CN107070690A - 用于电子模块的组网核心装置、无线组网方法和基于电子模块的智能网络系统 - Google Patents
用于电子模块的组网核心装置、无线组网方法和基于电子模块的智能网络系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种组网核心装置，无线组网方法和基于电子模块的智能网络系统。所述组网核心装置包括：功能模块处理单元，用于识别和控制与所述组网核心装置电连接的一个或多个功能电子模块；同族组网单元，用于基于第一通信协议建立所述组网核心装置与至少一个其它组网核心装置间的无线连接；并在所述无线连接建立成功后，与所述至少一个其它组网核心装置进行通信，其中所述组网核心装置与所述至少一个其它组网核心装置组成基于第一通信协议的无线网络，每个组网核心装置为所述无线网络的一个节点；以及控制单元，用于基于第二通信协议建立所述组网核心装置与智能终端的连接，并接收和处理所述智能终端的控制信号。
Description
技术领域
本发明涉及电子领域，更具体地，涉及用于电子模块的组网核心装置、无线组网方法和基于电子模块的智能网络系统。
背景技术
如今，技术设备广泛地应用在儿童和成人的日常生活中。然而，大多数人并不知道这些设备的工作方式，也不知道该如何组装构造他们想要的设备。事实上，一个普通人掌握的知识与这个人使用和消费的设备所涉及到的知识之间有很大的差距，因此普通人无法设计或构造电子设备。目前市场上可购买到的电子器件规格不一，不同功能的元器件可能不互相匹配。并且，可以互相匹配的电子模块之间通常连接方式单一，扩展空间小。另外，若设计需要多个电子模块在不同的物理位置协同工作，必须对每个电子模块进行复杂的编程才能实现，不利于普通人搭建电子系统。
发明内容
本发明要解决的技术问题是普通人无法方便地设计或构造电子设备，无法方便地组建用于电子模块间通信和协同工作的无线网络，从而本发明的第一目的在于提供一种操作简易的用于电子模块的组网核心装置，第二目的在于提供一种无线组网方法，第三目的在于提供一种操作和搭建较为容易的基于电子模块的智能网络系统。
本发明的总的技术构思是：提供一种无需是编程专家或者无需学习先进电子设备的各种复杂知识，也能让成人和孩子使用的功能性电子模块，并且让儿童或成人能够创建专属自己的互动玩具、物件、或定制的交互产品，同时这些儿童或成人不必是编程专家也不必学习与这些先进电子元件相关的诸多复杂知识，而能实现使用功能性电子模块，以及实现使用基于电子模块的智能网络系统和完成电子构建产品，容易地组建一个可自己定义的物联网系统，容易地组建一个远程物联网系统。
实现本发明目的的技术方案是提供一种组网核心装置，包括：功能模块处理单元，用于识别和控制与所述组网核心装置电连接的一个或多个功能电子模块；同族组网单元，用于基于第一通信协议建立所述组网核心装置与至少一个其它组网核心装置间的无线连接；并在所述无线连接建立成功后，与所述至少一个其它组网核心装置进行通信，其中所述组网核心装置与所述至少一个其它组网核心装置组成基于第一通信协议的无线网络，每个组网核心装置为所述无线网络的一个节点；以及控制单元，用于基于第二通信协议建立所述组网核心装置与智能终端的连接，并接收和处理所述智能终端的控制信号。
实现本发明第二目的的技术方案是提供一种无线组网方法，包括以下步骤。第一组网核心装置与至少一个功能电子模块电连接，组成第一系统。所述第一组网核心装置与至少一个第二组网核心装置基于第一通信协议建立无线连接，组成第一网络，其中，第一网络中每个组网核心装置为一个节点，所述第一组网核心装置获取所述第一网络中各节点的节点信息。所述第一系统与智能终端基于第二通信协议建立连接。通过所述智能终端与所述第一组网核心装置间的基于第二通信协议建立的连接通路，所述第一系统向所述智能终端发送所述第一网络中各节点的所述节点信息。所述第一系统接收所述智能终端发出的所述第一网络中各节点的控制指令。通过所述第一网络，所述第一系统将所述控制指令发送至对应的节点。实现本发明第三目的的技术方案是提供一种基于电子模块的智能网络系统，包括至少两个组网核心装置，和至少两个功能电子模块。其中，每个所述组网核心装置用于，识别和控制与所述组网核心装置电连接的所述功能电子模块；基于第一通信协议建立所述组网核心装置与至少一个其它组网核心装置间的无线连接，组成第一网络，其中，第一网络中每个组网核心装置为一个节点；以及获取所述第一网络中各节点的节点信息。所述至少两个组网核心装置包括第一组网核心装置，所述至少两个功能电子模块包括第一功能电子模块，所述第一组网核心装置与所述第一功能电子模块电连接，组成第一系统。所述第一系统与智能终端基于第二通信协议建立连接；通过所述智能终端与所述第一组网核心装置间的基于第二通信协议建立的连接通路，所述第一系统向所述智能终端发送所述第一网络中各节点的所述节点信息。所述第一系统接收所述智能终端发出的所述第一网络中各节点的控制指令；通过所述第一网络，所述第一系统将所述控制指令发送至对应的节点。
本发明具有积极的效果：（1）本发明提供的用于电子模块的组网核心装置、无线组网方法和基于电子模块的智能网络系统，让具有很少或没有电子器件或编程经验的用户也可以构造基本和复杂的智能网络，操作简单，容易扩展，为系统搭建提供了很多创造空间和趣味性。（2）通过本发明提供的智能网络系统，智能终端只需连上任意一个网络节点，用户即可通过智能终端上的应用程序对所有网络节点进行可视化的配置，操作简易效率高，可实现在不同物理位置的电子器件的协同工作。(3) 智能终端能够控制一个区域内的所有组网核心装置挂载的功能模块，当其中一个组网核心装置挂载了通讯模块时，可以实现远程控制，让物联网系统更容易进入人们的生活。
附图说明
图1为本发明提供的组网核心装置的结构框图。
图2为本发明提供的组网核心装置的另一种结构框图。
图3为本发明提供的组网核心装置的功能示意图。
图4为本发明提供的无线组网方法的流程图。
图5为本发明提供的无线组网的网络结构示意图。
图6为本发明提供的基于电子模块的智能网络系统的一个实施例的结构示意图。
图7为本发明提供的基于组网核心装置的教学演示方法的流程图。
上述附图中的标记如下：组网核心装置100、处理器102、存储器104、外接端口106、通信单元108、外围设备110、总线112、功能模块处理单元120、同族组网单元130、控制单元140。
具体实施方式
本发明提供了一种用于为电子模块组建无线网络的组网核心装置、一种无线组网方法、以及一种基于电子模块的智能网络系统。本发明提供的电子模块也可称为模块或电子积木。本发明提供的组网核心装置也可称为组网电子模块或核心电子模块（core）。
参考图1，图1为本发明提供的组网核心装置的结构框图。如图所示，组网核心装置100可包括处理器102、存储器104、外接端口106、通信单元108、外围设备110以及将这些组件连接起来的总线112。
应当理解的是，所述组网核心装置100仅仅是组网核心装置的一个例子，所述组网核心装置100可以具有多于或少于图示的组件，同一种组件可以有一个或多个，可以组合两个或多个组件，可以有不同配置的组件，或对组件进行不同的布置。图1中的各种组件可以由硬件，软件或硬件和软件的组合实现，包括一个或多个信号处理和/或专用集成电路。在一些实施例中，处理器102、存储器104、外接端口106、通信单元108以及总线112可以在单个芯片中实现。在其它一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。
存储器104可用于存储软件程序，处理器102通过运行存储在存储器104的软件程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，比如识别和控制外接端口连接的功能模块、解析通信单元收到的组网信息、与另一个组网核心装置建立网状网络等。此外，存储器104可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其它易失性固态存储器件。相应地，存储器104还可以包括存储器控制器，以提供处理器102和外接端口106对存储器104的访问。
通信单元108用于接收以及发送电磁波，实现电磁波与电信号的相互转换，从而与通讯网络或者其它设备进行通讯。通信单元108可包括各种现有的用于执行这些功能的电路元件，例如，天线、射频收发器、数字信号处理器、加密/ 解密芯片、存储器等等。通信单元108可与各种网络进行通讯或者通过无线网络与其它设备进行通讯。通信单元108支持一种或多种的通信标准、协议及技术，包括但并不限于红外、蓝牙、无线个人局域网（wirelesspersonal area network，WPAN）标准、无线保真技术(WiFi)、网络电话(Voice overinternet protocol，VoIP)、全球微波互联接入(Worldwide Interoperability forMicrowave Access，Wi-Max)，以及任何其它合适的通讯协议，甚至可包括那些当前仍未被开发出来的协议。
外接端口106可包括硬件接口，可以是数据端口或信号端口。当一个功能模块通过匹配的外接端口106接到组网核心装置100的总线112上，组网核心装置100即可通过总线112与所连接的功能模块进行数据信息交互。一般来说，不同的功能模块都配置有相同的外围硬件接口，并与组网核心装置的外接端口106匹配。功能模块，或称为功能电子模块、特定功能电子模块，可以包括：显示模块、媒体播放模块、电机驱动模块、传感器模块（如：温度、湿度、光照、空气质量、人体感应、颜色识别、接近、碰撞、姿态、心率、手势、触摸、超声波等传感器）、通讯模块、语音采集模块、图像采集模块等。一个实体的功能模块可实现一个功能，也可以整合实现多个功能。
外围设备110可包括输入或输出设备，例如指示灯、开关、扬声器等。外围设备110可用于提示组网核心装置100的工作状态，或控制组网核心装置100的工作模式。比如，当检测到连接异常时，组网核心装置100可通过指示灯和扬声器发出提示。组网核心装置100还可设置复位按钮用于恢复默认设置，或启动组网按钮用于打开网络发现功能并组织或加入网络。
图2为本发明提供的组网核心装置的另一种结构框图。图3为本发明提供的组网核心装置的功能示意图。图3中的核心core即为本发明提供的组网核心装置。参考图2和图3，组网核心装置100可用于实现三种不同的连接和信息交互，包括：与一个或多个功能模块的连接与交互，与一个或多个同类组网核心装置的连接与交互，以及与智能终端（如手机等）的连接与交互。这三种连接可以同时在线，也可以单独在线。基于此，组网核心装置100的结构可包括功能模块处理单元120，同族组网单元130，以及控制单元140。
功能模块处理单元120可用于识别和控制所连接的功能模块。组网核心装置100和功能模块可通过外接端口106保持电连接。在一些实施例中，组网核心装置和所有的功能模块均采用统一的接口，组网核心装置100可以用一根总线将一个或多个功能模块组织起来。连接成功后，功能模块处理单元120可以自动识别出总线上挂载的所有功能模块，并给每个功能模块分配唯一的通讯地址，然后可根据总线上的负载率采用合适的通讯速率控制所有的功能模块。举例来说，每个特定功能电子模块可内置一段唯一的物理地址，物理地址包含该模块型号代码与设备代码（类似流水号），功能模块处理单元120可根据型号代码识别模块类型，通过设备代码分批总线地址。功能处理单元120与连接成功的一个功能模块的通信内容可包括：查询功能模块的工作状态并得到反馈，接收功能模块的输出数据（如包含传感器的功能模块采集的数据，WIFI模块从无线网接收到的数据），发送数据或指令至功能模块执行（如播放音乐、启动电机）。当有两个功能模块同时连接到组网核心装置100时，功能模块处理单元120还可用于将其中一个功能模块的信息转发到另一个功能模块。进一步地，在正常工作状态下，如果出现功能模块异常或者断开连接，功能模块处理单元120能够检测到系统异常并进行提示。
功能处理单元120可以生成和获取与其连接的功能模块的数据信息。所述数据信息可包括：功能模块的个数、种类、每个功能模块在总线内的通讯地址、每个功能模块与具体功能相关的信号（比如，运行参数、采集的数据等）等。功能处理单元120还可根据接收到的指令，控制所连接的功能模块。如图3所示，组网核心装置可与多个功能模块（功能模块A、B、C、D）通过总线电连接。功能模块A、B、C、D可以是实现四种不同功能的模块，也可以是部分或全部都为实现相同功能的模块。在本说明书中，当一个组网核心装置和一个或多个功能模块连接成功后，其组合也可称为一个系统。
同族组网单元130可用于与其它至少一个组网核心装置基于第一通信协议建立无线连接；并在无线连接建立成功后，与其它至少一个组网核心装置进行数据通信传输。同族组网单元130可发现在其通信距离内的另一个组网核心装置，并与其建立网络连接。在一些实施例中，同族组网单元130支持的第一通信协议可以是无线个人局域网WPAN协议，比如基于IEEE802.15.4标准的6LoWPAN（IPv6 over Low Power Wireless Personal AreaNetworks）网络。在默认初始配置下，用户可以通过组网核心装置100上的物理按键或者其它功能模块来启用同族组网单元130的无线组网功能，此时所有默认配置下的组网核心装置在通信距离都可以相互发现，并自动组网。此时自组网的功能是发现周围的可用设备（即可连接的其它组网核心装置），并建立各个组网核心装置之间的连接。在本发明中，多个组网核心装置（通过各自的同族组网单元130）基于第一通信协议建立的无线网络也可称为第一网络。在第一网络中的一个组网核心装置也可称为一个节点。若所述组网核心装置既连接有功能模块又接入了第一网络，可称为一个系统节点。第一网络建立后，各组网核心装置均可获得第一网络中任一系统节点的相关信息，比如组网配置信息或所包含的功能模块的数据信息。也就是说，一个组网核心装置的同族组网单元130可从功能模块处理单元120获取该组网核心装置所连接的功能模块的数据信息，并维护自身的网络配置信息，所述数据信息和网络配置信息可以被第一网络里的另一个组网核心装置接收。
控制单元140可用于与智能终端进行信息交互，包括向智能终端发送组网核心装置的状态信息，以及接收和响应智能终端发送的配置信息。所述状态信息可包括：组网核心装置当前连接的所有功能模块的相关信息，组网核心装置的基于第一通信协议的组网配置信息。若所述组网核心装置100已经与其它组网核心装置建立无线连接，即已是第一网络的一个节点，则所述状态信息还可包括网络信息，即第一网络中其它所有节点的信息，比如第一网络中另一个组网核心装置的所连接的功能模块的相关信息和其基于第一通信协议的组网配置信息（如节点标识、通讯地址等）。
进一步地，控制单元140还可用于，根据智能终端的配置信息，控制与其连接的功能模块（通过功能模块处理单元120）；以及根据智能终端的配置信息，设定所述组网核心装置与其它组网核心装置的连接通信规则和/或协同使用的逻辑规则（通过同族组网单元130）。
在一些实施例中，控制单元140还可用于基于第二通信协议与智能终端建立连接。第二通信协议可以支持蓝牙协议、红外传输协议、WIFI传输协议等。第二通信协议可以是开发者基于WIFI通信、蓝牙通信和红外通信的结合进行深加工的一个协议标准。所述状态信息和所述配置信息都可以通过基于第二通信协议的连接进行传输。如图3所示，组网核心装置可与手机通过第二通信协议建立连接并传输数据。在另一些实施例中，控制单元140可通过同族组网单元130完成与智能终端的信息交互。比如，所述组网核心装置100所处的第一网络中的另一个节点与智能终端建立了基于第二通信协议的连接，则此节点可转发所述组网核心装置100与智能终端之间的交互信息。
在一些实施例中，当控制单元140接收并响应智能终端发出的配置信息后，控制单元140可断开与智能终端的连接。第一网络中的各节点可按照配置好的信息通过第一网络的连接协同完成配置的功能。
图4为本发明无线组网方法的示意流程图。本发明提供的无线组网方法可由两个或以上的组网核心装置，两个或以上的功能模块，以及一个智能终端合作完成。如图4所示，无线组网方法可包括以下步骤。
组网核心装置与功能模块建立电连接（S402），可包括第一组网核心装置与第一功能模块连接从而组成第一系统，第二组网核心装置与第二功能模块连接组成第二系统。举例来说，用户可将功能模块A与组网核心装置1的外接端口对接。对接成功后，组网核心装置1自动通过总线识别功能模块A，给功能模块A分配唯一的通讯地址，并通过总线控制功能模块A。功能模块B也采用同样的方式与组网核心装置1建立连接。组网核心装置1与功能模块A和B组成一个系统1。功能模块C可与组网核心装置2建立连接，并组成系统2。系统1和系统2可以在不同的物理位置。
第一系统与智能终端基于第二通信协议建立连接（S404）。比如，第二通信协议可以支持蓝牙连接协议，也可以是开发者基于WIFI通信、蓝牙通信和红外通信的结合做的一个协议标准。以蓝牙为例，第一组网核心装置与智能终端可位于对方的蓝牙通信距离内。智能终端可安装配套的应用程序。当用户在智能终端上选择启动所述应用程序的配置功能时，智能终端可打开蓝牙，自动发现蓝牙通信距离内的设备。智能终端与第一组网核心装置进行蓝牙匹配，当配对成功后，智能终端的应用程序即可向第一组网核心装置发送获取状态信息的请求。第二通信协议可以是Internet网络，第一系统可包括能连接到互联网云端服务器的功能模块（如WIFI功能模块），智能终端可登录云端服务器，则建立了WIFI功能模块（即第一系统）与智能终端基于第二通信协议的连接。
第一组网核心装置与一个或多个其它组网核心装置基于第一通信协议建立无线连接，形成第一网络（S406），可包括第一组网核心装置与第二组网核心装置基于第一通信协议建立无线连接。在一些实施例中，若第一组网核心装置与第二组网核心装置位于对方的通信距离内，第一组网核心装置可自动发现第二组网核心装置并基于第一通信协议自动建立连接；若第一组网核心装置与第二组网核心装置不在对方的通信距离内，但是两者均在第三组网核心装置的通信距离内，则第一组网核心装置与第二组网核心装置可基于第一通信协议并通过第三组网核心装置自动建立连接。这一步骤可以发生在S402和S404之前，之中或之后。只要组网核心装置的自组网功能是开启的，在默认设置下，通信距离内的组网核心装置均可以自动发现对方，并组成第一网络，所述第一网络可以是网状网络。一些实施例中，第一组网核心装置的默认设置可能被修改过，第一组网核心装置与第二组网核心装置虽然在通信距离内但是不能相互发现。这种情况下，智能终端可通过蓝牙与第一组网核心装置建立连接，智能终端可以修改第一组网核心装置的网络配置，重新启动第一组网核心装置的自组网功能。智能终端可采用所述步骤修改第一组网核心装置和第二组网核心装置中至少一个的网络配置信息。修改完成后，第一组网核心装置与第二组网核心装置可基于第一通信协议建立连接，并组成第一网络。
第一网络建立后，各组网核心装置均可获得第一网络中任一系统节点的相关信息，比如组网配置信息或所包含的功能模块的数据信息。也就是说，一个组网核心装置可维护自己连接的功能模块的数据信息和自己的网络配置信息，所述数据信息和网络配置信息可以被第一网络里的任意一个组网核心装置接收。
步骤S402、S404和S406的先后顺序没有限定。在一些实施例中，比如可以在第一网络建成后，再建立第一功能模块与第一组网核心装置的电连接。
通过智能终端与第一系统间的基于第二通信协议建立的连接通路，智能终端获取第一网络的网络信息以及第一网络中各个系统节点的相关信息（S408）。在一些实施例中，智能终端可接收第一组网核心装置通过蓝牙传输的状态信息。在另一些实施例中，第一系统的WIFI功能模块可将第一组网核心装置的状态信息通过互联网转发给智能终端。第一组网核心装置的状态信息可包括：第一组网核心装置当前电连接的所有功能模块的相关信息，第一组网核心装置的基于第一通信协议的组网配置信息，以及第一网络中其它所有节点的信息。也就是说，通过第一组网核心装置与第二组网核心装置基于第一通信协议建立的连接通路，第一组网核心装置可接收第二系统的相关信息，包括第二组网核心装置所连接的功能模块的相关信息和第二组网核心装置基于第一通信协议的组网配置信息，再通过智能终端与第一组网核心装置间的基于第二通信协议建立的连接通路，第一组网核心装置将接收到的第二系统的相关信息发送至智能终端。换句话说，第一系统可向所述智能终端发送所述第一网络中各节点的所述节点信息。
智能终端配置第一网络中各节点的功能逻辑（S410），可包括智能终端配置第一系统和第二系统的功能逻辑。智能终端的应用程序可提供用于配置网络和功能的图形用户界面（GUI）。具体来说，界面上可显示第一网络里的各个节点，以及各个节点可完成的功能（该节点包含的功能模块的种类）。用户可通过智能终端对各个节点进行网络配置和/或功能设置。第一网络中的每个节点可有一个唯一标识（如网络地址），智能终端可根据用户的设置指令生成与节点标识对应的配置信息。
在一些实施例中，智能终端可查看和修改各个节点组网核心装置的基于第一通信协议的网络配置。比如，第一网络中当前有五个系统节点，智能终端可指定其中三个节点为一组体系，剩下两个节点为另一组体系，两组之间不能互相发现。
在一些实施例中，智能终端可查看和设定各个系统节点功能模块的运行配合逻辑。运行配合逻辑可以包括条件逻辑，比如：设定第一系统的第一功能模块满足设定条件时，第一组网核心装置通过第一网络给第二组网核心装置发送触发信号，并设定第二组网核心装置在收到触发信号后，控制第二功能模块执行一项功能。运行配合逻辑还可以包括与或等逻辑，比如：第一系统的第一功能模块满足任意两个设定条件之一时，触发第二系统的第二功能模块执行一项功能。
当用户在智能终端上配置完成后，智能终端根据配置生成控制指令，通过智能终端与第一组网核心装置间的基于第二通信协议建立的连接通路，智能终端将控制指令发送至第一系统（S412）。控制指令可包含节点标识和相应节点的配置信息。一个系统节点的配置信息可包括：该系统节点的功能模块的运行参数配置信息和该系统节点基于第一通信协议的组网配置信息。
第一组网核心装置将控制指令发送至第一网络（S414），可包括第一组网核心装置识别对应自己的的第一节点标识，并读取相应的第一配置信息；第一组网核心装置将第二配置信息发送给与第二节点标识对应的第二组网核心装置。在一些实施例中，当步骤S412完成后，智能终端即可断开与第一组网核心装置的基于第二通信协议的连接。各网络节点可以根据配置信息自动运行所设定的功能。
各网络节点根据相应的配置信息，执行设定的逻辑功能（S416）。第一组网核心装置可根据第一配置信息处理和修改第一系统的设置和运行，第二组网核心装置可根据第二配置信息处理和修改第二系统的设置和运行。比如，若一个节点的网络配置被修改了，则该节点的组网核心装置可在完成修改后按照新的网络配置运行；若一个节点的功能模块的功能被设置了，则该节点的组网核心装置控制功能模块按照配置信息运行。
图5为本发明无线组网的网络结构示意图。图5所示的网络结构，可以是执行了步骤402和406后形成的基于第一通信协议的第一网络的结构。第一通信协议可以是无线个人局域网WPAN协议。第一通信协议可以是开发者基于WIFI通信、蓝牙通信和红外通信的结合深加工做的一个协议标准。图5中每个系统节点均包括一个组网核心装置（core）和至少一个接在组网核心装置的总线上的功能模块。图中所示的系统节点内的功能模块A和B可代表不同功能或不同配置的功能模块，比如节点A的功能模块A与节点C的功能模块A可以是完全不同的功能模块。另外，虽然图示的每个系统节点均包含两个功能模块，实际每个系统节点可根据应用场景包含不同数量的功能模块。当组网核心装置的组网功能是开启状态时，在通信距离内的组网核心装置可以自动相互发现，多个系统节点可以自动组合成无线网状网络。
本发明提供的网络结构可实现系统节点到系统节点的寻址通讯，无需网关或一到多和多到一的路由。各系统节点可以自由组合和扩展。比如，图中系统节点A和系统节点G不在互相的通信距离内，根据寻址通讯，系统节点A可通过系统节点C和F实现与系统节点G之间的连接及数据传输。再比如，若系统节点H新出现在系统节点B的通信距离内，系统节点H和系统节点B可以自动互相发现，系统节点H即可加入到无线网络中。
无线网络中可包括一个组织者（Leader）。比如，无线网络建立时，第二组网核心装置可以作为组织者，维护整个网络。第一组网核心装置可作为具有路由功能的节点设备（Router eligible end device）加入网络。组织者可以根据网络情况来确定是否将某个组网核心装置作为网络中的路由（router）以连接其它组网核心装置。比如节点C可以是组织者，节点C自身也有路由功能，节点C还可决定启用节点F的路由功能；节点G（子节点）的路由功能不启用，可通过节点F（父节点）与网络中其它节点通信。每个路由通过Trickle机制和MLE（mesh link establishment)获知其它路由的状态。
在基于第一通信协议的无线网络中，不需要特定的组网核心装置来完成网络功能，具有无单点故障能力。比如，如果一个路由节点发生了故障，网络将动态变向发送传输，绕过故障节点。再比如，若当前组织者断开连接，另一个具有路由功能的节点设备可称为新的组织者，做出网络内的决定。当节点添加到网络并且拓扑结构改变时，网络通过交换MLE(Mesh Link Establishment)消息做调整。当需要时，根据网络情况，组织者可以启用或关闭某个节点的路由功能来优化网络连接。网络中具有路由功能的节点设备也可以聆听路由信息，并且在需要提升网络的整体性能时，向网络中的组织者申请成为路由器。
图6为本发明基于电子模块的智能网络系统的一个实施例的结构示意图。本发明提供的智能网络系统可包括，两个或以上的组网核心装置，和两个或以上的功能模块。在图6所示的实施例中，所述两个或以上的功能模块包括一个WIFI功能模块。所述WIFI功能模块可以是节点E的组网核心装置所连接的功能模块A。
所述智能网络系统可按照前述的无线组网方法（步骤S402-S414）搭建。具体来说，节点A到E的组网核心装置（core）可以基于第一通信协议建立无线连接，组建第一网络。节点A的组网核心装置可与智能终端（如手机）基于第二通信协议（如蓝牙或开发者基于WIFI通信、蓝牙通信和红外通信的结合深加工做的一个协议标准）建立连接。智能终端即可对第一网络里的各个节点进行配置，可包括配置此系统节点和其它系统节点的组网关系，以及控制此系统节点和其它系统节点的功能联系。
在一些实施例中，以蓝牙为例，当智能终端与节点A的组网核心装置通过蓝牙建立连接后，智能终端可以配置节点E的WIFI功能模块的运行参数和逻辑。比如，智能终端可配置WIFI功能模块的连接参数，发现周围可连接的WIFI路由器的SSID并输入验证信息，则WIFI功能模块可通过WIFI路由器连接到互联网（Internet网络）。再比如，WIFI功能模块可自带路由器功能，包含WAN接口用于接入宽带，智能终端可配置宽带接入方式和信息，如PPPOE上网账号信息或ADSL接入，则WIFI功能模块连接到互联网。完成配置后，智能终端可断开与节点A的组网核心装置的蓝牙连接。在另一些实施例中，所述WIFI功能模块可通过其它配置方法接入互联网，比如在第一网络还没建立时，智能终端与节点E的组网核心装置通过蓝牙建立连接并配置WIFI功能模块，或者WIFI功能模块的默认设置使其在启动后可自动接入互联网。
当所述WIFI功能模块成功接入互联网，则第一网络中的任一节点也都连入互联网。进一步地，第一网络中的任一节点即可通过WIFI功能模块从云端获取信息，并接收云端控制。具体来说，当所述WIFI功能模块成功接入互联网，任一智能终端可远程登录云端服务器，通过云端服务器查看或控制第一网络中任意节点的相关信息或功能。所述云端服务器可以远程服务器，或所述WIFI路由器，或所述WIFI功能模块。
本实施例中的WIFI功能模块，也可以是根据其它通信协议具有接入互联网功能的模块，比如：全球移动通讯系统 （Global System of Mobile communication，GSM）、通用分组无线服务（General Packet Radio Service，GPRS）、码分多址（Code Division MultipleAccess，CDMA）、宽带码分多址（Wideband Code Division Multiple Access, WCDMA）、长期演进 （Long Term Evolution, LTE）)等。
本发明提供的基于电子模块的智能网络系统，组建基于第一通信协议的网络，可实现不同物理位置的功能模块协同工作，对多个功能模块的配置可以在智能终端上一次完成。若包含WIFI功能模块，所述系统还可以实现各种互联网应用。本发明提供的基于电子模块的智能网络系统易于扩展和配置，为系统搭建提供了很多创造空间和趣味性。
在一个实施例中，智能网络系统可包括组网核心装置1、碰撞传感模块、组网核心装置2、显示模块和媒体播放模块。组网核心装置1与碰撞传感模块连接，放在房门上，作为系统节点1；显示模块和媒体播放模块都接在组网核心装置2的总线上，作为系统节点2放在房间内的书桌上。完成配置后，当系统节点1的传感器检测到有人推开房门时，组网核心装置1与组网核心装置2通信，显示模块可显示预设文字或图像，媒体播放模块可播放指定铃声。
在另一个实施例中，智能网络系统可包括三个组网核心装置、显示模块、定时器模块、电机模块、媒体播放模块、WIFI功能模块。其中，显示模块、定时器模块和WIFI功能模块与组网核心装置1连接，组成系统节点1，放在床头柜上，作为闹钟；媒体播放模块和与组网核心装置2连接，作为系统节点2，媒体播放模块可通过外接插口连在家用音响上，即系统节点2放在音响附近；组网核心装置3与电机模块连接，作为系统节点3，电机模块可包括连接臂，系统节点3可放在自动窗帘附近，使连接臂位于自动窗帘的的开关按钮上方。完成系统配置后，当系统节点1的定时器到达设定时间（用户设定的闹铃时间），控制WIFI功能模块从设定网址获取音频信息（天气预报、新闻广播、音乐频道等），系统节点1将获取的音频信息传送给系统节点2，通过媒体播放模块和外接音响播放从网络获取的音频信息；系统节点3也被触发，启动电机模块，控制连接臂按下开关按钮并恢复原位，自动窗帘打开。系统节点1的定时器还可以通过WIFI功能模块与网络时间同步。
智能终端可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、个人计算机、工作站、服务器等。智能终端的硬件结构可包括处理器、存储器、外部通信模块、显示单元和输入单元。智能终端可安装组网配置的应用程序。所述应用程序可以保持在存储器中，当处理器运行所述应用程序时，执行与用户交互进行组网配置的功能。
所述应用程序可包括连接单元和配置单元。所述连接单元可用于建立与组网核心装置或WIFI功能模块之间的连接。连接成功后，所述应用程序即可获取基于第一通信协议组建的网络里所有节点的相关信息。所述配置单元可用于查看和配置节点的相关信息。比如，所述应用程序可以在图形界面上显示当前网络的拓扑结构，当用户选取网络中的一个节点。图形界面可显示所选节点组网核心装置的网络配置信息和所选节点包含的功能模块的功能状态信息。用户可在图形界面上修改所显示的信息，比如修改组网的参数，修改功能模块的参数。进一步地，用户可在图形界面上定义多个节点协同工作的规则逻辑。比如，在配置媒体播放模块的功能时，用户可选取需要媒体播放模块播放的音频内容，并添加播放此音频内容的条件。在添加条件时，图形界面可显示网络里的其它所有功能模块，用户可选取一个或多个功能模块，用所选取的功能模块的参数作为媒体播放模块播放音频内容的触发条件。
在一些实施例中，智能终端还可包括信息和教程单元。用户可通过此单元了解模块化构建系统的信息，起到教育学习演示的目的。用户可查询模块化构建系统支持的某个功能模块的具体参数配置信息，或者该模块的使用例子。信息和教程单元还可包括一套或多套预设的配置信息以及相应的配置功能介绍。用户可根据介绍内容选取所需的一种配置，应用程序可自动检测网络里的硬件是否满足所选配置需要的硬件。若不满足时，应用程序可提示用户缺少的或者接错的模块信息。当网络里的硬件满足所选配置时，自动发送配置信息，使网络的各节点按照配置功能运行。或者，当用户选取一种配置后，应用程序可进入互动装配教程界面。在互动装配教程界面，应用程序可以一步一步提示用户如何装配组件。应用程序可实时监测用户是否完成当前步骤，若完成则可以进入下一个步骤。比如，当前步骤是将第二组网核心装置与显示模块连接，当用户完成此步骤，第二组网核心装置自动识别显示模块并将识别结果发送给智能终端，则应用程序判定次步骤已完成，进入下一步骤。当硬件安装连接所有步骤完成时，互动装配教程可转入参数配置教程界面，用户可继续在智能终端上一步一步完成所需的功能配置。完成配置后，即使智能终端断开连接，网络中各节点也可按照配置信息执行相应的功能。
图7为本发明提供的基于组网核心装置的教学演示方法的一个实施例的流程图。如图7所示，用户可使用预装有互动教程模块的智能终端，智能终端可显示多个可供用户选择的工程项目（S702）。所述的互动教程模块可以内嵌在前述的组网配置的应用程序中，也可以是一个需要单独安装的应用程序。单独安装的应用程序可与组网配置的应用程序通信，完成相应功能。智能终端可显示不同难易程度和/或不同功能领域的多个工程项目，供用户选择。在一些实施例中，智能终端可让用户选择用户已拥有的套装或部件，根据用户的输入，搜寻符合条件的工程项目（即用户已有的部件可完成的工程项目），建议用户搭建搜索得到的符合条件的工程项目。
当一个工程项目被选中时，智能终端可查找此工程项目的配置信息，并显示此工程项目需要的部件列表（S704）。所述部件列表中起码包括第一组网核心装置和至少一个电子功能模块。比如，此工程项目所需部件可包括组网核心装置1、碰撞传感模块、组网核心装置2、显示模块和媒体播放模块。
智能终端检测是否与第一组网核心装置通过第二通信协议连接（S706）。具体的检测和连接过程可参考图4的实施例的相关描述。在一些实施例中，步骤S706可在步骤S702前完成。当智能终端已与第一组网核心装置建立连接，智能终端即可获取与第一组网核心装置连接的电子模块的信息（S708）。与第一组网核心装置连接的电子模块可包括：挂载在第一组网核心装置的总线上的电子功能模块、与第一组网核心装置通过第一通信协议建立连接的一个或多个其他组网核心装置、以及挂载在其他组网核心装置的总线上的电子功能模块。
根据获取的电子模块的信息，智能终端可判断第一组网核心装置与此工程项目所需的部件是否建立连接（S710）。当检测没有连接所需部件时，智能终端可提示用户需要连接的部件（S712）。比如，提示用户将显示模块与组网核心装置2的总线连接。在一些实施例中，智能终端还可以检测是否有部件连接错误，比如本应接到第一组网核心装置的电子功能模块接到了其他组网核心装置上。当检测到连接错误时，智能终端可提示用户连接错误并显示正确的连接方式。
当智能终端检测到工程项目所需部件正确连接时，可进入功能配置界面（S714）。智能终端可提示用户不同的配置参数可以达到的效果，建议用户选择预设的配置参数。配置完成后，工程项目的各个部件根据配置执行设定的逻辑功能（S716）。另外，智能终端呈现的提示信息，可以是多种形式，包括但不限于：文字、图片、语音、动画、视频等。
本发明提供的基于电子模块的智能网络系统易于扩展和配置，无需编程，智能终端只需连上任意一个网络节点，用户即可通过应用程序对所有网络节点进行可视化的配置，实现各个功能模块的无线通信和协同工作，为系统搭建提供了很多创造空间和趣味性。
本发明所述的电子模块(比如，组网核心装置和功能电子模块)，可在PCB上设置一个或多个电子芯片以形成一个集成电路板，将壳体（如塑料壳体）以及所述集成电路板组装起来即可形成一个电子模块。所述电子模块还可包括磁体，能令所述电子模块与另一个电子模块通过磁性相连。
任何合适的电子芯片（或IC芯片）可以通过预先组装或以其它方式集成到相应模块的电路板上。电子芯片的例子可以包括但不限于：微控制器单元（8位，16位和32位），ARMCPU，MIPS CPU，USB2TTL，以太网，RS485，USB主机，2.4GHz无线，433兆赫无线，866兆赫无线，950兆赫无线，WiFi，蓝牙，ZigBee，近距离无线通信（NFC），Micro SD，GPS，GPRS/GSM，4G/LTE，无线充电器，MP3解码器，放大器，有机发光二极管（OLED），电机驱动器，步进驱动，（实时时钟）RTC，加速计，陀螺仪，磁场强度，锂电池管理器，双连接板，Arduino到Microduino的引脚转换，皮肤电流传感器，砷探测器，电阻器，电容器，电感器，和/或其他设置在相同或不同的模块中用于制作所希望的电子模块的芯片。
每个电子模块可执行一个或多个单独的功能（例如，一个LED，一个按钮，一个光传感器等），并且可以组合这些模块以创建更大的电路。一些模块可以对外部事件做出反应，诸如机械力，触摸，近距离，射频信号，环境条件等。其它一些模块可被预编程设为功能模块，如合成器，振荡器等。还有一些模块可以简单地用于传递电流，如导线模块。其它一些模块可用来提供电流，如电源块/电源模块。该系统还可以包括，例如，适配器板，用于和其他电子模块构建系统（电子积木式系统）和接口适配。
本发明所述的功能电子模块，可具有标准化的接口，并与组网核心装置的外接端口匹配。当任一种功能电子模块与组网核心装置对接成功后，组网核心装置即可识别和控制所连接的功能电子模块。
本发明所述的各电子模块互相之间可以电连接。例如，所述集成电路板可包括用于在堆叠的相邻模块之间传递电流的电导体，如金属探针和针连接器。针连接器可选用弹簧探针，以防止在使用过程中的损坏，并进一步延长模块的使用寿命。
所述针连接器可以包括任何合适布局的任何数量的弹簧探针。针连接器可用作一个模块和下一个模块间的电流传导和/或电子通信。例如，针连接器5可以是弹簧针如弹簧顶针（或称为pogo pin或pogo弹簧针），用于确保堆叠模块之间的连接。在一个实施例中，pogo pin可以包括排成U型的27个pogo pin，或排成H型的大约44个pogo pin，或排成H型的大约88个pogo pin。进一步地，除弹簧探针外任何其他用于在模块间传递电流和通信的合适的手段，都应包含在本发明所披露的范围内。
所述的基于电子模块的智能网络系统可以给儿童和成人做游戏，创造和设计的空间，很容易的将所需的电子模块结合到玩具，项目和工程中。在这种方式下，独立的模块可以使具有很少或没有电子器件或编程经验的用户来构造基本和复杂的产品，例如传感器和/或可交互的模拟和数字电路。所披露的模块可重复使用，可重新安排；从规模上说，从小而简单的电路到大而复杂的电路均可构建实现；并且也足够精密使得操控各模块可以做出复杂的性能设计。
另外，这些模块可以形成系列的电子元件用来创建更大，更复杂的部件或系统。事实上，一个用户/玩家/制造商几乎可以无限扩充模块的系列，向他们的模块库中添加任何需要的新组件。用户甚至可以创建自己的模块，并将其添加到自己收藏的系列中。
在一些实施例中，包含了所需数量模块的基于电子模块的智能网络系统可以作为单套产品或单个组合进行商业化。所述单套产品可以包括一个或多个不同的模块或不同类型的模块，以及存储这些模块的容器，还可以进一步包括配件，说明材料，或其它适当的部件。单套产品可以包括旨在以若干组合（包括单个组合）进行组装并执行各种功能的多个模块。单套产品还可以针对特定年龄组设计，例如，相比于针对高中水平的产品，针对小学水平的产品可包括较少的和/或较不复杂的模块。
因此，有不同功能的不同模块可以通过数以千百计的组合形成不同的电路，各个元件直接即时反应，并且无需任何编程，焊接或电路装配。用户无需编写任何代码，通过手动操控元件，以及在智能终端上的可视化操作就能够设计电路的性能。
在模块系列中可选择预编程和预装配的模块，这样无需编程和电子知识，即可构建作为复杂的产品原型或电路的基于电子模块的智能网络系统。另外，每个模块可以具有不同的颜色，以进一步区分彼此，并给用户提供更好的体验。
进一步地，用户无需编程逻辑和电路构建方面的专业知识，可以使用智能终端的应用程序，通过图形化界面的交互发出指令，完成位于不同物理位置的多个功能模块的协同工作。
更进一步地，可以为产品或设备添置发光部件、发声部件、按钮和其它电子部件，让孩子们、青年学生、设计师、非工程师以及其它缺乏必要经验的人可以很容易的操作。对非专业人士来说，以经济有效的方式让电子产品变得更容易理解和运用。所披露的模块和系统可提供一个平台用来加强学习、用于实验和促进创新。
以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。
Claims (20)
1.一种组网核心装置，其特征在于，包括：
功能模块处理单元，用于识别和控制与所述组网核心装置电连接的一个或多个功能电子模块；
同族组网单元，用于基于第一通信协议建立所述组网核心装置与至少一个其它组网核心装置间的无线连接；并在所述无线连接建立成功后，与所述至少一个其它组网核心装置进行通信，其中所述组网核心装置与所述至少一个其它组网核心装置组成基于第一通信协议的无线网络，每个组网核心装置为所述无线网络的一个节点；以及
控制单元，用于基于第二通信协议建立所述组网核心装置与智能终端的连接，并接收和处理所述智能终端的控制信号。
2.根据权利要求1所述的组网核心装置，其特征在于，所述功能模块处理单元还可用于：
自动识别出所述组网核心装置的总线上挂载的所述一个或多个功能电子模块，给每个功能电子模块分配唯一的通讯地址，并根据总线上的负载率采用合适的通讯速率控制每个功能电子模块。
3.根据权利要求1所述的组网核心装置，其特征在于，所述第一通信协议为无线个人局域网协议，并且所述无线网络为网状网络。
4.根据权利要求3所述的组网核心装置，其特征在于，
所述功能模块处理单元还用于，获取所述一个或多个功能电子模块的数据信息；
所述同族组网单元还用于，获取所述无线网络中各节点的节点信息，所述节点信息包括所述节点对应的组网核心装置的基于第一通信协议的网络配置信息，以及所述节点对应的功能电子模块的数据信息；
所述控制单元还用于，将所述无线网络中各节点的所述节点信息发送至所述智能终端。
5.根据权利要求4所述的组网核心装置，其特征在于，
所述智能终端的所述控制信号包括对所述无线网络中各节点的控制指令；
所述同族组网单元还用于，将所述控制指令发送至所述无线网络中的对应节点。
6.根据权利要求1所述的组网核心装置，其特征在于，
所述第二通信协议用于支持蓝牙通信、红外通信和WIFI通信中的一种或多种通信方式。
7.一种无线组网方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一组网核心装置与至少一个功能电子模块电连接，组成第一系统；
所述第一组网核心装置与至少一个第二组网核心装置基于第一通信协议建立无线连接，组成第一网络，其中，第一网络中每个组网核心装置为一个节点，所述第一组网核心装置获取所述第一网络中各节点的节点信息；
所述第一系统与智能终端基于第二通信协议建立连接；
通过所述智能终端与所述第一组网核心装置间的基于第二通信协议建立的连接通路，所述第一系统向所述智能终端发送所述第一网络中各节点的所述节点信息；
所述第一系统接收所述智能终端发出的所述第一网络中各节点的控制指令；
通过所述第一网络，所述第一系统将所述控制指令发送至对应的节点。
8.根据权利要求7所述的无线组网方法，其特征在于，所述第一系统与智能终端基于第二通信协议建立连接还包括：
所述第一组网核心装置与所述智能终端基于第二通信协议建立连接。
9.根据权利要求7所述的无线组网方法，其特征在于，
所述第二通信协议支持WIFI通信；
所述至少一个功能电子模块包括支持第二通信协议的第一功能电子模块；
所述第一系统与智能终端基于第二通信协议建立连接还包括：所述第一功能电子模块与所述智能终端基于第二通信协议建立连接；
所述第一功能电子模块向所述智能终端发送所述第一组网核心装置获取的所述第一网络中各节点的所述节点信息。
10.根据权利要求7所述的无线组网方法，其特征在于，
所述第一通信协议为无线个人局域网协议，并且所述第一网络为网状网络。
11.根据权利要求7所述的无线组网方法，其特征在于，
所述控制指令包括节点标识和相应节点的配置信息，
所述相应节点的配置信息包括：所述节点所连接的功能电子模块的运行参数配置信息和所述节点基于第一通信协议的组网配置信息中至少一个。
12.根据权利要求11所述的无线组网方法，其特征在于，
所述控制指令还包括至少两个节点所连接的功能模块的运行配合逻辑。
13.根据权利要求11所述的无线组网方法，其特征在于，
所述第一系统断开与所述智能终端的连接，
所述第一网络的各节点根据所述控制指令包含的配置信息运行。
14.一种基于电子模块的智能网络系统，其特征在于，包括：
至少两个组网核心装置，和至少两个功能电子模块，
其中，
每个所述组网核心装置用于，
识别和控制与所述组网核心装置电连接的所述功能电子模块；
基于第一通信协议建立所述组网核心装置与至少一个其它组网核心装置间的无线连接，组成第一网络，其中，第一网络中每个组网核心装置为一个节点；
获取所述第一网络中各节点的节点信息；
所述至少两个组网核心装置包括第一组网核心装置，所述至少两个功能电子模块包括第一功能电子模块，所述第一组网核心装置与所述第一功能电子模块电连接，组成第一系统；
所述第一系统与智能终端基于第二通信协议建立连接；
通过所述智能终端与所述第一组网核心装置间的基于第二通信协议建立的连接通路，所述第一系统向所述智能终端发送所述第一网络中各节点的所述节点信息；
所述第一系统接收所述智能终端发出的所述第一网络中各节点的控制指令；
通过所述第一网络，所述第一系统将所述控制指令发送至对应的节点。
15.根据权利要求14所述的智能网络系统，其特征在于，
所述第一组网核心装置与所述智能终端基于第二通信协议建立连接。
16.根据权利要求14所述的智能网络系统，其特征在于，
所述第一功能电子模块支持第二通信协议，
所述第一功能电子模块与所述智能终端基于第二通信协议建立连接，
所述第一功能电子模块向所述智能终端发送所述第一组网核心装置获取的所述第一网络中各节点的所述节点信息。
17.根据权利要求14所述的智能网络系统，其特征在于，
所述第一通信协议为无线个人局域网协议，并且所述第一网络为网状网络。
18.根据权利要求14所述的智能网络系统，其特征在于，
所述控制指令包括节点标识和相应节点的配置信息，
所述相应节点的配置信息包括：所述节点所连接的功能电子模块的运行参数配置信息和所述节点基于第一通信协议的组网配置信息中至少一个。
19.根据权利要求18所述的智能网络系统，其特征在于，
所述控制指令还包括至少两个节点所连接的功能模块的运行配合逻辑。
20.根据权利要求14所述的智能网络系统，其特征在于，
所述至少两个功能电子模块包括一个或多个显示模块、媒体播放模块、电机驱动模块、温度传感模块、湿度传感模块、光照传感模块、空气质量传感模块、人体感应传感模块、颜色识别传感模块、接近传感模块、碰撞传感模块、姿态传感模块、心率传感模块、手势传感模块、超声波传感模块、通讯模块、语音采集模块、图像采集模块。
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