CN105915415A - 基于ZigBee和Java平台的智能家居家庭网关及其建立方法 - Google Patents

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王志新
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Abstract

本发明提供了一种基于ZigBee和Java平台的智能家居家庭网关及其建立方法，包括：步骤1：利用ZigBee无线网络技术进行组网；步骤2：采用Windows运行环境下的Java编程平台实现家庭网关的信息交互。步骤1中将ZigBee协调点集成在家庭网关之中，并利用Windows系统内部Java程序通过USB串口与所述ZigBee协调点进行通信。本发明采用ZigBee无线网络技术进行组网，功耗低、安全性和可靠性高，抗干扰性好；家庭网关内部程序通过USB串口通信实现有效的信息交换，并通过从ZigBee协调点接收的数据，采集、统计家庭中每个用电设备的用电量，实现数据的本地保存与恢复，稳定性高，成本低。

Description

基于ZigBee和Java平台的智能家居家庭网关及其建立方法
技术领域
本发明涉及家庭网关技术领域，具体地，涉及一种基于ZigBee和Java平台的智能家居家庭网关及其建立方法。
背景技术
随着科技的不断发展，智能家居控制技术逐渐走进人们的日常生活。在智能家居控制系统中，家庭网关是起到核心组网作用的组件，家庭内部的智能插座或智能设备都要与家庭网关实现有效的信息交换，受家庭网关的控制，因此家庭网关在在整个系统中至关重要。通常的智能家居家庭网关具有结构复杂，功能性不强，组网稳定性不高的问题。
本发明提出一种基于ZigBee网络和Java平台的智能家居家庭网关，它结构简单，功能性强，组网稳定性高。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于ZigBee和Java平台的智能家居家庭网关及其建立方法。
根据本发明提供的基于ZigBee和Java平台的智能家居家庭网关建立方法，包括如下步骤：
步骤1：利用ZigBee无线网络技术进行组网；
步骤2：采用Windows运行环境下的Java编程平台实现家庭网关的信息交互。
优选地，所述步骤1包括：将ZigBee协调点集成在家庭网关之中，并利用Windows系统内部Java程序通过USB串口与所述ZigBee协调点进行通信；其中所述ZigBee协调点能够通过发送信息控制家庭智能插座或智能设备。
优选地，所述步骤2包括：
步骤2.1：实现Windows系统内部Java程序与ZigBee协调点之间的有效信息交换；
步骤2.2：实现网络连接，即实现家庭网关与公网服务器之间的有效信息交换；
步骤2.3：通过从ZigBee协调点接收的信息，分别采集、统计家庭中每个用电设备的用电量，并在本地数据库加以保存。
根据本发明提供的基于ZigBee和Java平台的智能家居家庭网关，包括：ZigBee模块、Java平台模块，所述ZigBee模块用于实现无线组网；其中Java平台模块设置在Windows系统内部，当在Windows运行环境下时，所述Java平台模块通过USB串口实现与ZigBee模块协调点之间的信息交互。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明中的网关采用ZigBee无线网络技术进行组网，功耗低，安全性、可靠性高，抗干扰性好，成本低。
2、本发明将ZigBee协调点集成于智能家居家庭网关之中，与家庭网关内部程序通过USB串口通信实现有效的信息交换，结构简单，稳定性好。
3、本发明中的家庭网关内部程序依靠Java平台编写，实现与ZigBee协调点和公网服务器的数据交换，简单易用，稳定性高。
4、本发明中的家庭网关通过从ZigBee协调点接收的数据，采集、统计家庭中每个用电设备的用电量，并实现数据的本地保存与恢复，功能性强。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为应用本发明提供的基于ZigBee和Java平台的智能家居家庭网关的系统结构拓扑图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明的提供的基于ZigBee网络和Java平台的智能家居家庭网关及其建立方法，包括如下步骤：
步骤S1：利用ZigBee无线网络技术进行组网；
其中ZigBee协调点集成在家庭网关之中能够同Windows系统内部Java程序通过USB串口通信，而家庭内部的智能插座或智能设备都必须接收ZigBee协调点发来的信息，并受ZigBee协调点控制。
步骤S2：采用Windows运行环境下的Java编程平台实现家庭网关的信息交互；
步骤S2.1：与ZigBee协调点进行USB串口通信，实现有效的信息交换；
步骤S2.2：实现网络连接，即与公网服务器进行有效的信息交换；
步骤S2.3：通过从ZigBee协调点接收的数据，分别采集、统计家庭中每个用电设备的用电量，并在本地数据库加以保存；
步骤S2的方式有利于用户用电数据的保存和恢复，并具有简单，面向对象，稳定，解释型，多线程，动态等特点。
具体地，如图1所示，将本发明提供的家庭网关应用在智能家居控制系统时，包括如下步骤：
步骤A1：家庭网关通过Java平台，利用TCP协议下的Socket通信，实现与公网服务器的连接，以便进行必要的信息交换。
具体地，在整个智能家居控制系统中，用户可以使用手机客户端APP对系统中的终端进行控制，那么手机客户端APP与家庭网关之间的信息交换通过公网服务器的中介来实现。当手机客户端APP需要对设备进行监控时，向公网服务器发送信息，进而家庭网关接收到相关信息并进行相应的处理；当家庭网关有信息需要传递给手机客户端APP时，同样需要发送信息向公网服务器进行中转。
步骤A2：家庭网关集成有ZigBee协调点，实现家庭内部ZigBee网络的组网，ZigBee协调点通过Java运行环境中的rxtx串口通信与网关内部Java程序进行有效的信息交换。
具体地，家庭中的若干智能插座或智能设备终端集成有CC2530芯片，家庭网关可以通过ZigBee网络向这些智能设备发送信息，智能设备接收到信息后，返回相应的设备状态(包括电压、电流、功率、频率和功率因数)。例如，家庭网关通过ZigBee网络向智能设备发送信息@C1#，这代表家庭网关向一号设备请求电能数据信息。在1号智能设备确认接收到家庭网关发送的信息后，立刻通过内部的电能计量芯片采集当前时刻的电能数据，并将数据整合成一条信息返回至ZigBee协调点，协调点通过rxtx串口通信将信息返回至系统内部程序中。
如返回信息为：A1@220.0@0.100@22.00@50.00@1.000，则表示当前设备为1号设备电能信息，当前电压为220.0V，电流为0.1A，功率为22W，频率为50.00Hz，功率因数为1.0。系统内部程序收到这条信息后，一方面将这条信息通过TCP协议下的Socket通信传递至公网服务器，由公网服务器对这条信息进行转发或存储，另一方面在本地对当前时刻的设备电能信息进行存储。
步骤A3：家庭网关定时(如每隔15分钟)向家庭中设定的每一个智能设备发送电能数据查询信息，并通过家庭能耗算法计算各个智能设备每天的用电量，在本地进行相应的数据存储和备份。
具体地，当前时刻记为T1，家庭网关收到智能设备终端返回的电能信息，此时当天，该设备已用电量为A(单位：J)，那么下一个采样时刻T2，家庭网关收到智能设备终端返回的电能数据，取其中的功率数据，设为P(单位：W)，假设该时间段足够小，那么时间段内的功率可以近似认为恒为P。此时需要首先判断T1与T2两时刻是不是在同一天(即中间有没有跨过0点)。若两个时刻是一天之中的两个数据(即中间没有跨过0点)，那么到T2时刻，该设备在当天的用电量已经变为A+P*(T2-T1)(单位：J)；若两个时刻之间相差一天(即中间跨过0点时刻)，那么前一天的用电量为A+P*(T3-T1)(其中，T3为前一天最后时刻，最终结果单位为J)，对于第二天的用电量，应该置为A+P*(T2-T4)(其中，T4为第二天最初时刻，最终结果单位为J)。如此算法循环往复，家庭网关就可以根据智能设备终端定时返回的电能信息，计算每一天的设备用电量，并在得到设备前一天用电量的时刻对前一天的用电量在本地进行存储与备份。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (4)

1.一种基于ZigBee和Java平台的智能家居家庭网关建立方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：利用ZigBee无线网络技术进行组网；
步骤2：采用Windows运行环境下的Java编程平台实现家庭网关的信息交互。
2.根据权利要求1所述的基于ZigBee和Java平台的智能家居家庭网关建立方法，其特征在于，所述步骤1包括：将ZigBee协调点集成在家庭网关之中，并利用Windows系统内部Java程序通过USB串口与所述ZigBee协调点进行通信；其中所述ZigBee协调点能够通过发送信息控制家庭智能插座或智能设备。
3.根据权利要求2所述的基于ZigBee和Java平台的智能家居家庭网关建立方法，其特征在于，所述步骤2包括：
步骤2.1：实现Windows系统内部Java程序与ZigBee协调点之间的有效信息交换；
步骤2.2：实现网络连接，即实现家庭网关与公网服务器之间的有效信息交换；
步骤2.3：通过从ZigBee协调点接收的信息，分别采集、统计家庭中每个用电设备的用电量，并在本地数据库加以保存。
4.一种基于ZigBee和Java平台的智能家居家庭网关，其特征在于，包括：ZigBee模块、Java平台模块，所述ZigBee模块用于实现无线组网；其中Java平台模块设置在Windows系统内部，当在Windows运行环境下时，所述Java平台模块通过USB串口实现与ZigBee模块协调点之间的信息交互。
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