CN105589427A - 融矩阵和电源管理为一体的智能控制系统及服务器设备 - Google Patents

Abstract

一种融矩阵和电源管理为一体的智能控制系统，包括近端智能控制服务器设备和远端功能设备，尤其是，所述近端和每一所述远端间通过一条专用线缆来进行该近端智能控制服务器设备和远端功能设备的电连接；所述专用线缆包括用来传输调制信号的数据线缆及另外至少两芯用来传输直流供电源的缆线。所述智能控制服务器设备包括提供各种内部控制信号的主控制模块和一传输调制模块；尤其还包括将输入的交流电源变换为供输出的直流供电源的AC-DC电源变换模块；以及一用来连接专用线缆的接口端子，该接口端子一部分接所述传输调制模块，另至少两芯连通所述直流供电源。采用本发明，可以简化系统布线。

Description

融矩阵和电源管理为一体的智能控制系统及服务器设备

技术领域本发明涉及智能控制及智能家居领域中的系统架构及其服务器设备。

背景技术随着物联网近几年的迅速发展，智能控制系统的相关内容也得到了同步发展。智能控制系统利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术等内容，将与家居生活有关的各个子系统例如但不限于安防监控、灯光控制、窗帘控制、影音设备控制、场景联动等有机地结合起来，通过网络化综合智能控制和管理，实现“以人为本”的全新家居生活体验。

目前在家居生活中的智能控制系统大致情况如下：

如图1所示，包括一个用作为控制中心的固定区域和若干个房间（或区域，一个区域可以包括几个房间或一个房间可以划分为几个区域）。所述控制中心设置有对各个电器设备提供控制的控制服务器A、全交换矩阵B、电源管理设备C和若干视频源设备D1～Dn（例如但不限于卫星机顶盒、蓝光播放器），其中电源管理设备C受控向视频源设备D1～Dn提供可控电源，全交换矩阵B受控对来自于各视频源设备的音视频输入作数据切换以提供选择性输出，各视频源设备D1～Dn可受控选择不同工作或功能模式。房间或区域则一般配有显示设备E1～En（例如但不限于电视、投影仪），并根据需求分别设置有不同的功能设备例如但不限于传感器设备F、电动窗帘设备G及监控设备H，每个房间或区域一般还要配置至少一个外接直流电源对各所述功能设备进行单独供电。

在该图1智能控制系统中，控制中心中的控制服务器A一般通过串口连接全交换矩阵B，还通过串口连接电源管理设备C和各视频源设备D1～Dn；电源管理设备C对视频源设备D1～Dn提供交流供电；视频源设备D1～Dn通过HDMI（HighDefinitionMultimediaInterface，高清晰度多媒体接口）或DVI（DigitalVisualInterface，数字视讯接口）接口缆线电连接全交换矩阵B的各个输入端口；全交换矩阵B的各个输出端口通过HDMI接口缆线电连接各个房间或区域的显示设备E1～En以提供音视频媒体；控制服务器A还通过各种接口或线缆电连接各个房间或区域内的受控设备例如显示设备（进行音视频播放等功能控制）及所述各功能设备（例如传感器设备F进行传感器检测控制、电动窗帘设备G进行窗帘开关停控制、监控设备H进行监控视频播放和触发告警等控制）；各所述功能设备与直流供电设备的电缆连接。可见，控制中心设备繁多且各个设备都需要独立占位和单独供电，控制服务器与设备间、设备与设备间的线路连接复杂，同一建筑内的不同区域间的布线走线麻烦，进而还带来控制和操作复杂不便等不足，不能满足现代化智能家居的发展需要。

为克服其不足，现有技术可以用红外接口以无线通信的方式取代串口的有线连接，可以通过音视频编解码技术将全交换矩阵B输出的高清媒体数据信息经过压缩后通过网线传输到各个房间或区域，可以通过标准接口例如但不限于RS232/RS485、GPIO（GeneralPurposeInput/Output，通用输入/输出)及其专用线缆来连接传输各种来自于控制服务器A的控制信息。公开号为CN102088382A的专利申请还提出了一种智能家居系统，包括一个由AV矩阵、控制模块和智能网关组成的智能家居主机，以对控制中心的设备进行简化；该系统中各区域终端模块可以通过5类双绞线和智能家居主机进行连接。这些现有技术简化了控制中心的设备及走线，可以对控制中心与各个区域之间复杂的走线起到简化作用，但也带来数据传输距离不高、高清媒体数据经过压缩解压而损伤等问题。

进一步，由来自日韩的家电大厂LG、Samsung（三星）、Sony（索尼）等公司，以及以色列半导体公司ValensSemiconductor（瓦仑斯），提出并确定了HDBaseT技术联盟和规范。该HDBaseT技术采用RJ45接口，以常见的CAT5e/6网线为传输介质，来传输高清无损媒体信号，及传输通过以太网压缩编码后的控制信息或传输部分不经过压缩编码的控制信息，甚至提供以太网供电（POE）功能。

综合上述现有技术的不足之处还在于，控制中心仍然还需要一台受控给各个视频源设备供电的电源管理设备，各个区域中需要给功能设备供电的直流电源设备，布线不便的问题没有根本解决。

发明内容本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足之处，而提出一种智能控制系统及相关智能控制服务器设备，来解决房间或者区域内的设备及布线过多和设备难以统一控制的问题。

为解决上述技术问题，本发明的基本构思为：若能在控制中心和各个房间或区域之间布局仅一根通讯线路，就可以替代传统的多功能设备间的复杂互联布线，为此，将控制中心的电源管理纳入中控服务器，将有助于简化各个区域功能设备的供电布线。进一步地，将中控服务器、全交换矩阵、电源管理设备等若干台设备整合一体化为一台设备，使之可以实现对多个输入视频源进行切换控制、电源开关管理控制以及其他通用控制功能，对控制中心的布线也有极大简化作用并能节省设备空间。

作为实现本发明构思的技术方案是，提供一种融矩阵和电源管理为一体的智能控制系统，包括近端提供矩阵和电源管理控制的一个或一个以上智能控制服务器设备，还包括设置在若干个远端的若干个功能设备，尤其是，所述近端和每一所述远端间通过一条专用线缆来进行该近端智能控制服务器设备和远端功能设备的电连接；所述专用线缆包括用来传输调制信号的数据线缆及另外至少两芯用来传输直流供电源的缆线。该措施将使控制中心与各个房间或区域之间的布线大为简化。

进一步地，上述方案中，所述用来传输直流供电源的缆线和所述数据线缆均位于所述专用线缆的绝缘保护层之内。更通用的选择是，所述数据线缆包括绝缘屏蔽层和位于该绝缘屏蔽层之内的八芯线缆；所述数据线缆为八芯CAT5e/6网线，该数据线缆两端连接有RJ45连接头。

作为实现本发明构思的技术方案还是，提供一种智能控制服务器设备，包括提供各种内部控制信号的主控制模块，对外接收/发送以太网信号或外部控制信号；传输调制模块，将输入的各种信号包括视音频信号和来自所述主控制模块的以太网信号调制整合成调制传输信号进行输出；尤其是，还包括AC-DC电源变换模块，将输入的交流电源变换为供输出的直流供电源；还包括一用来连接专用线缆的接口端子；该接口端子一部分连通所述调制传输信号，另至少两芯连通所述直流供电源。

优选地，所述传输调制模块采用HDBaseT技术调制芯片，相应地，所述调制传输信号为HDBaseT调制信号；该传输调制模块还从回输的调制传输信号中解调生成以太网信号或控制消息送往所述主控制模块。

进一步地，上述方案中还包括电源管理模块，在另一所述内部控制信号的控制下，对所述输入的交流电源作开关控制，控制交流电源输出的通断。或者，上述方案中还包括矩阵单元模块，所述视音频信号是该矩阵单元模块在又一所述内部控制信号的控制下对输入该智能控制服务器设备的多路视音频信号进行选择切换控制并输出给所述传输调制模块的。或者，上述方案中还包括控制接口模块，接收来自所述主控制模块的控制命令，并将该控制命令转换为所述各种内部控制信号。或者，上述方案中还包括一连接所述主控制模块的Zigbee模块，接收/发送Zigbee传输信号。

选择上述各智能控制服务器设备方案，可以尽可能降低控制中心和各个房间或区域的设备配置，同时使控制中心内部布线大大简化，使用方便、更智能化与集成化，且很方便用户家居智能控制的升级或扩充；而采用该智能控制服务器设备的智能控制系统，无疑在布线方面最为简化。

附图说明图1为现有智能家居系统连接示意图；

图2为本发明系统专用线缆剖视图；

图3为本发明智能控制服务器设备的示意框图之一；

图4为本发明智能控制服务器设备的示意框图之二；

图5为本发明系统以图4服务器设备为例的近端和远端连接示意图；

图6为图4中电源管理模块的实施例原理示意框图；

图7为图4中AC-DC单元变换模块的实施例原理示意框图。

具体实施方式下面结合附图说明本发明具体实施方式。

本发明如图5和图1所示，融矩阵和电源管理为一体的智能控制系统包括一个近端（具体为图示的控制中心）和若干个远端（具体为房间或区域，若干指一个或一个以上），所述近端设有一个或一个以上智能控制服务器设备，远端设有若干个功能设备例如但不限于显示设备E、传感器设备F、电动窗帘设备G及监控设备H；不同于图1现有技术的是，本发明智能控制系统如图5所示，所述近端和每一所述远端间通过一条专用线缆来进行该近端智能控制服务器设备和远端功能设备的电连接。该专用线缆如图2所示，包括用来传输调制信号的数据线缆2及另外至少两芯用来传输直流供电源的缆线3。所述缆线3和所述数据线缆2最好如该图所示均位于所述专用线缆的绝缘保护层1之内。所述数据线缆2例如但不限于包括绝缘屏蔽层21和位于该绝缘屏蔽层21之内的八芯线缆23，该八芯线缆23可以两两配对并通过一个十字形支架22来分隔。具体地，该数据线缆2可以优选为八芯CAT5e/6网线，并在图5所示的系统中，在该数据线缆2两端分别连接RJ45连接头。在其他实施例中，所述数据线缆2或许包括的是十芯线缆，只是本图2最佳专用线缆实施例将更易于取得成本优势。

为此，本发明还提出一种智能控制服务器设备，如图3所示，至少包括一用来连接专用线缆的接口端子；还包括提供各种内部控制信号的主控制模块，对外接收或发送以太网信号；还包括传输调制模块，将输入的各种信号包括视音频信号和来自所述主控制模块的以太网信号调制整合成调制传输信号，使该调制传输信号连通所述接口端子的一部分以进行输出。

该智能控制服务器设备至少还包括AC-DC电源变换模块，将输入的交流电源变换为供输出的直流供电源；所述接口端子另有至少两芯连通该直流供电源，使得本发明设备能提供外供直流源，例如5伏/12伏/18伏且具有较高功率的供电能力。有必要时，该AC-DC电源变换模块可电连接所述主控制模块，以在又一所述内部控制信号的控制下受控输出电流源。该AC-DC电源变换模块的直流输出还可以分路给本发明智能控制服务器设备内部使用。图7示意了该AC-DC单元变换模块的一个实施例：外部输入的交流电源经过一个AC-DC开关电源，输出一路18V/3A的直流电源，此直流电源再分两路经过DC-DC电源转换模块，一路输出12V/2A的直流电源，另一路输出5V/6A的直流电源。该三路一起输出的话，所述接口端子得有四芯连通该直流供电源，相应地，所述专用线缆绝缘保护层1和绝缘屏蔽层21之间的缆线得有四芯。所述AC-DC开关电源或DC-DC电源转换模块在现有技术中有多种实施方式，故不再在此详述。

所述视音频信号可以来自控制中心内的任一视频源设备，或来自全交换矩阵设备对多个视频源信号的选择输出。所述主控制模块可以从接收的以太网信号中解析获得用户指令，并进一步将控制命令或消息调制成以太网信号对外例如但不限于通过局域网进行发送。该主控制模块可以优选TI公司的芯片为主芯片来运行嵌入式Linux操作系统，用于局域网网络数据处理。这些均为现有技术，不再在此赘述或图示。

在另一优选实施例中，所述主控制模块对外接收/发送以太网信号可以被外部控制信号所替换。这些外部控制信号可以通过红外接口、RS232串口或GPIO接口以无线或有线的方式进行传输。进一步，如图4所示，本发明智能控制服务器设备还可以包括例如通过RS232串口或GPIO接口连接主控制模块的按键显示模块，把用户的操作命令输出给该主控制模块。

为使用现有材料来尽可能降低系统成本，图3中的所述传输调制模块最好采用HDBaseT技术调制芯片，如ValensSemiconductor半导体公司基于HDbaseT1.0规范的VS系列芯片；相应地，所述调制传输信号为可在八芯CAT5e/6网线上远程传输的HDBaseT调制信号。

为使控制中心布线尽量简化，从省掉全交换矩阵设备占用空间方面入手，本发明智能控制服务器设备还如图4所示包括矩阵单元模块，所述视音频信号是该矩阵单元模块在又一所述内部控制信号的控制下对输入该智能控制服务器设备的多路视音频信号进行选择切换控制并输出给所述传输调制模块的。该多路视音频信号来自于多个视频源设备。

而为了对该多个视频源设备或其它设备提供电源管理，本发明智能控制服务器设备还可以如图包括电源管理模块，在另一所述内部控制信号的控制下，对所述输入的交流电源（例如220V/50Hz交流电源）作开关控制，控制交流电源输出的通断。图6为该电源管理模块最佳实施例的原理框图，该实施例包括6路控制开关KG1～KG6，分别接收交流电源输入并提供交流电源输出；还包括通过控制信号连通所述控制接口模块的主CPU，例如但不限于采用TI的CC2530芯片，接收控制命令并通过一个GPIO扩展单元的扩展而提供给各个所述控制开关；还包括一个接收来自各个所述控制开关的状态信息的功耗采集单元，例如但不限于采用CS5490芯片，与所述主CPU通过一个UART扩展单元而互连，实现对各个控制开关的实时功耗采集。该实施例中的CC2530芯片还具有ZigBee扩展功能，可用于接收外部ZigBee信号进行相关电源管理控制。

如图4所示，本发明智能控制服务器设备还包括一连接所述主控制模块的Zigbee模块，接收或发送Zigbee传输信号。从而便于系统扩充实现ZigBee（紫蜂协议，是一种基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议）无线控制功能。因其为现有技术，例如TI公司有完整的实现ZigBee协议的芯片组方案，其原理及框图不在此赘述。

考虑到功能扩充的需求，本发明智能控制服务器设备还包括可以如图4所示包括控制接口模块，接收来自所述主控制模块的控制命令，并将该控制命令转换为所述各种内部控制信号，通过例如UART、I²C、红外接口或GPIO接口来与矩阵单元模块、电源管理模块或按键显示模块连接通讯；甚至转换为该智能控制服务器设备对外输出的若干控制信号，通过例如红外接口、RS232串口或GPIO接口进行传输。该控制接口模块可以采用例如Atmel公司的ATSAM3X系列芯片为主芯片，通过I²C接口来连接主控制模块，把I²C控制命令转换成相应的串口控制命令、红外控制命令或GPIO控制命令。因其连接为现有技术，其原理及框图不在此赘述。

下面结合图5以图4服务器设备为例的系统近端和远端连接示意图，举若干应用场景来详述本发明系统之工作流程实施例（实际上该图5中的近端也可以采用如图3所示的服务器设备再外加电源设备或矩阵设备），假设如图建筑物整体组网中远端第n（n为自然数）房间或区域包含灯光设备Kn、调制解调设备In、显示设备En和操控设备Jn（例如但不限于PAD客户端），传感器设备F、电动窗帘设备G和监控设备H被分置于第一、二和三房间/区域：

应用场景一、控制高清视频源在不同区域的播放/播放控制：

某个房间或区域的用户利用操控设备J，通过局域以太网发出控制命令（例如选择某个高清视频源的操作命令/显示端的播放、暂停、音量加减等控制命令）；本发明服务器设备A的主控制模块通过以太网接收该控制命令并解析，通过控制接口模块通知矩阵单元模块进行视频源的切换，或还通知按键显示模块通过LED数码管等进行状态显示；传输调制模块把通过主控制模块传递的以太网信号、通过控制接口模块而来的红外/串口/GPIO控制信号、来自矩阵单元模块的高清无损媒体信号，利用HDBaseT技术调制整合成调制传输信号进行输出；来自AC-DC电源变换模块的直流供电源与所述调制传输信号一起接入十芯专用单线缆而发送到指定房间或区域的调制解调设备I；经所述调制解调设备I解调后的高清视频信号通过HDMI接口发送到显示设备E上播放。经所述调制解调设备I解调后的控制信号可以通过红外/串口/GPIO发送到显示设备E上来实现显示端的相关播放控制。

应用场景二、进行视频源设备的电源管理控制：

某个房间或区域的用户利用操控设备J，通过以太网将控制命令（视频源端的通电管理控制命令）发送到本发明服务器设备A，主控制模块接收并解析命令，通过控制接口模块通知电源管理模块进行外部交流电源的通断操作，进而实现电源管理控制功能。

应用场景三、进行传感器检测并产生告警相关控制：

以第一房间或区域的传感器设备F检测到某些异常产生告警信号为例，本发明最佳实施例中传输调制模块采用所述HDBaseT技术的VS系列芯片时，还可以具备解调能力（即从回输的调制传输信号中解调生成以太网信号或控制消息送往所述主控制模块），因此该告警信号经过调制解调设备I1的调制后通过单线缆发送到本发明服务器设备A，经传输调制解调模块解调将告警信号发送到主控制模块，主控制模块根据告警信号相关内容来发出相关控制命令。所述传感器设备F通过所述单线缆取直流电。

应用场景四、进行电动窗帘控制：

以第二房间或区域的用户利用操控设备J2为例，通过以太网将控制命令（电动窗帘的启动/停止等控制命令）发送到控制中心的本发明服务器设备A，所述主控制模块接收并解析命令，通过控制接口模块将控制信号发送到传输调制模块，所形成的调制传输信号通过单线缆发送到该第二房间或区域的调制解调设备I2，解调后的控制信号通过例如GPIO接口发送到电动窗帘设备G上，进而实现电动窗帘控制功能。所述电动窗帘设备G通过所述单线缆取直流电。

应用场景五、进行监控设备的相关视频播放控制：

以第三房间或区域的用户利用操控设备J3为例，通过以太网将控制命令（监控设备的控制命令）发送到控制中心的本发明服务器设备A，所述主控制模块接收并解析命令，通过控制接口模块将控制信号发送到传输调制模块，所形成的调制传输信号通过单线缆发送到该第三房间或区域的调制解调设备I3，解调后的控制信号通过例如RS232串口发送到监控设备H上，进而实现控制功能。所述监控设备H通过所述单线缆取直流电。

应用场景六、进行Zigbee灯光控制：

设各房间或区域的灯光设备Kn支持ZigBee协议规范，用户可以利用操控设备Jn通过以太网将控制命令（灯光开关控制、调光控制等命令）发送到控制中心的本发明服务器设备A，所述主控制模块接收并解析命令，通过控制接口模块以例如RS232串口将控制信号发送到所述ZigBee模块，进而经过ZigBee无线网络将控制信号发送到该房间或区域，实现对灯光的控制功能。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的各种等效结构变换，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种融矩阵和电源管理为一体的智能控制系统，包括近端提供矩阵和电源管理控制的一个或一个以上智能控制服务器设备，还包括设置在若干个远端的若干个功能设备，其特征在于：

所述近端和每一所述远端间通过一条专用线缆来进行该近端智能控制服务器设备和远端功能设备的电连接；所述专用线缆包括用来传输调制信号的数据线缆及另外至少两芯用来传输直流供电源的缆线。

2.根据权利要求1所述融矩阵和电源管理为一体的智能控制系统，其特征在于：

所述用来传输直流供电源的缆线和所述数据线缆均位于所述专用线缆的绝缘保护层之内。

3.根据权利要求1或2所述融矩阵和电源管理为一体的智能控制系统，其特征在于：

所述数据线缆包括绝缘屏蔽层和位于该绝缘屏蔽层之内的八芯线缆；所述数据线缆为八芯CAT5e/6网线，该数据线缆两端连接有RJ45连接头。

4.一种智能控制服务器设备，包括提供各种内部控制信号的主控制模块，对外接收/发送以太网信号或外部控制信号；传输调制模块，将输入的各种信号包括视音频信号和来自所述主控制模块的以太网信号调制整合成调制传输信号进行输出；其特征在于：

还包括AC-DC电源变换模块，将输入的交流电源变换为供输出的直流供电源；

还包括一用来连接专用线缆的接口端子；该接口端子一部分连通所述调制传输信号，另至少两芯连通所述直流供电源。

5.根据权利要求4所述的智能控制服务器设备，其特征在于：

所述传输调制模块采用HDBaseT技术调制芯片，相应地，所述调制传输信号为HDBaseT调制信号；该传输调制模块还从回输的调制传输信号中解调生成以太网信号或控制消息送往所述主控制模块。

6.根据权利要求4所述的智能控制服务器设备，其特征在于：

还包括电源管理模块，在另一所述内部控制信号的控制下，对所述输入的交流电源作开关控制，控制交流电源输出的通断。

7.根据权利要求4所述的智能控制服务器设备，其特征在于：

还包括矩阵单元模块，所述视音频信号是该矩阵单元模块在又一所述内部控制信号的控制下对输入该智能控制服务器设备的多路视音频信号进行选择切换控制并输出给所述传输调制模块的。

8.根据权利要求4所述的智能控制服务器设备，其特征在于：

还包括控制接口模块，接收来自所述主控制模块的控制命令，并将该控制命令转换为所述各种内部控制信号。

9.根据权利要求8所述的智能控制服务器设备，其特征在于：

所述控制接口模块还将所述控制命令转换为该智能控制服务器设备对外输出的若干控制信号，通过红外接口、RS232串口或GPIO接口进行传输。

10.根据权利要求4所述的智能控制服务器设备，其特征在于：

还包括一连接所述主控制模块的Zigbee模块，接收/发送Zigbee传输信号。