，所述家用电器和路由交换装置通过RFID芯片和RFID阅读器通信连接。本发明将RFID的自动识别技术、Zigbee的自组网络技术以及路由以太网技术相融合，形成一个全新的家庭物联网控制系统，使得与之通信的客户端能够实现对家用电器的远程控制，并且实时获取家中室内环境的温度、湿度等信息。
Description
技术领域
本发明涉及智能物联网领域，特别是涉及家庭物联网控制系统及应用方法、建立方法。
背景技术
RFID技术和ZigBee技术在智能工业、医疗或交通等方面分别有广泛的应用，但将二者结合在一起组合成家庭智能物联网还没有得到相关公司和科研机构的普遍关注。由于家用路由装置本身存在穿墙能力不足等弊端，在传统的智能家居领域中，如果单纯靠家用路由装置来组建网络，需要在不同的房间布置路由节点，不仅不够美观，而且功能不够灵活。可见，目前家庭物联网的组建仍然不够完善。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供家庭物联网控制系统及应用方法、建立方法，用于解决现有技术中用路由装置组建家庭物联网不够灵活、用户体验不高的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种家庭物联网控制系统，包括：含有RFID芯片的家用电器，至少一个含有RFID阅读器、Zigbee模块和传感器模块的路由交换装置，所述路由交换装置设置于家庭中的不同房间，与各所述路由交换装置通过以太网连接的客户端。其中，所述家用电器和路由交换装置通过RFID芯片和RFID阅读器通信连接。
于本发明一实施例中，所述家庭物联网控制系统包括：至少一个含有Zigbee模块的中继路由装置，分别设置于家庭中各预设位置，用于转发所述客户端和路由交换装置之间的信息。
于本发明一实施例中，所述家庭物联网控制系统包括：含有Zigbee模块的网关路由装置，设置于家庭的客厅中，通信连接各所述中继路由装置与所述客户端，用于通过以太网接收所述客户端的操作命令以管理所述家庭物联网。
于本发明一实施例中，所述RFID芯片包括2.45Ghz的nRF24Le1芯片。
于本发明一实施例中，所述Zigbee模块包括CC2540芯片。
于本发明一实施例中，所述路由交换装置包括SOHO路由器。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种家庭物联网控制方法，应用于所述家庭物联网控制系统，包括：所述客户端向各所述路由交换装置或者所述网关路由装置发送操作命令，所述操作命令包括：查询室内环境参数和/或控制家用电器指令，所述室内环境参数包括：温度、湿度、烟雾或光线强度。各所述路由交换装置检测到所述操作命令后，获取所述室内环境参数，并发送至所述客户端或者经所述中继路由装置发送至所述客户端，所述室内环境参数是所述Zigbee模块通过所述传感器模块采集的。和/或，各所述路由交换装置检测到所述操作命令后，通过各所述RFID阅读器向各对应的所述家用电器的RFID芯片发送控制家用电器指令以供各所述家用电器的RFID芯片控制各相应的所述家用电器。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种建立所述家庭物联网控制系统的方法，包括：所述网关路由装置周期性发出邀请加入所述家庭物联网的广播信号。在检测到发出入网请求信号的设备后，按预定的组网协议组建所述家庭物联网。其中，所述发出入网请求信号的设备在检测到所述网关路由装置发送的预设网络地址后，加入所述家庭物联网。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种家用电器，包括：RFID芯片，所述RFID芯片在收到控制家用电器指令后执行对所述家用电器的控制。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种路由交换装置，包括：RFID阅读器，和/或Zigbee模块和传感器模块，所述路由交换装置通过所述RFID阅读器向外部设备发送控制命令，和/或获取所述Zigbee模块通过所述传感器模块采集的信息。
如上所述，本发明的家庭物联网控制系统及应用方法、建立方法，所述家庭物联网控制系统包括：含有RFID芯片的家用电器；设置于家庭中的不同房间的路由交换装置，所述路由交换装置含有RFID阅读器、Zigbee模块和传感器模块；与各所述路由交换装置通过以太网连接的客户端。其中，所述家用电器和路由交换装置通过RFID芯片和RFID阅读器通信连接，从而将RFID的自动识别技术、Zigbee的自组网络技术以及路由以太网技术相融合，形成一个全新的家庭物联网控制系统，提高了组网的灵活性、实用性，使得与之通信的客户端能够实现对家用电器的远程控制，并且实时获取家中室内环境的温度、湿度等信息，提高用户体验。
附图说明
图1显示为本发明一实施例中的家庭物联网控制系统结构图。
图2显示为本发明又一实施例中的家庭物联网控制系统结构图。
图3显示为本发明一实施例中的家庭物联网控制方法流程图。
图4显示为本发明一实施例中的建立家庭物联网控制系统的方法流程图。
图5显示为本发明一实施例中的RFID阅读器与RFID芯片的通信流程图。
元件标号说明
1家用电器
11RFID芯片
2路由交换装置
21RFID阅读器
22Zigbee模块
23传感器模块
3客户端
4中继路由装置
5网关路由装置
S301～S303步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
现阶段，由于家用路由装置本身存在穿墙能力不足等弊端，若仅靠家用路由装置来组建智能网络，需要在不同的房间布置路由节点，不够美观和灵活。如果把路由与蓝牙或者WIFI技术相结合，则会造成网络功耗过大，使得网络不够健壮；如果把路由与ZigBee技术相结合，可以克服建网不灵活的弊端，但是在控制家电方面不够优秀。所以，本发明将传统路由技术与ZigBee技术、RFID技术相结合，组建一个多功能的智能家庭物联网控制系统，在继承以太网高效远程可控的优良基础上，发挥ZigBee技术的特点来组建一个自组的小型局域网，同时，RFID技术的使用更是发挥了其低功耗的特点，并且可以在客户端方便、准确地控制相关家用电器，或者采集房间内的环境信息。所述家庭物联网控制系统包括：含有RFID芯片的家用电器，至少一个含有RFID阅读器、Zigbee模块和传感器模块的路由交换装置，所述路由交换装置设置于家庭中的不同房间，与各所述路由交换装置通过以太网连接的客户端。其中，所述家用电器和路由交换装置通过RFID芯片和RFID阅读器通信连接。
以下将结合附图对本发明做详细阐述：
请参阅图1，本发明提供的家庭物联网控制系统，包括：含有RFID芯片11的家用电器1，至少一个含有RFID阅读器21、Zigbee模块22和传感器模块23的路由交换装置2，与各路由交换装置2通过以太网连接的客户端3。其中，各路由交换装置2可以根据家庭中的不同房间选择数量，最好是每个房间设置一台，家用电器1和路由交换装置2通过RFID芯片11和RFID阅读器21通信连接。
需要说明的是，RFID芯片11优选为有源2.4GHz的NORDIC(“北欧”牌)nRF24Le1芯片，可以设置在家用电器1的内部，或是连接家用电器1的开关电路，这样，在RFID芯片11接收到控制信号时就可以控制家用电器1的开、关等操作。家用电器1可以是空调、电冰箱、洗衣机或热水器等设备。RFID阅读器21可以通过SPI总线与Zigbee模块22相连，Zigbee模块22可以通过通用的GPIO接口与传感器模块23相连，这样，Zigbee模块22就可以获得传感器模块23采集的室内环境信息。优选的，Zigbee模块22可以包括德州仪器CC2540芯片。路由交换装置2可以为功能简洁、价格实惠的SOHO路由器。客户端3可以为智能手机、电脑及其他电子设备。
在本发明一实施例中，家庭物联网控制系统还包括：至少一个含有Zigbee模块22的中继路由装置4，分别设置于家庭中各预设位置，例如：家中的走廊等，以形成一个自组、多跳的家庭物联网控制系统。中继路由装置4用于转发客户端3和路由交换装置2之间的信息，从而克服了传统路由组网穿墙能力不足导致数据难以传输的问题。
请参阅图2，在本发明一实施例中，家庭物联网控制系统还包括：含有Zigbee模块22的网关路由装置5，设置于家庭的客厅中，通信连接各中继路由装置4与客户端3，以便通过以太网接收来自客户端3的操作命令来管理所述家庭物联网。此时，中继路由装置4用于转发网关路由装置5和路由交换装置2之间的信息。
请参阅图3，本发明提供一种家庭物联网控制方法，应用于家庭物联网控制系统，主要包括如下步骤：
步骤S301：客户端3向各路由交换装置2或者网关路由装置5发送操作命令，例如：查询室内环境参数、或控制家用电器指令等，所述室内环境参数包括：温度、湿度、烟雾或光线强度，可以根据实际需要选取不同种类的传感器。
步骤S302：各路由交换装置2检测到查询室内环境参数命令后，传感器模块23采集室内信息以生成室内环境参数发送给Zigbee模块22，再经中继路由装置4发送至客户端3。
步骤S303：各路由交换装置2检测到控制家用电器命令后，通过各RFID阅读器21向各对应的家用电器1的RFID芯片11发送控制家用电器指令以供各家用电器1的RFID芯片11控制各相应的家用电器1。当家用电器1完成相应动作后，再返回一信号给客户端3以表明本次操作成功。
需要说明的是，步骤S302和S303是并列的关系，可以同步进行，也可以择一进行，还可以按照前后顺序进行，但相互无影响。
本发明提供一种建立家庭物联网控制系统的方法，在一优选实施例中，主要步骤包括：嵌入ZigBee模块的SOHO路由网关节点上电后初始化网络，扫描信道为网络选择16位PAN-ID。当主干网根节点建立后，路由节点周期性广播信号扫描终端节点加入网络。网关节点判断入网请求是路由节点还是终端节点加入，然后组件本发明的家庭物联网。其中，中继路由节点成功加入主干网后转发来自终端节点的信息，若加入失败则转发到其他路由节点继续发送入网请求。特别的，若终端节点接入网失败，则进入休眠状态直到再次激活，重新申请入网。网关在收到请求后，将网络地址发送给路由节点或终端节点。该网络地址可以是唯一预设的网络短地址。终端节点和路由节点接收到短地址后，成功加入家庭物联网中。在该家庭物联网中，ZigBee模块可以将信息转换给SOHO路由模块，再通过以太网进行远程传输。详细的原理及步骤请参阅图4所示，这里不再重复赘述。
除此之外，图5还显示了RFID阅读器与RFID芯片的通信过程，主要包括：RFID阅读器节点启动，由于耗电量小，RFID阅读器可以由干电池供电。RFID阅读器对RFID芯片的定时计数器进行初始化。以广播的形式对RFID标签周期性扫描，包括：验证有源标签的读写保护协议、与标签建立连接、开始接收标签信息和处理采集到的传感器信息等，RFID阅读器模块与ZigBee射频模块通过SPI总线方式进行数据通信等工作。详细的原理及步骤请参阅图5所示，这里不再重复赘述。
与前述实施例原理相似的是，本发明提供一种RFID芯片11的家用电器，当RFID芯片11收到控制该家用电器的指令后执行对家用电器1的控制。
与前述实施例原理相似的是，本发明提供一种路由交换装置，包括RFID阅读器21，和/或Zigbee模块22和传感器模块23。路由交换装置通过RFID阅读器21向外部设备发送控制命令，和/或获取Zigbee模块22通过传感器模块23采集的信息。
综上所述，本发明的家庭物联网控制系统及应用方法、建立方法将RFID的自动识别技术、Zigbee的自组网络技术以及路由以太网技术相融合，有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种家庭物联网控制系统，其特征在于，包括：
含有RFID芯片的家用电器；
至少一个含有RFID阅读器、Zigbee模块和传感器模块的路由交换装置，所述路由交换装置设置于家庭中的不同房间；
与各所述路由交换装置通过以太网连接的客户端；
其中，所述家用电器和路由交换装置通过RFID芯片和RFID阅读器通信连接。
2.根据权利要求1所述的家庭物联网控制系统，其特征在于，包括：至少一个含有Zigbee模块的中继路由装置，分别设置于家庭中各预设位置，用于转发所述客户端和路由交换装置之间的信息。
3.根据权利要求2所述的家庭物联网控制系统，其特征在于，包括：含有Zigbee模块的网关路由装置，设置于家庭的客厅中，通信连接各所述中继路由装置与所述客户端，用于通过以太网接收所述客户端的操作命令以管理所述家庭物联网。
4.根据权利要求1所述的家庭物联网控制系统，其特征在于，所述RFID芯片包括2.45Ghz的nRF24Le1芯片。
5.根据权利要求1所述的家庭物联网控制系统，其特征在于，所述Zigbee模块包括CC2540芯片。
6.根据权利要求1所述的家庭物联网控制系统，其特征在于，所述路由交换装置包括SOHO路由器。
7.一种家庭物联网控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6中任一项所述的家庭物联网控制系统，包括：
所述客户端向各所述路由交换装置或者所述网关路由装置发送操作命令，所述操作命令包括：查询室内环境参数和/或控制家用电器指令，所述室内环境参数包括：温度、湿度、烟雾或光线强度；
各所述路由交换装置检测到所述操作命令后，获取所述室内环境参数，并发送至所述客户端或者经所述中继路由装置发送至所述客户端，所述室内环境参数是所述Zigbee模块通过所述传感器模块采集的；
和/或
各所述路由交换装置检测到所述操作命令后，通过各所述RFID阅读器向各对应的所述家用电器的RFID芯片发送控制家用电器指令以供各所述家用电器的RFID芯片控制各相应的所述家用电器。
8.一种建立如权利要求3-6中任一项所述的家庭物联网控制系统的方法，其特征在于，包括：
所述网关路由装置周期性发出邀请加入所述家庭物联网的广播信号；
在检测到发出入网请求信号的设备后，按预定的组网协议组建所述家庭物联网；
其中，所述发出入网请求信号的设备在检测到所述网关路由装置发送的预设网络地址后，加入所述家庭物联网。
9.一种家用电器，其特征在于，包括：RFID芯片，所述RFID芯片在收到控制家用电器指令后执行对所述家用电器的控制。
10.一种路由交换装置，其特征在于，包括：RFID阅读器，和/或Zigbee模块和传感器模块，所述路由交换装置通过所述RFID阅读器向外部设备发送控制命令，和/或获取所述Zigbee模块通过所述传感器模块采集的信息。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160420 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |