CN105703980A - 一种低功耗的智能家居装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于蓝牙通信技术应用领域，具体是一种低功耗的智能家居管理装置及其控制方法。系统主要硬件包括移动终端、显示屏、蓝牙芯片、处理器、电源管理电路、信号采集电路、键盘。用户可以通过移动终端（1）蓝牙与智能家居管理盒子（3）通信，家居管理盒子负责与家电低功耗蓝牙组网，并进行智能管理家用电器House Appliances（2）（HA1-HA6）。移动终端则可以通过配置家居管理盒子来统一管理家用电器HA。通过蓝牙时分配对通信来实现组网，一个处理器管理一个或多个从设备，更好的实现了低功耗的电源管理。这样的系统可以实现：低功耗，低成本，信道干扰小，电磁辐射小，信息安全等特点。

Description

一种低功耗的智能家居装置及其控制方法

技术领域

本发明属于蓝牙通信技术应用设计领域，涉及一种低功耗的智能家居装置及其控制方法，应用于智能家居的设计。具有低功耗，分级管理，成本低廉，抗干扰，信息安全等特点。

背景技术

随着物联网的热潮的袭卷，近期各类智能家居在悄然崛起。云平台的新家电初试市场方向，现有一般采用基于Wi-Fi的通信控制方案。现在几乎人人手里都有一台智能手机，手机均集成有Wi-Fi的通信与蓝牙的通信功能，如果采用zigbee低功耗方案，面临的缺点是方案难以推广开来。

在家里大家一般会采用Wi-Fi联网，但一个房间里的家电都是覆盖了Wi-Fi信号，多个Wi-Fi会在信道直接之间产生信道干扰，不仅影响上网体验，Wi-Fi设备的耗电要比蓝牙BLE和Zigbee大得多，而且电磁波辐射也大。

相比之下，后起之秀的低功耗蓝牙BLE避开了以上的缺点，也在功耗做的比zigbee功耗还要低。理论上一个纽扣电池可以给BLE芯片供电一年以上，从能量角度可见射频辐射之小。BLE发射功率小不代表其覆盖范围小，因为BLE的灵敏度一般是在-90dbm到-70dbm之间，更高效的利用了发射能量。平时手机蓝牙是闲置的，也不会因连接家电而占用了Wi-Fi上网体验。在蓝牙协议里头，蓝牙BLE在2.4G的公共的39个信道上进行通信，蓝牙BLE具有自适应跳频，可以避开受到干扰的信道。同时仅采用3个信道进行广播，建立蓝牙间的连接仅需3ms。有一缺点是BLE只能进行以1主机8个从机的星型组网。但在这里方案中可以通过时分快速配对组网，那样可组起多个从机，BLE缺点可以不考虑了。

还有一点就是安全问题，人们越来越关心信息泄露之类的安全问题。Wi-Fi在信息方面加密没BLE做的好。BLE在数据传输方面做了AES128加密，更好的保证了信息安全。

发明内容

本发明的目的主要为降低智能家居中控制装置的功耗，也为解决智能家居的成本、信息安全、抗干扰能力以及解决蓝牙多设备组网问题。这种蓝牙组网管理方案更具考虑人体健康，贴近绿色生活。

本发明的创新内容要解决上述技术问题所采用的技术方案是这样实现的：该低功耗的智能家居管理装置主要由移动终端，家居智能管理盒子还有家用电器组成。

在智能家居组网上，移动端与家居智能管理盒子之间采用蓝牙通信，不同手机支持的蓝牙2.0和4.0等，因为要考虑到蓝牙兼容性的问题，所以智能盒子采用的是双模的4.0蓝牙芯片，这样可以做到与各个版本的蓝牙都兼容。智能盒子与家用电器之间均采用BLE通信，家用电器上只需集成单模的BLE芯片，可以很好的降低成本和功耗。

在蓝牙配对方面，BLE可以实现与指定的BLEMAC地址配对，可以在3ms内快速建立连接，也具有较长时间的呼叫等待和唤醒功能。本发明采用一种时分配对组网的方法，具体是通过家居智能管理盒子，依次自动与家居电器蓝牙设备进行配对并传输数据。比如在20ms内传完控制数据，即可断开已连接蓝牙，寻找另一蓝牙MAC进行配对并进行数据传输。

在功耗控制和成本方面，BLE本身具有其低功耗之称，为了低功耗，选择低数据量传送的方案，这样也芯片内部缓存区的容量便可减少，芯片的成本也降了下来。但在这个方案中可以做到更加低功耗，甚至超低功耗。一般BLE发射功率：8dBm约0.6mw，但发射只是在短时间几毫秒内完成数据传输的，而家电不需要时时刻刻都要保持与智能盒子通信，比如可以在两秒内实现一次20ms的数据连接。耗电功率上应该是P=20*0.6mw/2000=0.006mw，可见功率是如此的小。智能管理盒子依次采集家电数据，理论上采集几十台家用电器不是问题。

在信息安全方面，BLE采用AES128加密技术，在通信方面也是采用跳频的方法，一般很难破解信息，保证家居用电信息安全。

与现有技术方案相比，采用本发明所述的设计方案，可以达到以下技术效果：

1、低功耗系统，长期使用家电时大大减小附加的耗电量，更加节能；

2、手机管理简单，仅需连接家居管理盒子，就可进行操作所有家用电器；

3、家居蓝牙组网更加安全，不易被截取信息与恶意操作。

附图说明

附图给出该智能家居管理装置的组网示意图：

图1是一种低功耗的智能家居管理装置：

图2是家居智能管理盒子的内部设计：

图3是家用电器内部控制与通信电路：

附图1标记说明：1、移动终端；2、家用电器；3、家居智能管理盒子；

附图2标记说明：4、家居智能管理盒子处理器MCU；5、键盘；6、电源管理和保护电路；7、OLED显示屏；8、双模蓝牙4.0；

附图3标记说明：9、家用电器（HA1-HA6等）处理器MCU；10、控制电路；11、用电采集电路；12、按键；13、OLED显示屏；14、蓝牙BLE芯片。

具体实施方式

下面结合附图，对本方案的发明为解决智能家居的低功耗、信息安全、抗干扰能力以及解决蓝牙多设备组网等技术问题做进一步说明：如图1，家居智能管理盒子3与家用电器2（例如HA1-HA6）进行时分配对，进行组网。以一个主机与多个从机独立互相配对，短时间内进行数据传输结束后，保持长时间断开，等待下一次连接。智能管理盒子3可以定时采集家电的用电情况，对其进行合理管理与任务分配，其内部硬件如图2，由处理器MCU4、键盘5、电源管理与保护电路6、OLED显示屏7、双模蓝牙4.08组成。家用电器2的内部则需要一块如图3的硬件电路模块。该模块负责根据用户的设定，进行自动化管理家用电器的使用，其内部电路控制模块由处理器MCU9、控制电路10、用电采集电路11、按键12、OLED显示屏13、蓝牙BLE14组成。

通过智能互动，这个家居管理装置，可以很大程度上解决了没必要的功耗，手机也无须时时刻刻连接家用电器，实现分级控制，使得系统更加稳定，更加实用。

Claims (4)

1.一种低功耗的智能家居管理装置，其特征在于包括：移动终端（1）、家居智能管理盒子（3）、家用电器（2）三大部分组成；移动终端（1）可以为手机或者平板电脑；家居智能管理盒子（3）由处理器MCU（4），键盘（5），电源管理和保护电路（6），OLED显示屏（7）和双模蓝牙4.0（8）构成，其中，键盘（5）和OLED显示屏（7）连接到处理器MCU（4）的I/O接口，双模蓝牙4.0（8）分别连接到处理器MCU（4）的UART硬件接口，电源管理和保护电路（6）给单板供电和保护；家用电器（2）由处理器MCU（9），控制电路（10），用电采集电路（11），按键（12），OLED显示屏（13）和蓝牙BLE芯片（14）构成，其中，控制电路（10）、用电采集电路（11）、按键（12）和OLED显示屏（13）分别连接到处理器MCU（9）的I/O接口，蓝牙BLE芯片（14）连接到处理器MCU（9）的UART硬件接口；

一种低功耗的智能家居管理装置的控制方法，移动终端（1）通过APP友好界面，连接到智能管理盒子（3），可以查看家用电器（2）使用情况，并且配置家用电器（2）使用；家电智能管理盒子（3）与家用电器（2）互相通信，根据手机端的设置，控制家用电器（2）（即使手机断开连接后，智能管理盒子保持管理家电）；家用电器（2）将其用电信息通过蓝牙BLE（14）传给智能管理盒子（3），智能管理盒子（3）也将控制命令发给家用电器（2）；采用时分配对组网，可以及时实现网内通信，蓝牙BLE也不需要实时连接，只在需要传输数据时进行连接通信。

2.根据权利要求1所述的一种低功耗的智能家居管理装置的控制方法，其特征在于基于双模蓝牙4.0（8）与低功耗蓝牙（14）的时分配对通信控制方案。

3.根据权利要求1所述的一种低功耗的智能家居管理装置，其特征在于手机终端（1）远程配置家居智能管理盒子（3）的友好操作，间接地统一管理所有家电。

4.根据权利要求1所述的一种低功耗的智能家居管理装置，其特征在于家电显示屏采用OLED，在耗电方面更加节能。