CN106169976A

CN106169976A - 一种基于新型智能家庭网关的服务系统

Info

Publication number: CN106169976A
Application number: CN201610212873.8A
Authority: CN
Inventors: 胡成云; 程翔
Original assignee: Peking University
Current assignee: Peking University
Priority date: 2016-04-07
Filing date: 2016-04-07
Publication date: 2016-11-30

Abstract

本发明公开了一种基于新型智能家庭网关的服务系统，包括智能网关和基于此网关的一整套服务系统。包括了智能家庭网关和与其连接的数据前端模块、云端服务器和手机客户端组成。智能家庭网关与Internet网络相连接，其协议解析模块可以完成同时对Wi‑Fi、蓝牙和ZigBee等三种协议的解析，并将解析后的数据转发至云端服务器。云端服务器可以对智能家居内数据进行数据挖掘，然后自动控制设备。同时可以通过手机客户端对家居内设备进行远程监控与控制。本发明提供的一种基于新型智能家庭网关的服务系统，协议解析功能强；可扩展性高；交互方便；抗干扰能力强。

Description

一种基于新型智能家庭网关的服务系统

技术领域

本发明涉及物联网和智能家居技术领域，特别是涉及一种可以同时解析蓝牙、Wi-Fi和ZigBee三种协议的家庭网关设备，并基于该网关设备的一整套智能家居解决方案。

背景技术：

随着信息技术和物联网技术的发展，家庭智能化、自动化逐渐成为物联网技术发展的主要应用方向。在智能家居中，整个系统的感知层往往有许多个传感器感知节点以及包含传感器节点的设备组成，同时通过部署多种制式的无线传输和有线传输通信模块，这些数据采集节点或终端组成了系统的数据前端模块，系统中众多的前端模块需要将各自采集的信息传输到云端服务器，对数据进行统一的处理分析，才能对智能家居内的服务进行更好的支撑，从而实现智能家居环境下智能设备的自动化运行，为用户提供性化服务。同时，由于网络制式不同，部分制式传输距离比较近，数据前端模块不具备直接将数据信息直接传输给云端服务器，而需要网关平台这一信息传输的中枢，统一将信息采集过来并对数据进行协议解析，统一封装后上传到云端服务器。

目前国内外各大科技巨头公司均在智能家居有所布局，众多企业均制定了自己的解决方案，使得智能家居缺少统一的平台，各个厂商推出的产品所采用的协议也有所不同。目前，Bluetooth、Wi-Fi和ZigBee成为智能设备主要采用的通信协议，三者均具有不同的优势，所以智能设备厂商会根据智能设备的具体功能采用不同的通信协议，这就造成了家居环境中存在众多不同协议的智能设备。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种智能家居网关以及基于该网关的智能家居服务系统。该网关可以对不同协议的设备进行数据解析，同时支持Bluetooth、Wi-Fi和ZigBee三种协议，能够预处理一些中间数据及结果。基于此网关与服务器、数据前端模块和手机客户端可以组成一个服务系统，为用户提供相关服务。

本发明的家居智能网关，包括ARM9核心板、电力线载波通信模块、语音采集模块、多种接口、协议解析模块、数据存储模块、网卡通信模块和液晶显示屏等组成，操作系统采用Android系统。

所述ARM9核心板采用三星Exynos 4412处理器，采用cortex-A9架构，主频1.5GHz，16GB eMMC闪存。

所述电力线载波通信模块，可以使得别墅等大面积跨楼层的家庭环境下，短距离无线通信通信质量不佳的情况下，通过电力线载波通信方式进行信息交互传输。

所述语音采集模块，可以采集人发出的指令，与ARM9核心板相连接，将声音信号传入到核心板。

所述接口模块，包含UART、COM、Mini-USB、RJ45。所述RJ45网口接口，可以连接互联网使得网关数据可以与网络云端服务器相连；所述Mini-USB接口，可以方便扩展，接入其他USB接口的存储介质；所述UART、COM接口与协议解析模块相连接。

所述多种协议解析模块包含Bluetooth、Wi-Fi和ZigBee三种协议解析模块。Bluetooth模块采用TI CC2541芯片解决方案的主机模式；Wi-Fi模块采用TI CC3200芯片解决方案的Station模式；ZigBee模块采用TI CC2530芯片解决方案的协调器模式。所述三个模块，均通过COM接口与ARM9核心板相连接，一直处于监听模式，监听并接收不同协议的前端节点传输过来的数据，并对数据进行拆包解析。

所述数据存储模块，采用SD卡对网关解析的初步处理数据和结果进行存储，可以降低服务器的一些处理负担。

所述网卡通信模块，采用SDIO接口，基于Marvell 8868芯片的SD Wi-Fi模块。可以在无法通过RJ45网口插网线的情况下，采用无线Wi-Fi模式与互联网相连接。

所述液晶显示屏幕，采用7寸电容屏，可以在Android系统下对网关进行操作。

所述家庭智能网关，采用开源的Android系统，方便开发，网关主要逻辑运行程序有Android客户端程序支撑，用户通过Android下的网关客户端，可以方便对网关进行触摸或者语音或者是规则下的触发操作。

所述网关可以直接与配套的手机APP进行连接，进行直接控制。同时，所述网关也可以通过云端服务器与手机APP进行交互。

所述数据前端模块，即为包含短距离无线通信技术的一些智能终端设备，包括但不限于Wi-Fi、ZigBee和蓝牙4.0等技术。该数据前端模块可以采集设备的状态和功能的有关信息，同时，也包括可以采集环境和其他状态参数的信息。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、所述网关采用Android开源系统，方便对网关个性化服务进行定制和升级，易于操作，Android系统对语音处理和识别的功能强大，便于进行语音控制，操作简单。

2、所述网关采用了三种协议解析方案，可以同时解析目前市场是几乎所有的智能设备，具有优秀的兼容能力。

3、所述网关采用RJ45网线接口、Wi-Fi模块和电力线载波通信模块等三种方式满足设备与互联网之间的上传通路和网关设备与网关设备之间的通信。

4、所述网关可以使用手机APP与网关进行直接交互，达到监控与设置的目的。

5、所述基于该网关的服务系统与云端服务器相连接，云端服务器可以对采集的数据进行分析挖掘，为用户推荐服务。

本发明对于网关制造商和用户都有着重大的意义。本发明能够使得网关制造商，在系统定制方面有着高效的开发周期和及时的软件更新，对于用户来讲，具有优秀的体验，能够使得家居中的设备更加易于管理。

附图说明：

图1是基于本发明的一种家庭网关的结构框图；

图2是基于本发明的智能家居服务系统；

具体实施方式：

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1，示出了本发明一种智能家庭网关结构框图，具体包括：ARM9核心板101、电力线载波通信模块102、Bluetooth协议解析模块1031、ZigBee协议解析模块1032、Wi-Fi协议解析模块1033、语音采集模块104、接口模块105、无线网卡通信模块106和数据存储模块107，所述ARM9核心板101均与其他模块相连接。

所述ARM9核心板101，采用基于Quad Cortex-A9架构的Samsung Exynos4412处理器，运行主频1.5GHz，具备1GB DDR3RAM内存，4GB eMMC闪存。所述ARM核心板运行Android5.0系统，运行定制的Android软件，启动后对家居环境下的不同协议下的前端节点数据信息进行监听，对于接收过来的数据进行解析，并且封装打包，发送到云端服务器，以便服务器对数据进行数据挖掘。同时，系统监听来自局域网下的手机发来的信息或者由手机向云端服务器发送并转发至智能网关的指令，对来自局域网下手机或者云端服务器的请求数据进行解析，并转发给前端节点，进一步前端节点根据请求命令做出相应响应。

所述电力线载波通信模块102，如图2，采用SC1128芯片，通过电力线可以与家居环境下其他的网关进行数据通信。尤其在别墅或者复式楼房情景下，不同楼层之间的网关的数据通信。

所述协议解析模块包含Bluetooth协议解析模块1031，ZigBee协议解析模块1032、Wi-Fi协议解析模块1033。Bluetooth协议解析模块1031，采用TI CC2541芯片，运行在主机模式下，能够对家居环境下的蓝牙节点信息进行采集以及控制；ZigBee协议解析模块1032，采用TI CC2530芯片，运行在协调器模式下，能够对家居环境下的ZigBee节点进行信息采集以及控制；Wi-Fi协议解析模块1033，采用TI CC3200芯片，运行在站点模式下，能够对家居环境下的Wi-Fi节点进行信息采集以及控制。所述的协议解析模块，是通过网关接口模块105中的串口来进行连接到ARM9核心板101中。

所述，语音采集模块104，采用LD3320芯片，能够对用户发出的指令进行解析，并传输给ARM9核心板，或将采集的语音信号直接传输给ARM9核心板运行的Android系统，在系统中运用软件的相关技术手段对语音进行处理，达到语音识别与控制的功能。

所述接口模块105，包含UART、COM、Mini-USB、RJ45等接口。UART接口，可以直接与外部调试计算机相连接，方便开发调试；COM接口作为ARM9核心板101与协议解析模块1031、1032、1033的连接桥梁；Mini-USB接口，作为调试Android系统的专用接口，同时可以作为网关扩展功能的预留接口；RJ45以太网接口，作为网关与互联网连接的接口，使得网关采集的数据可以通过该接口传输到云端服务器。

所述无线网卡模块106，使得家庭网关可以在家居环境不方便布线的情景下，方便接入互联网，使得数据可以上传，并接收来自服务器的命令数据。

所述数据存储模块107，主要包含SD卡与ARM9核心板101相连接，存储网关初步处理的一些中间数据与结果。

参考图2，在所述以智能网关为基础的系统中，包含智能家庭网关201，不同协议的前端节点2021、2022、2023，家居环境下的路由器203，云端服务器204，手机终端205。

所述智能家庭网关201，安装在家居环境的墙体上，通过网线或者自身无线网卡模块106与家居环境中的路由器203相连接，使得智能家庭网关可以通过互联网与云端服务器保持联通状态；智能家庭网关一直处于监听模式，监听前端节点2021、2022、2023等不同协议的数据，拆包解析进行初步的处理，进一步的保存在网关的存储模块107中，进一步的将处理结果打包成以太网的格式，上传到云端的服务器中；同时，进一步网关也监听来自于云端服务器的指令数据，然后转发给相应的前端节点。

所述数据前端模块2021、2022、2023，可以是三种不同协议的数据前端模块，分别是Bluetooth、Wi-Fi和ZigBee。数据前端模块可以采集包含但不限于温度、湿度、烟雾、PM2.5、设备状态、智能穿戴设备等信息，然后按照各自的协议格式发送给智能家庭网关201。

所述云端服务器204，存储来自智能家庭网关201的处理数据，进一步的对数据进行数据挖掘，然后将服务数据命令转发给网关，进一步的可以实现家居环境下设备的自适应功能；云端服务器同时可以接受手机终端设备205的查看家居环境下设备状态、环境状态等信息，将数据信息返回给手机终端，同时可以接受手机终端对家居环境下的智能设备发出的控制指令，云端服务器204将命令转发给智能家居网关201，进而实现手机终端对家居环境下的智能设备的控制。服务器对于接收到的设备数据信息进行分析挖掘，可以为用户提供推荐服务。

所述手机终端设备205，可以通过访问互联网对云端服务器204进行数据请求与命令发送；同时，在家居环境局域网下，手机终端205可以直接与智能家居网关201相连接，进而进行数据请求与命令发送。

以上所述实例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体详细，但不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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。因此，本发明的保护范围应该以所附权利要求为准。

Claims

1.一种基于新型智能家庭网关的服务系统，智能网关包括ARM9核心板、电力线载波通信模块、语音采集模块、多种接口、协议解析模块、数据存储模块、网卡通信模块和触摸液晶显示屏等组成。服务系统包括所述智能网关、云端服务器、前端数据模块和手机客户端。

2.根据权利1所述的智能家庭网关，其特征在于，所述核心处理器采用包含SamsungExynos4412处理器的ARM9核心板。

3.根据权利1所述的智能家庭网关，其特征在于，所述网关含有的电力线载波通信模块可以与同一环境下的网关通过电力线载波通信模块进行信息传输。

4.根据权利1所述的智能家庭网关，其特征在于，所述网关的协议解析模块可以同时对Bluetooth、ZigBee和Wi-Fi等三种短距离无线通信协议进行解析并对数据进行封包。

5.根据权利1所述的智能家庭网关，其特征在于，所述网关包含一块触摸液晶屏，且运行Android系统，用户可以直接与所述网关交互。

6.根据权利1所述的智能家庭网关，其特征在于，所述网关包含语音采集模块，用户可以用语音进行交互。

7.根据权利1所述的基于所述智能家庭网关的服务系统，其特征在于，用户可以通过所述手机客户端通过所述云端服务器查看或者控制家居环境下的智能设备和数据前端模块。

8.根据权利1所述的基于所述智能家庭网关的服务系统，其特征在于，所述云端服务器可以对所述网关上传的数据进行数据分析、挖掘，并把结果反馈给数据前端模块。