CN106341292A - 一种多点组网通信系统 - Google Patents

Abstract

一种多点组网通信系统，包括智能控制主机和设备节点网络，所述智能控制主机和所述设备节点网络组成星型网络，控制指令在所述智能控制主机与所述设备节点网络之间进行点对点的通信，设备节点网络包含无数个设备节点，每个设备节点中嵌入无线收发模块，作为无线通信硬件基础，智能控制主机包括主机节点、核心处理器和RF模块，主机节点用于处理所述核心处理器的串口指令，当主机需要与设备进行通信时，核心处理器将指令通过串口发送给RF模块，RF模块再通过无线转发给所述设备节点，设备收到消息后依据各自的属性状态进行处理和反馈，每个设备节点以及主机节点均有唯一的设备地址ID，所述设备地址ID采用的是芯片内部的ID，可保证其唯一性。

Description

一种多点组网通信系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种多点组网通信系统。

背景技术

随着科技的进步，特别是移动互联网、物联网、大数据、云计算等新一代信息通信技术迅猛发展，加上国家上层的政策方向引导，从感知中国，到最近的互联网+，可以说中国乃至全世界正经历着一场新的技术变革。这场变革涉及领域广泛，从工业控制、环境监测、交通出行、货运物流，以及智能家居，可以说万物互联的时代在不久的将来终会实现。要实现万物互联、以及家居的智能控制，目前的通信技术主要分为有线通信和无线通信两个技术，有线通信技术主要存在电力载波和RS485等通信技术，由于有线通信技术在建筑物施工前期需要以前步入大量线路，在施工、成本、维护等均存在大量的问题，无线通信方式具有免布线、低成本、易拓展、可移动和容量大等综合优势，无线通信技术已是大势所趋，在无线通信技术中，主要有ZigBee、Z-Wave、WIFI、RF灯无线通讯技术，Z-Wave是一种基于射频的低成本、低功耗、高可靠性的短距离无线通信技术，然而Z-Wave联盟没有开放器标准，束缚了系统的发展和扩展，基于IEEE 802.15.4协议的ZigBee技术是一种短距离的通信标准，有着近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据和低成本的特点，然而ZigBee基于2.4GHZ的传输能力有限，在家庭中需增加中继来拓展网络，另外，2.4GHZ频段上正在日益拥挤，蓝牙、Wi-Fi等技术都工作在该频段，这使得在使用时需要注意带宽分配问题。

多点组网通信系统旨在实现万物互联尤其是实现智能家居控制系统的互联互通，完成设备节点的信息上传与智能家居主机指令发送，最终达到本地和远程控制，以及智能联动控制的目的。

发明内容

有鉴于此，本发明提出的一种多点组网通信系统，采用ISM频段来实现无线传输，考虑到433MHz在室内传输能力强，且选用的RF芯片在此频段上具备较多的频点，从而错开系统与系统之间，以及系统与路由wifi之间信道干扰问题，在协议上私有和标准协议共存，同时采用点对点的星型网络，减少的网状网络的级跳延时。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一种多点组网通信系统，包括智能控制主机和设备节点网络，所述智能控制主机和所述设备节点网络组成星型网络，控制指令在所述智能控制主机与所述设备节点网络之间进行点对点的通信，所述设备节点网络包含无数个设备节点，每个设备节点中嵌入无线收发模块，作为无线通信硬件基础，所述智能控制主机包括主机节点、核心处理器和RF模块，所述主机节点用于处理所述核心处理器的串口指令，当主机需要与设备进行通信时，所述核心处理器将指令通过串口发送给所述RF模块，所述RF模块再通过无线转发给所述设备节点，设备收到消息后依据各自的属性状态进行处理和反馈，每个设备节点以及主机节点均有唯一的设备地址ID，所述设备地址ID采用的是芯片内部的ID，可保证其唯一性。

优选地，所述无线收发模块由Si4463和STM8L151组成。

优选地，所述设备地址ID长度为4个字节，所述设备节点数不小于200个。

进一步地，所述主机节点属性包括RF参数、主机唯一地址、设备类型、软件版本。

进一步地，所述设备节点属性包括RF参数、设备唯一地址、归属主机地址、设备特有属性、设备类型、软件版本。

进一步地，所述多点组网通信系统用于主机RF参数的设置、设备节点的注册、设备节点的删除、设备节点的控制和设备节点数据上传。

进一步地，所述多点组网通信系统用于智能家居系统中。

本发明的多点组网通信系统，可将空间的所有设备实现无线连接，并由智能控制主机统一管理，实现所有的智能控制和联动控制，本多点组网通信系统主要技术效果如下：

(1)省去传统有线布线的局限性，大大提高设备布局安装的灵活性，无需线材费用，极大降低成本；

(2)快速注册组网，统一控制管理；

1)(3)兼容不同接口，方便对接拓展，降低对接成本，可不断丰富系统功能，为客户带来完善的智能控制服务；

(4)控制快速，点对点控制，简单快捷，低时延；

(5)容易锁定问题点，方便维护维修。

附图说明

图1为本发明的多点组网通信系统星型网络拓扑图；

图2为本发明的多点组网通信系统主机节点主要属性组成图；

图3为本发明的多点组网通信系统设备节点主要属性组成图；

图4为本发明的多点组网通信系统主要功能组成图；

图5为本发明的一个实施例智能家居系统拓扑图；

图6为本发明的一个实施例智能家居系统不同主机设置为不同频段图；

图7为本发明的一个实施例智能家居系统设备节点的注册流程图；

图8为本发明的一个实施例智能家居系统设备节点的控制流程图。

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，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

请参阅图1，一种多点组网通信系统，包括智能控制主机和设备节点网络，所述智能控制主机和所述设备节点网络组成星型网络，控制指令在所述智能控制主机与所述设备节点网络之间进行点对点的通信，所述设备节点网络包含无数个设备节点，每个设备节点中嵌入无线收发模块，作为无线通信硬件基础，所述智能控制主机包括主机节点、核心处理器和RF模块，所述主机节点用于处理所述核心处理器的串口指令，当主机需要与设备进行通信时，所述核心处理器将指令通过串口发送给所述RF模块，所述RF模块再通过无线转发给所述设备节点，设备收到消息后依据各自的属性状态进行处理和反馈，每个设备节点以及主机节点均有唯一的设备地址ID，所述设备地址ID采用的是芯片内部的ID，可保证其唯一性。

优选地，所述无线收发模块由Si4463和STM8L151组成，其中Silicon Labs的sub-GHz射频收发芯片Si4463芯片是高度集成的ISM频段收发芯片，发射功率最高可达+20dbm，-129dbm的接收灵敏度，功耗方面在shutdown模式下其电流低至30nA，是一款行业领先的无线射频收发芯片，STM8L15x单片机是意法半导体的低功耗系列单片机，其内部资源丰富，具有16k字节的ROM和2k字节的RAM，同时还集成了1k字节的非易失存储区，其良好的功耗性能，可大大降低模块整体功耗。

优选地，所述设备地址ID长度为4个字节，所述设备节点数不小于200个。

请参阅图2，所述主机节点属性包括RF参数、主机唯一地址、设备类型、软件版本。

请参阅图3，所述设备节点属性包括RF参数、设备唯一地址、归属主机地址、设备特有属性、设备类型、软件版本。

请参阅图4，所述多点组网通信系统用于主机RF参数的设置、设备节点的注册、设备节点的删除、设备节点的控制和设备节点数据上传。

请参阅图5，多点组网通信系统用于智能家居系统中，智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、智能家居-系统设计方案安全防范技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。与普通家居相比，智能家居不但具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境，还提供全方位的信息交互功能。

本发明的多点组网通信系统采用星型网络拓扑，以智能家居主机为本地控制核心，通过433MHz无线射频方式与分布在住宅各个角落的设备进行点对点的双向无线通信，而智能主机作为星型网络的核心，还将使用TCP/IP通信技术和华睿云服务器、安卓客户端和IOS客户端通信，同时接收服务器和移动客户端传输来的数据信息，最终搭建成一套完整的智能家居控制系统，稳定、高效、便捷地实现本地及远程控制、监测和云存储技术。

而基于该组网通信系统实现的完整智能家居控制系统中，各单元原理和功能如下：

(1)华睿云移动客户端APP：APP是安装在用户智能终端，为用户提供简洁、美观、易操作的人机交互界面，它主要提供用户注册、登录服务器，设置、查询智能控制主机及设备属性；遥控、查询智能控制主机及设备状态。

(2)云端服务器：云端服务器是APP远程操作智能控制主机的桥梁，也是存储数据的大数据库，其主要功能包括转发APP至智能控制主机的请求、智能控制主机至APP的响应或主动上传消息，并且记录保存APP的操作请求，学习用户生活习惯进而为用户提供智能开关设备控制功能。

(3)智能控制主机：智能控制主机的主要功能包括接收服务器和APP的请求并响应或转发对智能设备节点的请求和智能设备节点的响应，主动上送处于其无线网络中的所有智能设备节点的状态，并依据状态变化情况，智能判断分析进行对应的关联控制，能够存储本身及所有节点相关信息及状态，嵌入相关的APP。

A)(4)智能设备节点：智能设备节点通过注册组网后，由智能家居主机通过无线通信统一管理，同时各类智能设备节点发挥各自的功能，为用户实现各种自动化、智能化控制。

B)系统各环节通信速率定义：

传输路径	传输协议	参数
			服务器-主机	TCP/IP	100M
移动终端-服务器	WIFI，移动数据	——
			移动终端-主机	WIFI	局域网
主机核心板-主机RF模块	USART	115200bps
			主机RF模块-子设备RF模块	RF	20kbps

下面以多点组网通信系统用于智能家居系统中详细说明多点组网通信系统的主要功能：

(1)设置主机RF参数

智能家居主机正常使用前，需设定智能家居主机RF模块的参数，该步骤通过移动终端APP登陆主机时完成。

(2)设备节点的注册

请参阅图6、图7，如果要实现智能家居主机与设备节点的相互通信，需要设备节点和智能家居主机的RF参数同步一致才可实现通信，由于智能家居主机的RF参数是在刚开始使用时随机设置的，为了使设备能接收到主机发过来的注册请求，这里约定CH0作为注册信道，CH1～CH8则作为用户可使用的信道，即执行注册组网时，智能家居主机和设备节点均处于CH0信道，待智能家居主机将自身的RF参数成功发送给设备节点，且设备节点完成RF参数同步后，双方再使用同步的RF参数进行正常的通信控制。

(3)设备节点的删除

需要将设备节点从网络中删除，有2种方法：

第一种是设备在线的情况下，通过移动终端APP发送删除设备节点的命令给智能家居主机，智能家居主机将此消息发送给对应的设备节点，设备节点收到后将清除此前注册时保存的同步RF参数信息，同时主机也将该设备的相关信息从本地删除。

第二种方法则是通过设备上的按键操作来完成，执行该操作后，设备节点将不再收到智能家居主机发送的消息。

(4)设备节点的控制

请参阅图8，为避免发生碰撞，智能家居主机采用轮询的方式，依次将设备节点的控制指令发送出去，设备节点收到消息后，需作出反馈确认,，否则智能家居主机将执行重发机制，保证消息的成功发送。

每种设备节点均有自身特有的状态属性，当智能家居主机对设备节点进行控制时，设备节点会同时将最新状态信息发送给智能家居主机，智能家居主机会在本地进行保存，同时会上送到服务器或与之建立连接的移动终端APP，从而实现状态同步。

(5)设备节点数据上传

当设备需要上传数据的时候，在当前信道不忙的情况下，设备节点将发送消息给智能家居主机，主机收到后同样向设备节点反馈确认，同时主机会将该状态信息推送到与其建立连接的移动终端和云服务器，为客户提供实时的状态信息。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并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，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种多点组网通信系统，其特征在于，包括智能控制主机和设备节点网络，所述智能控制主机和所述设备节点网络组成星型网络，控制指令在所述智能控制主机与所述设备节点网络之间进行点对点的通信，所述设备节点网络包含无数个设备节点，每个设备节点中嵌入无线收发模块，作为无线通信硬件基础，所述智能控制主机包括主机节点、核心处理器和RF模块，所述主机节点用于处理所述核心处理器的串口指令，当主机需要与设备进行通信时，所述核心处理器将指令通过串口发送给所述RF模块，所述RF模块再通过无线转发给所述设备节点，设备收到消息后依据各自的属性状态进行处理和反馈，每个设备节点以及主机节点均有唯一的设备地址ID，所述设备地址ID采用的是芯片内部的ID，可保证其唯一性。

2.根据权利要求1所述的多点组网通信系统，其特征在于，所述无线收发模块由Si4463和STM8L151组成。

3.根据权利要求1所述的多点组网通信系统，其特征在于，所述设备地址ID长度为4个字节，所述设备节点数不小于200个。

4.根据权利要求1所述的多点组网通信系统，其特征在于，所述主机节点属性包括RF参数、主机唯一地址、设备类型、软件版本。

5.根据权利要求1所述的多点组网通信系统，其特征在于，所述设备节点属性包括RF参数、设备唯一地址、归属主机地址、设备特有属性、设备类型、软件版本。

6.根据权利要求1所述的多点组网通信系统，其特征在于，所述多点组网通信系统用于主机RF参数的设置、设备节点的注册、设备节点的删除、设备节点的控制和设备节点数据上传。

7.根据权利要求1-6任意所述的多点组网通信系统，其特征在于，所述多点组网通信系统用于智能家居系统中。