CN107302479A - 基于多种通信协议的智能家庭网关 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多种通信协议的智能家庭网关，其硬件结构包括作为控制核心的中央控制器以及分别与中央控制器连接的用于控制相应硬件设备的多个硬件模块，中央控制器采用不同的通信协议与各硬件模块通信；中央控制器连接智能家庭网关的用于通信协议转换的软件结构，软件结构按照权限空间划分为底层的内核空间和上层的用户空间，内核空间控制中央控制器采用相应的通信协议与相应的硬件模块通信；用户空间通过嵌入式实时系统的系统调用接口与内核空间进行信息交互。本发明提供的智能家庭网关的内核空间通过驱动程序控制智能家庭网关的中央控制器，从而驱动程序便可以方便地规范控制智能家庭网关的各路接口，进行多种通信协议转换。

Description

基于多种通信协议的智能家庭网关
技术领域
本发明涉及家庭网关，具体涉及基于多种通信协议的智能家庭网关。
背景技术
智能家居与传统家居控制方式最大的差异在于智能家居控制可以通过APP对控制对象进行自由设置，而实现这个功能必须采用无线网络进行数据传输，无线网络种类很多，但适合用于智能家居的有WIFI、Zigbee、433、2.4G和485等等，他们都各有优劣。
例如，轻量需求用户(20个设备以下，同时考虑用户自身的手机、平板、手提电脑等占用WIFI)选用WIFI类智能家居是合适的，但遇水、门磁报警等就不能配置了，因为遇水、门磁报警无法直接采用WIFI通信方式；全屋智能家居，由于覆盖的产品比较多，选用Zigbee最为合适，最大的优点是解决了在线产品的数量问题和网络问题，由于Zigbee具有自组网的特点，无需特别配置；如果客户需要比较单一的产品，如开关、灯光等，并且对价格比较敏感，优先考虑选用成本比较低的433或2.4G产品；别墅、酒店、公寓、写字楼和公共空间等，由于产品量多，现场环境空间复杂，对稳定性要求高，选用485有线通信控制系统较合适，而传感类，可选用Zigbee。
在智能家居设计中采用任何一种单一的通信方式都不合适，要根据实际需求，扬长避短，优化组合，以上一切的实现，都需要依赖智能家庭网关进行协调，进行多种通信协议转换。
有鉴于此，急需提供一种能够进行多种通信协议转换的智能家庭网关。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是解决智能家庭网关进行多种通信协议转换的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种基于多种通信协议的智能家庭网关，其硬件结构包括作为控制核心的中央控制器以及分别与中央控制器连接的用于控制相应硬件设备的多个硬件模块，中央控制器采用不同的通信协议与各硬件模块通信；
中央控制器连接智能家庭网关的用于通信协议转换的软件结构，软件结构按照权限空间划分为底层的内核空间和上层的用户空间，内核空间控制中央控制器采用相应的通信协议与相应的硬件模块通信；用户空间通过嵌入式实时系统的系统调用接口与内核空间进行信息交互。
在上述技术方案中，所述硬件模块包括RF433模块、WIFI模块、Zigbee模块、蓝牙模块和RS485模块；
所述中央控制器采用SPI协议与所述RF433模块通信；
所述中央控制器采用USART MODBUS协议与所述WIFI模块、Zigbee模块、蓝牙模块和RS485模块通信。
在上述技术方案中，所述内核空间由下至上依次包括驱动程序、设备文件和虚拟文件系统；
所述驱动程序，通过控制所述中央控制器与各硬件模块之间的通信接口，管理各个所述硬件设备；
所述设备文件，通过各个所述驱动程序管理各个所述硬件设备；
所述虚拟文件系统，通过所述嵌入式实时系统的系统调用接口实现所述设备文件与所述用户空间的信息交互。
在上述技术方案中，所述用户空间由下至上依次包括通信协议程序、共享内存、API接口以及应用程序；
所述通信协议程序，与所述共享内存一一对应；
所述API接口，通过各个所述共享内存统一管理各个所述通信协议程序；
所述应用程序，通过所述API接口调用相应的所述通信协议程序。
在上述技术方案中，所述设备文件包括字符设备文件和块设备文件。
在上述技术方案中，所述嵌入式实时系统为ucosII操作系统。
在上述技术方案中，所述驱动程序包括IIC驱动、UART驱动、以太网卡驱动、串口芯片驱动和SPI驱动。
在上述技术方案中，所述通信协议程序包括RS485协议、SPI协议、IIC协议和以太网高层协议，以及基于RS232协议、RS485协议、SPI协议、IIC协议和以太网高层协议的用户自定义协议。
本发明中的智能家庭网关通过中央控制器连接用于控制相应硬件设备的多个硬件模块，智能家庭网关的内核空间控制中央控制器采用相应的通信协议与相应的硬件模块通信，进行多种通信协议转换。
附图说明
图1为本发明中一种基于多种通信协议的智能家庭网关的硬件结构示意图；
图2为本发明中一种基于多种通信协议的智能家庭网关的软件结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做出详细的说明。
本发明实施例提供了一种基于多种通信协议的智能家庭网关，该智能家庭网关是整个智能家居控制系统的数据中转站和沟通媒介，是整个智能家居控制系统设计的关键，如图1所示，智能家庭网关的硬件结构包括作为控制核心的中央控制器(采用STM32F407)1以及分别与中央控制器1连接的用于控制相应硬件设备的RF433模块2、WIFI模块3、Zigbee模块4、蓝牙模块5和RS485模块6，其中，中央控制器1采用USART MODBUS协议与WIFI模块3、Zigbee模块4、蓝牙模块5和RS485模块6通信，中央控制器1采用SPI协议与RF433模块2通信。
由于本方案中的智能家庭网关采用了两种通信技术，为保证数据流流动过程中数据流流向的正确性以及数据的准确性，该智能家庭网关分别设计了相应的USART MODBUS协议、SPI协议以及控制命令编码。
中央控制器1连接智能家庭网关的用于通信协议转换的软件结构，软件结构按照UCCOS系统的权限空间划分为底层的内核空间和上层的用户空间，内核空间控制中央控制器1采用相应的通信协议与相应的硬件模块通信；用户空间通过嵌入式实时系统的系统调用接口与内核空间进行信息交互。
如图2所示，为智能家庭网关的软件结构，内核空间主要是UCCOS系统本身的内核系统，运行时内核系统静态或动态加载外围各种硬件设备的驱动程序。
内核空间由下至上依次包括驱动程序、设备文件和虚拟文件系统；驱动程序通过控制中央控制器1与各硬件模块之间的通信接口，管理各个所述硬件设备，驱动程序包括IIC驱动、UART驱动、以太网卡驱动、串口芯片驱动和SPI驱动；设备文件通过各个驱动程序管理各个硬件设备；虚拟文件系统通过嵌入式实时系统的系统调用接口实现设备文件与用户空间的信息交互。
设备文件包括字符设备文件和块设备文件，UCCOS系统通过设备文件管理各个驱动程序及硬件设备。通常一种硬件设备对应一个设备文件,一种类型的硬件设备对应一个驱动程序,所以智能家庭网关各路通信共有4个驱动程序、9个设备文件(9路通信)。设备文件统一由虚拟文件系统管理，UCCOS系统的虚拟文件系统通过嵌入式实时系统UCOS-II操作系统的调用接口实现设备文件与用户空间的通信协议程序进行交互。
用户空间由下至上依次包括通信协议程序、共享内存、API接口以及应用程序；通信协议程序与共享内存一一对应；API接口通过各个共享内存统一管理各个通信协议程序；应用程序通过API接口调用相应的通信协议程序。
用户空间底层主要是TCP/IP协议栈和其它各种通信协议程序，这些通信协议程序既可以是RS485的高层协议(例如Modubs、Profibus等)、SPI协议、IIC协议和基于以太网的各种高层协议,也可以是基于RS232协议、RS485协议、SPI协议、IIC协议和以太网高层协议的用户自定义协议程序。各种通信协议程序都对应一块共享内存,共享内存的上层为API接口，API接口通过各共享内存统一管理各通信协议程序。用户空间的最上层为用户应用程序,用户应用程序通过API接口管理各通信协议程序。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于多种通信协议的智能家庭网关，其特征在于，其硬件结构包括作为控制核心的中央控制器以及分别与中央控制器连接的用于控制相应硬件设备的多个硬件模块，中央控制器采用不同的通信协议与各硬件模块通信；
中央控制器连接智能家庭网关的用于通信协议转换的软件结构，软件结构按照权限空间划分为底层的内核空间和上层的用户空间，内核空间控制中央控制器采用相应的通信协议与相应的硬件模块通信；用户空间通过嵌入式实时系统的系统调用接口与内核空间进行信息交互。
2.如权利要求1所述的基于多种通信协议的智能家庭网关，其特征在于，所述硬件模块包括RF433模块、WIFI模块、Zigbee模块、蓝牙模块和RS485模块；
所述中央控制器采用SPI协议与所述RF433模块通信；
所述中央控制器采用USART MODBUS协议与所述WIFI模块、Zigbee模块、蓝牙模块和RS485模块通信。
3.如权利要求1所述的基于多种通信协议的智能家庭网关，其特征在于，所述内核空间由下至上依次包括驱动程序、设备文件和虚拟文件系统；
所述驱动程序，通过控制所述中央控制器与各硬件模块之间的通信接口，管理各个所述硬件设备；
所述设备文件，通过各个所述驱动程序管理各个所述硬件设备；
所述虚拟文件系统，通过所述嵌入式实时系统的系统调用接口实现所述设备文件与所述用户空间的信息交互。
4.如权利要求1所述的基于多种通信协议的智能家庭网关，其特征在于，所述用户空间由下至上依次包括通信协议程序、共享内存、API接口以及应用程序；
所述通信协议程序，与所述共享内存一一对应；
所述API接口，通过各个所述共享内存统一管理各个所述通信协议程序；
所述应用程序，通过所述API接口调用相应的所述通信协议程序。
5.如权利要求3所述的基于多种通信协议的智能家庭网关，其特征在于，所述设备文件包括字符设备文件和块设备文件。
6.如权利要求1所述的基于多种通信协议的智能家庭网关，其特征在于，所述嵌入式实时系统为UCOS-II操作系统。
7.如权利要求3所述的基于多种通信协议的智能家庭网关，其特征在于，所述驱动程序包括IIC驱动、UART驱动、以太网卡驱动、串口芯片驱动和SPI驱动。
8.如权利要求4所述的基于多种通信协议的智能家庭网关，其特征在于，所述通信协议程序包括RS485协议、SPI协议、IIC协议和以太网高层协议，以及基于RS232协议、RS485协议、SPI协议、IIC协议和以太网高层协议的用户自定义协议。
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