CN106285420A - 智能门窗通信系统 - Google Patents

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周锐
曾传礼
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Chengdu Yi Hui Home Technology Co., Ltd.
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Chengdu Sichuan Anxiang Enterprise Management Ltd
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B7/00—Special arrangements or measures in connection with doors or windows
    • E06B7/28—Other arrangements on doors or windows, e.g. door-plates, windows adapted to carry plants, hooks for window cleaners
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/70—Services for machine-to-machine communication [M2M] or machine type communication [MTC]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks

Abstract

本发明公开了一种智能门窗通信系统，包括：若干个智能门窗，每个智能门窗上设置第一ZigBee无线通信模块；智能家用电器，包括空调、电灯、空气净化器、音响和电视，每个房间的智能家用电器由1个红外控制器控制，每个红外控制器上设置第二ZigBee无线通信模块；若干个传感器，其包括风雨传感器、温度传感器、湿度传感器、煤气传感器、空气质量传感器和人体传感器，每个传感器上设置第三ZigBee无线通信模块；由服务器构成的中央控制器，其设置有第四ZigBee无线通信模块；智能门窗、红外控制器、传感器及中央控制器均为终端节点，每个终端节点与其他终端节点通过对应的ZigBee无线通信模块进行通讯。本发明涉及的通信系统组网能力强且容量大。

Description

智能门窗通信系统
技术领域
本发明涉及通信系统，尤其是涉及智能门窗通信系统。
背景技术
目前短距离无线通信技术主要有两种，即蓝牙技术与WiFi技术。
蓝牙：在蓝牙技术的使用过程中，人们发现蓝牙技术尽管有许多优点，但仍存在许多缺陷。对家庭自动化控制领域而言，蓝牙技术太复杂，功耗大，距离近，组网规模太小等。而工业自动化，对无线数据通信的需求越来越强烈，而且，对于工业现场，这种无线传输必须是高可靠的，并能抵抗工业现场的各种电磁干扰，由于蓝牙传输协议和其他2.4G设备一样，都是共用这一频段的信号，这也难免导致信号互相干扰的情况出现。
WiFi：WiFi是基于IP技术的高速率无线通信方案，但IP技术过于复杂，不适合低功耗、资源受限的无线传感器网络。
移动WiFi无线网络在其覆盖的范围内，它的信号会随着离节点距离的增加而减弱，而且无线信号容易受到建筑物墙体的阻碍，无线电波在传播过程中遇到障碍物会发生不同程度的折射、反射、衍射，使信号传播受到干扰，无线电信号也容易受到同频率电波的干扰和雷电天气等的影响，这些都会造成网络信号的不稳定和速率下降，而且，WiFi网络由于不需要显式地申请就可以使用无线网络的频率，因而网络容易饱和而且易受到攻击。
WiFi的组网能力低，扩展空间受限制。目前WiFi网络的实际规模一般不超过16个设备，而普通家庭内开关、电灯、家电的数量已经远远超过16个了，显然基于WiFi技术的智能家居系统可以连接的设备数量非常有限，未来发展空间受限。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种组网能力强且容量大的智能门窗通信系统。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种智能门窗通信系统，其特征在于，包括：
若干个智能门窗，每个智能门窗上设置第一ZigBee无线通信模块；
智能家用电器，其包括空调、电灯、空气净化器、音响和电视，每个房间的智能家用电器由1个红外控制器控制，每个红外控制器上设置第二ZigBee无线通信模块；
若干个传感器，其包括用于检测室外是否刮风下雨的风雨传感器、用于检测室内温度的温度传感器、用于检测室内湿度的湿度传感器、用于检测室内是否存在煤气泄露的煤气传感器、用于检测室内空气质量的空气质量传感器和用于检测室内外否有人的人体传感器，每个传感器上设置第三ZigBee无线通信模块；
由服务器构成的中央控制器，其设置有第四ZigBee无线通信模块；
其中，智能门窗、红外控制器、传感器及中央控制器均为终端节点，每个终端节点与其他终端节点通过对应的ZigBee无线通信模块进行通讯。
作为优选：中央控制器通过2G/3G/4G/WiFi网络接于房主的便携式移动设备，便携式移动设备包括手机、平板。
作为优选：第一、第二、第三及第四ZigBee无线通信模块均包括微处理单元、射频发射/接收单元及电源，射频发射/接收单元接于微处理单元，电源用于给微处理单元与射频发射/接收单元供电。
作为优选：智能门窗通过动力装置驱动以开闭，动力装置通过第一ZigBee无线通信模块与中央控制器的第四ZigBee无线通信模块通讯。
作为优选：在第一ZigBee无线通信模块与中央控制器的第四ZigBee无线通信模块距离较远或者中途阻挡障碍较多时，第一ZigBee无线通信模块可以通过其他任意多个第二、第三无线通信模块将信号传送至第四ZigBee无线通信模块。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：(1)本发明将彻底解决WIFI信号覆盖盲区，将每一个门窗终端节点都作为路由，像烽火般逐个节点进行传递，门窗与门窗之间直线连网，门窗与控制器之间也直线连网，组成一个全联网拓扑结构。另外，由于本发明采用的是IEEE 802.15.4通信协议，并不基于IP技术，最多可组成65000个节点的大网，即一个家庭最多可以允许65000个门窗终端接入，容量大。相比WIFI却只能管理16个节点。(2)本发明通信系统智能化程度较高，提高了用户体验。
附图说明
图1为实施例中智能门窗通信系统示意图。
附图标记说明：1智能门窗，2传感器，3红外控制器，4中央控制器，5智能家用电器，6便携式移动设备。
具体实施方式
参见图1，一种智能门窗通信系统，包括若干个智能门窗，每个智能门窗上设置第一ZigBee无线通信模块；智能家用电器包括空调、电灯、空气净化器、音响和电视，每个房间的智能家用电器由1个红外控制器控制(每个房间的智能家用电器根据需要布置，例如单个或者多个智能家用电器)，每个红外控制器上设置第二ZigBee无线通信模块；传感器包括用于检测室外是否刮风下雨的风雨传感器、用于检测室内温度的温度传感器、用于检测室内湿度的湿度传感器、用于检测室内是否存在煤气泄露的煤气传感器、用于检测室内空气质量的空气质量传感器和用于检测室内外是否有人的人体传感器，每个传感器上设置第三ZigBee无线通信模块；由服务器构成的中央控制器上设置有第四ZigBee无线通信模块；其中，智能门窗、红外控制器、传感器及中央控制器均为终端节点，每个终端节点与其他终端节点通过对应的ZigBee无线通信模块进行通讯。
智能家电与对应的红外控制器单线联系，红外控制器通过第二ZigBee无线通信模块与其他终端节点组网。
需要说明的是，第一、第二、第三及第四ZigBee无线通信模块为同级同类的通信模块。
中央控制器通过2G/3G/4G/WiFi网络接于房主的便携式移动设备，便携式移动设备包括手机或者PDA(平板电脑)。利于房主通过便携式移动设备管控家居设备。
第一、第二、第三及第四ZigBee无线通信模块均包括微处理单元、射频发射/接收单元及电源，射频发射/接收单元接于微处理单元，电源用于给微处理单元与射频发射/接收单元供电。
智能门窗通过动力装置驱动以开闭(动力装置可以是电机，由动力装置驱动以实现自动开闭的智能门窗可参考现有技术)，动力装置通过第一ZigBee无线通信模块与中央控制器的第四ZigBee无线通信模块通讯。
在第一ZigBee无线通信模块与中央控制器的第四ZigBee无线通信模块距离较远或者中途阻挡障碍较多时，第一ZigBee无线通信模块可以通过其他任意多个第二、第三无线通信模块将信号传送至第四ZigBee无线通信模块。
一个终端将信息传到另一个终端，最终传到中央控制器，而中央控制器也将指令通过最近的终端，一个传一个，最终将指令传递到需要控制的终端。
各终端节点(传感器、智能门窗、红外控制器、中央控制器)均设置有ZigBee无线通信模块，以实现相互间无线通信，可在各终端节点表面可视区域设置圆形凹槽，圆形凹槽侧壁上设置发光涂层，圆形凹槽底部设置盲孔，以提高区分度与识别度。作为优选，圆形凹槽的截面呈倒置的收口锥状，上端的直径大于下端的直径，便于多个视角观察发光涂层。
本发明主要用于智能门窗与智能门窗之间，智能门窗与传感器之间、传感器与传感器之间、传感器与中央控制器之间、中央控制器与智能电器之间、智能门窗与智能电器之间、中央控制器与智能门窗之间的组网及无线通信。
各传感器的用途可根据实际需要进行设置，例如风雨传感器可设置在阳台等室外区域，以检测是否刮风或者下雨，进而通过中央控制器控制智能门窗的开闭；煤气传感器可布置在厨房区域，以检测室内是否存在煤气泄露的问题，当存在泄露时可通过中央控制器，中央控制器控制门窗自动打开，并通知房主(例如房主手机)进而采取安全措施；房主手机定位显示房主正在朝家方向靠近，到达家附近范围时，手机APP自动通过2G/3G/4G向中央控制器发送房主正在回家的信息，温度传感器将室内温度信息发送至中央控制器，中央控制器判断是否为人体舒适温度，如果不是，则控制关闭门窗并自动开启空调调节温度；当空气质量传感器检测到室内空气质量不合格，即通过中央控制器开启空气净化器。等等，其他传感器不作一一介绍。
智能门窗通信底层技术基于IEEE 802.15.4，即其物理层和媒体访问控制层直接使用了IEEE 802.15.4的定义，具有如下特点：
①信号强。由于室内装修结构复杂，WIFI信号的星形拓普结构(所有的终端与WIFI路由器连接)很难完全覆盖，对于别墅等房型，经常出现信号盲区。
智能门窗通信方案采用全联网拓扑结构，各节点互相连接，并且每一个节点至少与其他两个节点相连，每个门窗终端既是发射端，又是接收端，同时具备路由功能，门窗与中央控制器相连，门窗又与门窗相连，信号传送到中央控制器的路由，由发射信号的门窗终端控制，全联网拓扑结构的智能门窗通信方案有以下优点：
(1)网络可靠性高，一般通信子网中任意两个节点门窗之间，存在着两条或两条以上的通信路径，这样，当一条路径发生故障时，还可以通过另一条路径把信息送至中央控制器。
(2)网络可组建成各种形状，采用多种通信信道，多种传输速率。
(3)网内节点共享资源容易。
(4)可改善线路的信息流量分配。
(5)可选择最佳路径，传输延迟小。
②高容量。由于采用的是全联网拓普结构的通信方案，且脱离了IP技术限制，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网，也就是说，一个家庭最多可以允许65000个门窗终端接入。相比WIFI只能管理16个节点。
③低功耗。在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6～24个月，甚至更长。相比较，蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时。
④低成本。通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10)，降低了对通信控制器的要求，按预测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4KB代码。
⑤近距离。传输范围一般介于10～100m之间，在增加发射功率后，亦可增加到1～3km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。
⑥短时延。响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要3～10s、WiFi需要3s
⑦高安全。提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用访问控制清单(AceessControl List，ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES 128)的对称密码，以灵活确定其安全属性。
⑧免执照频段。使用工业科学医疗(ISM)频段，915MHz(美国)，868MHz(欧洲)，2.4GHz(全球)。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式，凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理的前提下进行的若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种智能门窗通信系统，其特征在于，包括：
若干个智能门窗，每个智能门窗上设置第一ZigBee无线通信模块；
智能家用电器，其包括空调、电灯、空气净化器、音响和电视，每个房间的智能家用电器由1个红外控制器控制，每个红外控制器上设置第二ZigBee无线通信模块；
若干个传感器，其包括用于检测室外是否刮风下雨的风雨传感器、用于检测室内温度的温度传感器、用于检测室内湿度的湿度传感器、用于检测室内是否存在煤气泄露的煤气传感器、用于检测室内空气质量的空气质量传感器和用于检测室内外否有人的人体传感器，每个传感器上设置第三ZigBee无线通信模块；
由服务器构成的中央控制器，其设置有第四ZigBee无线通信模块；
其中，智能门窗、红外控制器、传感器及中央控制器均为终端节点，每个终端节点与其他终端节点通过对应的ZigBee无线通信模块进行通讯。
2.根据权利要求1所述的智能门窗通信系统，其特征在于：中央控制器通过2G/3G/4G/WiFi网络接于房主的便携式移动设备，便携式移动设备包括手机或平板。
3.根据权利要求1所述的智能门窗通信系统，其特征在于：第一、第二、第三及第四ZigBee无线通信模块均包括微处理单元、射频发射/接收单元及电源，射频发射/接收单元接于微处理单元，电源用于给微处理单元与射频发射/接收单元供电。
4.根据权利要求1所述的智能门窗通信系统，其特征在于：智能门窗通过动力装置驱动以开闭，动力装置通过第一ZigBee无线通信模块与中央控制器的第四ZigBee无线通信模块通讯。
5.根据权利要求1所述的智能门窗通信系统，其特征在于：在第一ZigBee无线通信模块与中央控制器的第四ZigBee无线通信模块距离较远或者中途阻挡障碍较多时，第一ZigBee无线通信模块可以通过其他任意多个第二、第三无线通信模块将信号传送至第四ZigBee无线通信模块。
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