CN107290971A - 一种基于物联网的智慧家电管控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于物联网的智慧家电管控系统，包括客户端管理系统、无线网关、ZigBee无线网络、家用电器、智能插座和网络家用电器，客户端管理系统包括家用手持遥控器、远端客户端，远端客户端通过网络与无线网关通信连接，手持遥控器通过WIFI连接无线网关，无线网关通过ZigBee无线网络连接智能插座，无线网关通过WIFI连接网络家用电器，网络家用电器和家用电器通过智能插座接入市电；家用电器中设有第一智能控制器，网络家用电器中设有WIFI无线模块和第二智能控制器，智能插座中设有ZigBee无线模块和第三智能控制器，家用电器的第一智能控制器通过串行通信总线连接智能插座的第三智能控制器。该系统了提高家居生活的智能化和数字化水平。
Description
技术领域
本发明涉及智慧家居系统技术领域，具体地说是涉及一种基于物联网的智慧家用电器管理与控制系统。
背景技术
智能家居诞生于美国，随后传播到欧洲、日本等发达国家，并且随着通信技术、计算机网络技术与电子技术的飞速发展，给智能家居提供了有利的实现平台，给追求快捷、安全、时尚的家居生活带来了全新的体验。当今社会，借助智能终端以及互联网，人们可在任何时间、任何地点监控并了解家居状况，这给家居生活带来了前所未有的方便。现有的智能家居系统包括三种：第一种是采用传统的机顶盒，第二种采用家庭智能网关，第三种是利用智能芯片和软件系统进行组合的信息化平台，采用室内遥控、远程终端访问的方式进行操作实现。
物联网是一种集成客观物品、网络通信、电子信息采集技术等的网络，无线传感器网络作为物联网的一种形式，其利用传感器节点、无线网络和移动通信技术，在智能家居领域得到了普及和推广，无线传感器网络综合了嵌入式软件设计、无线通信网络以及分布式信息管理技术，大大促进了智能家居的发展，能够实时地采集和分析家居环境信息，控制家用电器工作状态，具有重要的作用。然而目前对家用电器的智能控制存在成本高、可靠性差、系统设计冗余等缺点，因此，有必要提出一种低成本、低功耗、扩展性好且使用方便快捷的智慧家用电器管控系统来实现家用电器的智慧组网管控。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于物联网的低成本、低功耗、扩展性好且使用方便快捷的智慧家电管控系统，该系统整体结构设计巧妙，能够实现用户远程对家庭网络内部的各家用电器节点进行监控和管理，适应了目前移动互联的趋势，使用无线传感网络也避免了布线的麻烦，并且在添加新设备时也更方便、快捷，其能够提高用户家居生活的智能化、人性化和数字化水平，进一步提高用户对家用电器的控制能力，确保家庭安全。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为，一种基于物联网的智慧家电管控系统，包括客户端管理系统、无线网关、ZigBee无线网络、家用电器、智能插座和网络家用电器，所述客户端管理系统包括家用手持遥控器、远端客户端，所述远端客户端通过网络与无线网关通信连接，所述手持遥控器通过WIFI连接无线网关，所述无线网关通过ZigBee无线网络连接智能插座，所述无线网关通过WIFI连接网络家用电器，所述网络家用电器和家用电器通过智能插座接入市电；所述家用电器中设有第一智能控制器，所述网络家用电器中设有WIFI无线模块和第二智能控制器，所述智能插座中设有ZigBee无线模块和第三智能控制器，所述家用电器的第一智能控制器通过串行通信总线连接智能插座的第三智能控制器。
作为本发明的一种改进， 所述智能插座中设有电源模块、电能计量模块、继电器、开关驱动模块、光耦隔离器、存储模块、触摸显示屏，所述电源模块和电能计量模块均通过光耦隔离器连接第三智能控制器，所述电能计量模块通过电压采样和电流采样电路与电源模块相连，所述开关驱动模块、存储模块和触摸显示屏均连接第三智能控制器，所述继电器设置在智能插座电源线和电源模块之间，所述开关驱动模块与继电器相连接。
作为本发明的一种改进，所述远端客户端包括PC客户端和移动客户端，所述PC客户端通过Internet网络连接无线网关，所述移动客户端通过GPRS网络连接无线网关，移动客户端采用手机和/或掌上电脑（PAD）。
作为本发明的一种改进， 所述无线网关内部集成有微控制器、存储单元、GPRS通信模块、射频收发模块、WIFI模块、RJ45网络模块和电源模块，GPRS通信模块通过URAT接口连接微控制器，所述存储单元、射频收发模块、WIFI模块、RJ45网络模块均通过SPI接口连接微控制器，所述电源模块为微控制器、GPRS通信模块、射频收发模块、WIFI模块、RJ45网络模块提供电源；所述RJ45网络模块通过RJ45网络接口和双绞线接入路由器，通过路由器与PC客户端进行Internet网络通信，所述GPRS通信模块通过GPRS网络与移动客户端进行网络数据通信，所述射频收发模块通过ZigBee网络与智能插座的ZigBee无线模块通信连接，所述WIFI模块通过WIFI网络分别与网络家用电器的WIFI无线模块及手持遥控器通信连接。
作为本发明的一种改进， 所述ZigBee无线模块采用2.4GHz频率进行通讯，一个无线网关能够连接100个ZigBee无线模块。
作为本发明的一种改进， 所述智能插座中还设有传感器模块，所述传感器模块与第三智能控制器相连，传感器模块包括温湿度传感器、热释电红外传感器、光线传感器、烟雾检测传感器。
作为本发明的一种改进， 所述手持遥控器上设有微控制器、WIFI通信模块、触摸显示屏、电源模块和存储模块，所述WIFI通信模块、触摸显示屏和存储模块均与微控制器相连，所述电源模块为微控制器、WIFI通信模块、触摸显示屏提供电源。
作为本发明的一种改进，所述串行通信总线采用RS232串口，同时采用MAX232作为RS232的串口通信芯片来设计RS232串口，所述ZigBee无线模块采用MC13192芯片，所述电能计量模块采用CS5490电能计量芯片，所述存储模块采用AT24C1024数据存储芯片，所述光耦隔离器采用6N137高速光耦合器实现。
作为本发明的一种改进， 所述网络家用电器包括网络电视、网络冰箱、网络空调、网络洗衣机、网络热水器、网络微波炉、网络炊具等。
相对于现有技术，本发明的所提出的基于物联网的智慧家电管控系统整体结构设计巧妙，拆卸组装维修更换方便，成本较低，易于实现且使用便利程度高，通过设置的客户端管理系统、无线网关、智能插座以及结合ZigBee无线网络构建的家用电器管控物联网，整体采用国际通用的TCP/IP网络架构，简化了系统架构，降低了布线成本，提高了系统可靠性和稳定性；对于家庭网络内的所有家用电器来说，采用客户端管理系统进行集中式的设备管理，可实现设备故障的自动检测、告警及统计，同时也极大地提高了用户家居生活的的智能化、人性化和数字化水平，以及舒适性及便利性。
附图说明
图1为本发明系统的结构示意图。
图2为本发明系统的智能插座结构示意图。
图3为本发明系统的手持遥控器结构示意图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图对本发明作进一步描述和介绍。
参见图1，为一种基于物联网的智慧家电管控系统，包括客户端管理系统、无线网关、ZigBee无线网络、家用电器、智能插座和网络家用电器，其中家用电器与网络家用电器的区别仅在于网络家用电器内置有WIFI通信模块，因此其自身具备使用WIFI无线网络进行通信的功能，家用电器需要借助外部的通信连接设备来实现与客户端管理系统的通信功能。所述客户端管理系统包括家用手持遥控器、远端客户端，所述远端客户端通过网络与无线网关通信连接，所述手持遥控器通过WIFI连接无线网关，所述无线网关通过ZigBee无线网络连接智能插座，所述无线网关通过WIFI连接网络家用电器，所述网络家用电器和家用电器通过智能插座接入市电；所述家用电器中设有第一智能控制器，所述网络家用电器中设有WIFI无线模块和第二智能控制器，所述智能插座中设有ZigBee无线模块和第三智能控制器，所述家用电器的第一智能控制器通过串行通信总线连接智能插座的第三智能控制器。通过分别设置手持遥控器和远端客户端，用户一方面在家时可通过手持遥控器在室内的任意位置对连接在本系统中的所有家用电器（包括网络家用电器）进行管控，另一方面，用户可通过远端客户端随时随地通过网络实现对家中所有家用电器的远程管控功能，从而大大提高了用户对家用电器或网络家用电器的监管便利性。ZigBee是一种近距离的无线通信技术，适用于家庭中较多的信息检测点、较小数据量的情况，能够获得较高的数据传输可靠性，数据比较安全，且效率较高，因此，在本系统中采用ZigBee无线通信技术能够实现家用电器的远程、自动化智能化控制。另外，WIFI是一种利用无线信号实现数据传输的技术，它通过无线路由器将相关设备连接至Internet网络，接入到WIFI的多个设备可借助同一个局域网络通路实现网络连接。WIFI网络接入比较方便，易于扩展和调整，比较实用，利用WIFI组建网络，可利用WLAN接入网络，将数据同步至远端客户端，实现数据的集中化、智能化、自动化控制和为用户提供个性化的服务。
优选地，参见图2所示，所述智能插座中设有电源模块、电能计量模块、继电器、开关驱动模块、光耦隔离器、存储模块、触摸显示屏，所述电源模块和电能计量模块均通过光耦隔离器连接第三智能控制器，所述电能计量模块通过电压采样和电流采样电路与电源模块相连，从而对接入到智能插座上的家用电器或网络家用电器进行电能计量统计，监测家用电器或网络家用电器的用电情况以及状态。所述开关驱动模块、存储模块和触摸显示屏均连接第三智能控制器，所述继电器设置在智能插座电源线和电源模块之间，所述开关驱动模块与继电器相连接。通过开关驱动模块来实现对继电器的稳定启闭，从而实现智能插座的自动开关控制。另外，设置触摸显示屏可便于用户查看智能插座的数据记录情况及工作状态，同时也能够通过触摸显示屏来预先设置智能插座的工作状态，从而能够间接实现对家用电器的管控。
进一步优选地，所述远端客户端包括PC客户端和移动客户端，所述PC客户端通过Internet网络连接无线网关，所述移动客户端通过GPRS网络连接无线网关，移动客户端采用手机和/或掌上电脑。通过将远端客户端设定为PC客户端和移动客户端两种，从而能够更加便于用户做到随时随地管控家庭的家用电器和网络家用电器。
进一步优选地，无线网关作为客户端管理系统和家用电器之间的连接媒介，对本系统的管控操作起到了至关重要的作用，所述无线网关内部集成有微控制器、存储单元、GPRS通信模块、射频收发模块、WIFI模块、RJ45网络模块和电源模块，GPRS通信模块通过URAT接口连接微控制器，所述存储单元、射频收发模块、WIFI模块、RJ45网络模块均通过SPI接口连接微控制器，所述电源模块为微控制器、GPRS通信模块、射频收发模块、WIFI模块、RJ45网络模块提供电源；所述RJ45网络模块通过RJ45网络接口和双绞线接入路由器，通过路由器与PC客户端进行Internet网络通信，所述GPRS通信模块通过GPRS网络与移动客户端进行网络数据通信，所述射频收发模块通过ZigBee网络与智能插座的ZigBee无线模块通信连接，所述WIFI模块通过WIFI网络分别与网络家用电器的WIFI无线模块及手持遥控器通信连接。
进一步优选地，所述ZigBee无线模块采用2.4GHz频率进行通讯，一个无线网关能够连接100个ZigBee无线模块。因此，在整个家庭网络内可以只采用一个无线网关来实现对网络中所有家用电器的管控，可扩展能力强，易于配置且成本低。
进一步优选地，所述智能插座中还设有传感器模块，所述传感器模块与第三智能控制器相连，传感器模块包括温湿度传感器、热释电红外传感器、光线传感器、烟雾检测传感器。在智能插座中设置传感器模块可增强其功能，通过传感器模块对室内的环境进行检测，从而辅助客户端管理系统来实现对家用电器的智能化、人性化及自动化控制。
进一步优选地，参见图3所示，所述手持遥控器上设有微控制器、WIFI通信模块、触摸显示屏、电源模块和存储模块，所述WIFI通信模块、触摸显示屏和存储模块均与微控制器相连，所述电源模块为微控制器、WIFI通信模块、触摸显示屏和存储模块提供电源。手持遥控器相当于整个系统的室内主控制器，用户通过该手持遥控器可在室内的任意地方实现对家用电器的集中控制，大大提高了家用电器使用的舒适性及便利性。
进一步优选地，所述串行通信总线采用RS232串口，同时采用MAX232作为RS232的串口通信芯片来设计RS232串口，所述ZigBee无线模块采用MC13192芯片，所述电能计量模块采用CS5490电能计量芯片，所述存储模块采用AT24C1024数据存储芯片，所述光耦隔离器采用6N137高速光耦合器实现。
进一步优选地，所述网络家用电器包括网络电视、网络冰箱、网络空调、网络洗衣机、网络热水器、网络微波炉、网络炊具等。随着电子信息技术的不断发展，越来越多的家用电器朝向网络家用电器发展，这样就进一步提高了家用电器的智能化、集中化、远程化管控的可能性，也利于降低智慧家电管控系统的建设成本及实现复杂度，同时也越来越快地为用户提高了家居生活的舒适性程度。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于物联网的智慧家电管控系统，其特征在于：包括客户端管理系统、无线网关、ZigBee无线网络、家用电器、智能插座和网络家用电器，所述客户端管理系统包括家用手持遥控器、远端客户端，所述远端客户端通过网络与无线网关通信连接，所述手持遥控器通过WIFI连接无线网关，所述无线网关通过ZigBee无线网络连接智能插座，所述无线网关通过WIFI连接网络家用电器，所述网络家用电器和家用电器通过智能插座接入市电；所述家用电器中设有第一智能控制器，所述网络家用电器中设有WIFI无线模块和第二智能控制器，所述智能插座中设有ZigBee无线模块和第三智能控制器，所述家用电器的第一智能控制器通过串行通信总线连接智能插座的第三智能控制器。
2.如权利要求1所述的一种基于物联网的智慧家电管控系统，其特征在于，所述智能插座中设有电源模块、电能计量模块、继电器、开关驱动模块、光耦隔离器、存储模块、触摸显示屏，所述电源模块和电能计量模块均通过光耦隔离器连接第三智能控制器，所述电能计量模块通过电压采样和电流采样电路与电源模块相连，所述开关驱动模块、存储模块和触摸显示屏均连接第三智能控制器，所述继电器设置在智能插座电源线和电源模块之间，所述开关驱动模块与继电器相连接。
3.如权利要求2所述的一种基于物联网的智慧家电管控系统，其特征在于，所述远端客户端包括PC客户端和移动客户端，所述PC客户端通过Internet网络连接无线网关，所述移动客户端通过GPRS网络连接无线网关，移动客户端采用手机和/或掌上电脑。
4.如权利要求3所述的一种基于物联网的智慧家电管控系统，其特征在于，所述无线网关内部集成有微控制器、存储单元、GPRS通信模块、射频收发模块、WIFI模块、RJ45网络模块和电源模块，GPRS通信模块通过URAT接口连接微控制器，所述存储单元、射频收发模块、WIFI模块、RJ45网络模块均通过SPI接口连接微控制器，所述电源模块为微控制器、GPRS通信模块、射频收发模块、WIFI模块、RJ45网络模块提供电源；所述RJ45网络模块通过RJ45网络接口和双绞线接入路由器，通过路由器与PC客户端进行Internet网络通信，所述GPRS通信模块通过GPRS网络与移动客户端进行网络数据通信，所述射频收发模块通过ZigBee网络与智能插座的ZigBee无线模块通信连接，所述WIFI模块通过WIFI网络分别与网络家用电器的WIFI无线模块及手持遥控器通信连接。
5.如权利要求4所述的一种基于物联网的智慧家电管控系统，其特征在于，所述ZigBee无线模块采用2.4GHz频率进行通讯，一个无线网关能够连接100个ZigBee无线模块。
6.如权利要求5所述的一种基于物联网的智慧家电管控系统，其特征在于，所述智能插座中还设有传感器模块，所述传感器模块与第三智能控制器相连，传感器模块包括温湿度传感器、热释电红外传感器、光线传感器、烟雾检测传感器。
7.如权利要求6所述的一种基于物联网的智慧家电管控系统，其特征在于，所述手持遥控器上设有微控制器、WIFI通信模块、触摸显示屏、电源模块和存储模块，所述WIFI通信模块、触摸显示屏和存储模块均与微控制器相连，所述电源模块为微控制器、WIFI通信模块、触摸显示屏提供电源。
8.如权利要求7所述的一种基于物联网的智慧家电管控系统，其特征在于，所述串行通信总线采用RS232串口，同时采用MAX232作为RS232的串口通信芯片来设计RS232串口，所述ZigBee无线模块采用MC13192芯片，所述电能计量模块采用CS5490电能计量芯片，所述存储模块采用AT24C1024数据存储芯片，所述光耦隔离器采用6N137高速光耦合器实现。
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| PB01 | Publication | ||
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Application publication date: 20171024 |
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