CN106506349A - 一种网关 - Google Patents

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CN106506349A CN201611064048.4A CN201611064048A CN106506349A CN 106506349 A CN106506349 A CN 106506349A CN 201611064048 A CN201611064048 A CN 201611064048A CN 106506349 A CN106506349 A CN 106506349A
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赵斌
倪生强
张君
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    • H04L12/66—Arrangements for connecting between networks having differing types of switching systems, e.g. gateways

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Abstract

本发明涉及智能家居技术领域，尤其涉及一种网关。本发明提供一种网关，其用于智能家居的核心控制，实现网络模块、433MHz射频模块、315MHz射频模块、Zigbee模块、RS232模块、RS485模块、CAN总线模块的互通。其包括网关本体，所述网关本体包括微处理器、存储模块、WiFi模块、以太网模块、Zigbee模块及射频模块；所述微处理器分别与存储模块、WiFi模块、以太网模块、Zigbee模块及射频模块相连。

Description

一种网关
技术领域
本发明涉及智能家居技术领域，尤其涉及一种网关。
背景技术
现有技术中网关与智能家居设备之间属于单向传输信息，只能由手机App单向发送指令给家居设备，而设备的实际开关状态在手机App上不能体现，用户不能实时掌握智能设备当前的开关情况。
现有技术中网关容易受无线网络不稳定的影响，引起网关与设备之间连接中断，造成设备不能使用App进行控制。
发明内容
本发明就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种网关，其用于智能家居的核心控制，实现网络模块、433MHz射频模块、315MHz射频模块、Zigbee模块、RS232模块、RS485模块、CAN总线模块的互通。
为实现上述目的，本发明提供了一种网关，包括网关本体，所述网关本体包括微处理器、存储模块、WiFi模块、以太网模块、Zigbee模块及射频模块；所述微处理器分别与存储模块、WiFi模块、以太网模块、Zigbee模块及射频模块相连。
作为本发明的一种优选方案，所述的微处理器包括主处理器和从处理器，主处理器与从处理器相连；所述主处理器分别与WiFi模块、以太网模块、存储模块及Zigbee模块相连；所述从处理器分别与射频模块与存储模块相连。
作为本发明的一种优选方案，所述网关本体还包括RS232模块、RS485模块、CAN总线模块及USB-OTG模块；所述RS232模块、RS485模块及CAN总线模块与从处理器相连，所述USB-OTG模块与主处理器相连。
作为本发明的另一种优选方案，所述的存储模块包括FLASH存储器、SRAM存储器及SD卡；所述FLASH存储器包括FLASH存储器一和FLASH存储器二；所述SRAM存储器及FLASH存储器一与主处理器相连，所述FLASH存储器二与从处理器相连。
作为本发明的另一种优选方案，所述的射频模块包括433MHz射频模块及315MHz射频模块，所述433MMHz射频模块及315MHz射频模块与从处理器相连。
作为本发明的另一种优选方案，所述的网关本体还包括音频模块和FM模块；所述主处理器分别与音频模块及FM模块相连。
作为本发明的另一种优选方案，所述的网关本体还包括显示模块，所述显示模块与主处理器相连；所述的显示模块为OLED模块；所述网关本体还包括供电的电源模块。
优选地，所述主处理器采用单片机STM32F407ZGT6，所述从处理器采用单片机STM103RET6。
优选地，所述FLASH存储器一及FLASH存储器二均采用存储芯片W25Q16，FLASH存储器一的W25Q16的1脚、2脚、5脚、6脚分别连接主处理器的122脚、75脚、76脚、74脚；Flash存储器二存储芯片W25Q16的1脚、2脚、5脚、6脚分别连接从处理器的59脚、22脚、23脚、21脚。
优选地，SRAM存储器采用芯片IS62WV51216，芯片IS62WV51216与主处理器采用FSMC协议模块相连，片选引脚使用主处理器的NE3脚，芯片IS62WV51216数据总线为16位分别与主处理器的具有FSMC功能的数据引脚相连，芯片IS62WV51216地址总线为19位分别与主处理器的具有FSMC功能的地址引脚相连。
优选地，以太网模块采用以太网芯片LAN8720，芯片LAN8720的7脚、8脚、12脚、13脚、14脚、15脚、16脚、17脚、18脚分别于主处理器的45脚、44脚、43脚、36脚、27脚、35脚、37脚、126脚、129脚、128脚相连。
优选地，FM模块与主处理器通过I2C协议通信，FM模块采用TEA5767M芯片，TEA5767M芯片的1脚2脚分别与主处理器的46、47脚相连。
优选地，音频模块采用音频芯片WM8978，音频芯片与主控制器通过I2S、I2C协议进行数据交换，音频芯片的音频输入与FM模块的音频输出引脚相连，把FM模块的音频放大输出到扬声器；音频芯片的7脚、8脚、9脚、10脚、11脚、16脚、17脚分别与主控制器的110脚、133脚、134脚、135脚、97脚、47脚、46脚。
所述微处理器的处理部分，包括。
连接单元：用于连接管理，完成数据的发送和接收。
协议解析构件单元：用于对指定数据通过指定协议完成对数据的解析和格式化，解析成功后的数据通过构建成任务发送给数据构建处理单元。
数据构建处理单元：用于对任务进行解析处理，根据逻辑需要进行数据模型的构建、再次生成任务或发送数据。
任务调度单元：用于对暂时不需要执行的任务提供挂起服务。
文件系统单元：对存储和用户数据提供文件系统的支持。
下载单元：提供下载服务，下载结束交由数据构建处理单元处理。
即时免编译脚本单元：用于对脚本文件进行解析，解析成功后交由数据构建处理单元处理。
NTP单元：用于提供与互联网时间一致的时间校准。
显示单元：用于显示逻辑和显示数据的管理。
与现有技术相比本发明有益效果。
1. 网关与Internet之间为有线连接，稳定性增强，有效降低掉线的频率，用户可以实时控制智能家居设备。
2.可控制外设兼容多种通信方式，并将相同功能不同通讯方式的外设进行统一管理。
3. 使用主、从双处理器，同时处理网关逻辑，增加运行速度。
4. 网关设置有FM模块，具备FM收音功能，可由网关收听FM广播。
5. 网关设置有音频模块，具备音频播放功能，可进行语音播报及音乐收听。
6. 网关实现反馈应用链式小闭环反馈，数据传输安全可靠，保证控制数据可靠到达被控设备的同时，向用户反馈执行结果。
7. 集成有多种通讯模式，可兼容外设品种多。
8. 具有OLED屏幕显示网关运行状态。
9.具备即时免编译脚本运行功能，用户可所见即所得的修改网关配置信息。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图1是本发明原理框图。
图2为主处理器的电路示意图。
图3为Flash存储的电路示意图。
图4为OLED显示屏的电路示意图。
图5为SRAM存储器的电路示意图。
图6为SD卡的电路示意图。
图7为FM模块的电路示意图。
图8为WiFi模块的电路示意图。
图9为音频模块的电路示意图。
图10为以太网模块电路示意图。
图11为USB-OTG模块的电路示意图。
图12-1为3.3V电压输出电路示意图。
图12-2为5V电压输出电路示意图。
图12-3为充电管理部分电路示意图。
图13为从处理器的电路示意图。
图14为Zigbee模块的接口电路示意图。
图15为315MHz射频模块的电路示意图。
图16为RS485的电路示意图。
图17为RS232的电路示意图。
图18为433MHz射频模块的电路示意图。
图19为CAN总线模块的电路示意图。
图20为微处理器的处理部分示意框图。
图21为链式小闭环反馈流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括网关本体，所述网关本体包括微处理器、存储模块、WiFi模块、以太网模块、Zigbee模块、射频模块；所述微处理器分别与存储模块、WiFi模块、以太网模块、Zigbee模块及射频模块相连。
所述的微处理器包括主处理器和从处理器，主处理器与从处理器相连；所述主处理器分别与WiFi模块、以太网模块、存储模块及Zigbee模块相连；所述从处理器分别与射频模块与存储模块相连。
所述网关本体还包括RS232模块、RS485模块、CAN总线模块及USB-OTG模块；所述RS232模块、RS485模块及CAN总线模块与从处理器相连，所述USB-OTG模块与主处理器相连。
所述的存储模块包括FLASH存储器、SRAM存储器及SD卡；所述FLASH存储器包括FLASH存储器一和FLASH存储器二；所述SRAM存储器及FLASH存储器一与主处理器相连，所述FLASH存储器二与从处理器相连。
所述的射频模块包括433MHz射频模块及315MHz射频模块，所述433MHz射频模块及315MHz射频模块与从处理器相连。
所述的网关本体还包括音频模块和FM模块；所述主处理器分别与音频模块及FM模块相连。
所述的网关本体还包括显示模块，所述显示模块与主处理器相连；所述的显示模块为OLED模块；所述网关本体还包括供电的电源模块。
所述的网关本体还包括蓝牙模块。
所述微处理器的处理部分，如图20所示，包括。
连接单元：用于负责硬件对外的所有包括Tcp、Udp、Uart、BlueTooth和Zigbee等连接的管理。完成数据的发送和接收。接收用户发出的控制指令并将带有连接信息的数据交给协议解析单元进行解析。
协议解析构件单元：用于对指定数据通过指定协议完成对数据的解析和格式化，解析成功后的数据通过构建成任务发送给数据构建处理单元。
数据构建处理单元：用于对任务进行解析处理，根据逻辑需要进行数据模型的构建、再次生成任务或发送数据。
任务调度单元：用于对暂时不需要执行的任务提供挂起服务。
文件系统单元：对存储和用户数据提供文件系统的支持。
下载单元：提供下载服务，下载结束交由数据构建处理单元处理。
即时免编译脚本单元：用于对脚本文件进行解析，解析成功后交由数据构建处理单元处理。
NTP单元：用于提供与互联网时间一致的时间校准。
显示单元：用于显示逻辑和显示数据的管理。
从用户通过网关发出控制指令给设备，到网关将控制结果回复给用户，实现反馈。
本发明使用“链式小闭环反馈”，在此种反馈模式中，每一级传输的数据保证可靠的传递至下一级，并将设备执行结果向上一级反馈。最终保证数据可以准确的到达被控设备，设备反馈可以准确的返回给用户。
如图21所示，本发明实现用户发送指令到得到反馈的流程为。
1、用户发出控制指令给网关，连接单元接收数据并将带有连接信息的数据交给协议解析构建单元进行解析。
2、协议解析构建单元将接收到的存有连接信息的数据进行解析，解析成功后构建成任务发送给数据构建处理单元。
3、数据构建处理单元接收到任务后对任务进行解析，明确其为控制指令并生成内部数据交到协议构建解析单元进行构建，并将任务发送给任务调度单元。
4、协议构建解析单元将构建成功的设备控制数据按照指定的连接信息发送给连接单元。
5、数据构建处理单元将未处理的任务发送给任务调度单元进行任务挂起。
6、连接单元根据连接信息将设备控制数据发送给指定连接的设备。
7、设备接收到控制数据后完成控制指令指示的动作并发送回复消息给网关。
8、 网关的连接单元接收到设备发送的数据交给协议解析构建单元进行解析。
9、协议构建解析单元将接收到的存有连接信息的数据进行解析，解析成功后构建成任务发送给数据构建处理单元。
10、数据构建处理单元接收到任务后对任务进行解析，明确其为控制回复指令，根据特定信息从任务调度单元获取与其对应的控制任务。
11、任务调度单元将指定的任务发送给数据构建处理单元。
12、数据构建处理单元根据控制任务构建用户控制回复的内部数据交由协议构建解析单元进行构建。
13、协议构建解析单元将构建成功的用户控制回复数据按照指定的连接信息发送给连接单元。
14、用户接收到所述发送控制指令相对应的控制回复指令。
网关硬件部分各模块及各模块的作用及连接关系如下。
微处理器：所述的主处理器采用STM32F407ZGT6单片机，用于与服务器、用户手机通讯，网关内部逻辑处理，数据存储等；所述从处理器采用STM103RET6单片机，用于处理各个外设的数据交换。使用双处理器后，可以同时处理不同的逻辑任务，提高网关的处理速度，其电路如图2所示。从处理器用来处理与之相连的模块或模块的数据，其电路如13所示。并与主处理器进行数据通信。
存储模块：包括SRAM存储器及Flash存储器；Flash存储器包括Flash存储器一和Flash存储器二均采用存储芯片W25Q16，其电路如图3所示，Flash存储器一存储芯片W25Q16的1脚、2脚、5脚、6脚分别连接主处理器的122脚、75脚、76脚、74脚；Flash存储器二存储芯片W25Q16的1脚、2脚、5脚、6脚分别连接从处理器的59脚、22脚、23脚、21脚。
SD卡：如图6所示，SD卡接插于SD卡座上，SD卡座通过SDIO协议与主处理器芯片相连，数据脚1、2、7、8分别与主处理器芯片的引脚111、112、98、99相连，卡座的命令引脚3、时钟引脚5分别与主处理器芯片的116、113引脚相连。
SRAM存储器：用来为主处理器提供额外RAM空间，存储主处理器的运行缓存，如图5所示，SRAM芯片IS62WV51216与主处理器采用FSMC协议模块相连，片选引脚使用主处理器的NE3脚，数据总线为16位分别与主处理器的具有FSMC功能的数据引脚相连，地址总线为19位分别与主处理器的具有FSMC功能的地址引脚相连。
Flash存储器一用于存储网关的ID信息，Flash存储器二用于存储网关的出厂固件程序及用户固件程序，SD卡用于存储用户设备信息及运行脚本。
显示模块：显示模块采用OLED模块，用来显示相关的信息；其电路如图4所示，OLED模块的3脚、4脚、5脚、6脚、7脚相对应的与连接主处理器74脚、76脚、91脚、93脚、92脚。
WiFi模块：用来实现无线WiFi网络的相关数据的交换；如图8所示，WiFi模块与主处理器是通过串口协议连接的，WiFi模块WiFi_SPWF01S的6脚、8脚相对应的与主处理器的124脚、96脚相连。
以太网模块：负责网络的数据传输，采用以太网芯片LAN8720，LAN8720满足IEEE802.3/802.3u协议；如图10所示，芯片LAN8720的7脚、8脚、12脚、13脚、14脚、15脚、16脚、17脚、18脚分别于主处理器的45脚、44脚、43脚、36脚、27脚、35脚、37脚、126脚、129脚、128脚相连，图10中的HR911105A1为带网络变压器的RJ45模块（网线模块）。
FM模块及音频模块。
FM模块：FM模块与主处理器通过I2C协议通信，FM模块采用TEA5767M芯片，其电路如图7所示，FM模块的1脚2脚分别与主处理器的46、47脚相连。
音频模块：主要负责音频的录音、音频的解码与音频的放大输出；采用音频芯片WM8978，如图9所示，音频芯片与主控制器通过I2S、I2C协议进行数据交换，音频芯片的音频输入与FM模块的音频输出引脚相连，把FM模块的音频放大输出到扬声器；音频芯片的7脚、8脚、9脚、10脚、11脚、16脚、17脚分别与主控制器的110脚、133脚、134脚、135脚、97脚、47脚、46脚。
Zigbee模块: 用于Zigbee数据的无线收发功能，Zigbee模块模块与从设备通过串口通信，其Zigbee模块连接如图14所示。Zigbee模块采用TI公司的型号为CC2530的Zigbee模块。
射频模块：包括433M射频模块及315MHz射频模块；315MHz射频模块用来接收315MHz数据信号，其电路如图15所示，模块的数据引脚连接三极管9014的基极，三极管的发射极连接从处理器的14脚。433M射频模块负责射频433Mhz数据接收与发送，其电路如图18所示，该模块与从处理器通过SPI通信协议连接，该模块的2、5、6、7、8、9、11脚分别接从处理器的39、33、36、35、34、58脚。
CAN总线模块：通过CAN总线协议来完成数据通信，其电路如图19所示，采用芯片TD301DCAN，该芯片的3、4脚分别连接从处理器的45、44脚。
USB-OTG模块：如图11所示，该电路的电源芯片来控制对USB设备供电通断，该芯片的引脚1、2分别与主处理器的21脚、22脚相连；芯片USBLC6-4起到静电防护的作用，USB座J8的1脚、2脚、3脚分别与主处理器的101脚、103脚104脚相连。由5V电源开关AIC1526、防静电保护芯片USBLC6-4 与单片机STM32F407ZGT6的USB功能的模块来实现USB-OTG，USB-OTG模块主要用于连接移动存储设备，进行网关数据备份。
RS232模块： RS232模块采用芯片MAX3232，如图17所示，串口芯片MAX3232的7、8、13、14脚分别接上双二极管SMA15CA起到防护的作用。
RS485模块：此模块通过485协议来处理数据信息，如图16所示，485模块的3、4、5脚相对应的连接从处理器的29、30、61脚。
电源模块：为网关本体供电，包括电源部分和充电管理部分。电源部分又分为5V电压输出部分和3.3V电压输出部分。
如图12-2所示，5V电压输出部分：XL1509-5V的输入引脚接12V，输出引脚为5V。
如图12-1所示，3.3V电压输出部分：XL1509-3.3V的输入引脚接12V，输出引脚为3.3V，SP6025EM5-3.3的输入引脚接4V，输出引脚为3.3V；充电管理电路：充电芯片的输出引脚接电池正极，供电VCC接5V。电源芯片XL1509-5.0输入12V输出5V，电源芯片XL1509-3.3输入12V输出3.3V。
如图12-3所示，充电管理芯片TP4056的5脚接锂电池，在有外部供电时，场效应管AO3401截止，锂电池就会被充电，外电直接供给电源芯片SP6025EM5-3.3输出3.3V，当无外部供电时，场效应管AO3401导通，锂电池供电给电源芯片SP6025EM5-3.3输出3.3V；掉电检测可以检测到当前所用的是外电还是电池供电，此引脚与从处理器的9脚相连，电池电量检测的引脚与从处理器的8脚相连。
本网关将多种可控制外设进行集中控制，并将相同功能，不同通讯方式的设备进行统一管理，方便用户控制，同时又可将设备的控制结果反馈给用户，保证控制的有效。网关具有免编译及时脚本运行功能，用户可随时随地更改配置，并即时看到修改效果；用户在使用网关时，不同的操作都有语音进行播报提示。网关使用有线连接，无须多余配置，即连即用。

Claims (10)

1.一种网关，包括网关本体，其特征在于，所述网关本体包括微处理器、存储模块、WiFi模块、以太网模块、Zigbee模块及射频模块；
所述微处理器分别与存储模块、WiFi模块、以太网模块、Zigbee模块及射频模块相连。
2.根据权利要求1所述的一种网关，其特征在于：所述微处理器包括主处理器和从处理器，主处理器与从处理器相连；所述主处理器分别与WiFi模块、以太网模块、存储模块及Zigbee模块相连；所述从处理器分别与射频模块与存储模块相连。
3.根据权利要求2所述的一种网关，其特征在于：所述网关本体还包括RS232模块、RS485模块、CAN总线模块及USB-OTG模块；所述RS232模块、RS485模块及CAN总线模块与从处理器相连，所述USB-OTG模块与主处理器相连。
4.根据权利要求2所述的一种网关，其特征在于：所述存储模块包括FLASH存储器、SRAM存储器及SD卡；所述FLASH存储器包括FLASH存储器一和FLASH存储器二；所述SRAM存储器及FLASH存储器一与主处理器相连，所述FLASH存储器二与从处理器相连。
5.根据权利要求1所述的一种网关，其特征在于：所述的射频模块包括433MHz射频模块及315MHz射频模块，所述433MHz射频模块及315MHz射频模块与从处理器相连。
6.根据权利要求1所述的一种网关，其特征在于：所述的网关本体还包括音频模块和FM模块；所述主处理器分别与音频模块及FM模块相连。
7.根据权利要求1所述的一种网关，其特征在于：所述的网关本体还包括显示模块和用于网关本体供电的电源模块，所述显示单元为OLED模块，所述OLED模块与主处理器相连。
8.根据权利要求2所述的一种网关，其特征在于：所述主处理器采用单片机STM32F407ZGT6，所述从处理器采用单片机STM103RET6；
优选地，所述FLASH存储器一及FLASH存储器二均采用存储芯片W25Q16，FLASH存储器一的W25Q16的1脚、2脚、5脚、6脚分别连接主处理器的122脚、75脚、76脚、74脚；Flash存储器二存储芯片W25Q16的1脚、2脚、5脚、6脚分别连接从处理器的59脚、22脚、23脚、21脚；
优选地，SRAM存储器采用芯片IS62WV51216，芯片IS62WV51216与主处理器采用FSMC协议接口相连，片选引脚使用主处理器的NE3脚，芯片IS62WV51216数据总线为16位分别与主处理器的具有FSMC功能的数据引脚相连，芯片IS62WV51216地址总线为19位分别与主处理器的具有FSMC功能的地址引脚相连；
优选地，以太网模块采用以太网芯片LAN8720，芯片LAN8720的7脚、8脚、12脚、13脚、14脚、15脚、16脚、17脚、18脚分别于主处理器的45脚、44脚、43脚、36脚、27脚、35脚、37脚、126脚、129脚、128脚相连；
优选地，FM模块与主处理器通过I2C协议通信，FM模块采用TEA5767M芯片，TEA5767M芯片的1脚2脚分别与主处理器的46、47脚相连；
优选地，音频模块采用音频芯片WM8978，音频芯片与主控制器通过I2S、I2C协议进行数据交换，音频芯片的音频输入与FM模块的音频输出引脚相连，把FM模块的音频放大输出到扬声器；音频芯片的7脚、8脚、9脚、10脚、11脚、16脚、17脚分别与主控制器的110脚、133脚、134脚、135脚、97脚、47脚、46脚。
9.根据权利要求1所述的一种网关，其特征在于：所述微处理器的处理部分包括：
连接单元：用于连接管理，完成数据的发送和接收；
协议解析构件单元：用于对指定数据通过指定协议完成对数据的解析和格式化，解析成功后的数据通过构建成任务发送给数据构建处理单元；
数据构建处理单元：用于对任务进行解析处理，根据逻辑需要进行数据模型的构建、再次生成任务或发送数据；
任务调度单元：用于对暂时不需要执行的任务提供挂起服务；
文件系统单元：对存储和用户数据提供文件系统的支持；
下载单元：提供下载服务，下载结束交由数据构建处理单元处理；
即时免编译脚本单元：用于对脚本文件进行解析，解析成功后交由数据构建处理单元处理；
NTP单元：用于提供与互联网时间一致的时间校准；
显示单元：用于显示逻辑和显示数据的管理。
10.根据权利要求9所述的一种网关，其特征在于：所述微处理器的处理部分还包括链式小闭环反馈：
步骤一、用户发出控制指令给网关，连接单元接收数据并将带有连接信息的数据交给协议解析构建单元进行解析；
步骤二、协议解析构建单元将接收到的存有连接信息的数据进行解析，解析成功后构建成任务发送给数据构建处理单元；
步骤三、数据构建处理单元接收到任务后对任务进行解析，明确其为控制指令并生成内部数据交到协议构建解析单元进行构建，并将任务发送给任务调度单元；
步骤四、协议构建解析单元将构建成功的设备控制数据按照指定的连接信息发送给连接单元；
步骤五、数据构建处理单元将未处理的任务发送给任务调度单元进行任务挂起；
步骤六、连接单元根据连接信息将设备控制数据发送给指定连接的设备；
步骤七、设备接收到控制数据后完成控制指令指示的动作并发送回复消息给网关；
步骤八、网关的连接单元接收到设备发送的数据交给协议解析构建单元进行解析；
步骤九、协议构建解析单元将接收到的存有连接信息的数据进行解析，解析成功后构建成任务发送给数据构建处理单元；
步骤十、数据构建处理单元接收到任务后对任务进行解析，明确其为控制回复指令，根据特定信息从任务调度单元获取与其对应的控制任务；
步骤十一、任务调度单元将指定的任务发送给数据构建处理单元；
步骤十二、数据构建处理单元根据控制任务构建用户控制回复的内部数据交由协议构建解析单元进行构建；
步骤十三、协议构建解析单元将构建成功的用户控制回复数据按照指定的连接信息发送给连接单元；
步骤十四、用户接收到所述发送控制指令相对应的控制回复指令。
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