CN107643743A - 智能家居控制面板 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能家居技术领域，具体涉及一种智能家居控制面板，包括电源模块、主处理器、ZigBee网络模块、WiFi模块、安全与报警模块、人机交互界面和数据存储模块，电源模块提供必要的电源供应，主处理器接收来自ZigBee网络模块和WiFi模块采集的数据，实现家居环境和设备的自动控制功能，主处理器并将数据传输至人机交互界面和数据存储模块，主处理器通过所述安全与报警模块发出警告信息。本发明通过串行通信接口连接ZigBee网络和Wi‑Fi网络，并提供给用户友好的人机交互界面，按照用户预先设置好的各项参数自动调节相关设备，已达到预期设定的环境状况，实现自动化、智能化控制。

Description

智能家居控制面板

技术领域

本发明属于智能家居技术领域，尤其是一种智能家居控制面板。

背景技术

随着社会、经济水平的发展，人们的生活开始追求个性化、自动化、快节奏，追求充满乐趣的生活方式。因此，人们对家居品质的要求也越来越高，要求居住环境舒适化、安全化，家居生活人性化、智能化。

智能家居是3C技术(即计算机技术、网络通信技术、信息控制技术)向传统家电产业渗透发展的必然结果。从社会背景的层面来看，近年来信息化的高度进展，通讯的自由化与高层次化、业务量的急速增加与人类对工作环境的安全性、舒适性、效率性要求的提高，造成家居智能化的需求大为增加；此外在科学技术方面，由于计算机控制技术的发展与电子信息通讯技术的成长，促成了智能家居的诞生。现在的家居控制大都采用遥控器实现，一种电器采用一种遥控器，数量众多，造成浪费。

发明内容

为克服上述缺点，本发明提出一种智能家居控制面板，既可通过现有的开关面板对家居进行开关控制，又可通过可发射无线信号对与外部设备连接。

本发明采用以下技术方案：

一种智能家居控制面板，包括电源模块、主处理器、ZigBee网络模块、WiFi 模块、安全与报警模块、人机交互界面和数据存储模块，所述电源模块提供必要的电源供应，所述主处理器接收来自所述ZigBee网络模块和WiFi模块采集的数据，实现家居环境和设备的自动控制功能，所述主处理器并将数据传输至所述人机交互界面和数据存储模块，异常情况下，所述主处理器通过所述安全与报警模块发出警告信息。

进一步的，所述主处理器选用MSP430F6638处理器，所述ZigBee网络模块选用CC2530作为主处理器，所述WiFi模块选用RM04通信集成模块，所述人机交互界面由TFT显示屏、W25X16存储芯片、XPT2046触摸屏控制芯片和物理按键，所述数据存储模块选用SD卡，所述安全与报警模块由蜂鸣器和温度传感器构成。

进一步的，还预留RS485接口和USB接口。

进一步的，所述MSP430F6638处理器通过通用异步传输总线UART连接 ZigBee网络模块和Wi-Fi模块。

进一步的，所述电源模块采用USB供电，所述电源模块使用AMS1117-3.3 电源芯片将5V电压转换为3.3V。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：通过串行通信接口连接 ZigBee网络和Wi-Fi网络，并提供给用户友好的人机交互界面，按照用户预先设置好的各项参数自动调节相关设备，已达到预期设定的环境状况，实现自动化、智能化控制，并且和用户移动设备之间自由流通。

附图说明

图1为本发明智能家居控制面板的结构框图；

图2为本发明智能家居控制面板的硬件总体框图；

图3为RS232接口电路图；

图4为RS485接口电路图；

图5为USB接口电路图；

图6为TFT显示电路图；

图7为触摸屏控制电路图；

图8为物理按键电路图；

图9为W25X16电路图；

图10为SD卡接口电路图；

图11为温度检测电路图；

图12为蜂鸣器报警电路图；

图13为RM04模块电路图；

图14为CC2530通信电路图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1所示，本实施例提供的智能家居控制面板，包括电源模块、主处理器、ZigBee网络模块、WiFi模块、安全与报警模块、人机交互界面和数据存储模块。正常工作状态下，电源模块提供必要的电源供应，确保面板、工作正常、稳定。主处理器一方面接收来自ZigBee网络模块采集的数据，实现家居环境和设备的自动控制功能，另一方面执行数据流通任务，实现数据传输的同时还要提供人机交互界面、数据存储功能。异常情况下，主处理器可以通过安全与报警模块发出警告信息，还可留有扩展接口方便扩展和升级。

结合各硬件模块的实际需求，经过器件选型，本实施例的智能家居控制面板的硬件总体框图如图2所示，选用MSP430F6638作为主控中心核心处理器， CC2530用来做ZigBee通信设计的主处理器，实现ZigBee传输通信协议。RM04 是Wi-Fi通信集成模块，用来构建Wi-Fi网络。TFT显示屏、W25X16、XPT2046 和物理按键用来组成人机交互模块。SD卡作为数据存储器，板载的蜂鸣器和温度传感器TMP36构成了警报模块，另外电路板上还预留了RS485接口和USB 接口用于扩展。

为了便于调试和使用并满足MSP430F6638对电源的需求，本实施例采用 USB供电，MSP430F6638需要3.3V供电，USB是5V供电，所以需要使用 AMS1117-3.3电源芯片进行电压转换。AMS1117-3.3是3.3V固定输出低压差线性稳压器，最大输出电流为1A，完全满足系统功率需求，同时输出电压噪声较小，保证系统稳定工作。

为了实现MSP430F6638和ZigBee网络和Wi-Fi网络的通信必须设计一定的通信接口电路，如：UART接口电路、RS485接口电路和USB接口电路。

MSP430F6638包含两路通用串行通信接口，USCI_A0和USCI_A1每个都支持增强型UART、IrDA编码器解码器、同步SPI。主控中心通过通用异步传输总线UART连接ZigBee协调器和Wi-Fi模块，其设计原理图如图3所示。

MSP430F6638输出的电平在0-3.3V之间，由于MSP430F6638电平逻辑关系和串口的存在很大差别，因此并不能直接与串口RS232电平相连。为了完成数据通信，需要进行电平转换，本实施例采用MAX3232完成此任务。MAX3232 成本较低，只需要配合极少的外部元器件即可实现两路3V-5V电平到RS232电平的双向转换。UART接口电路主要实现主处理器和ZigBee网络和Wi-Fi网络的通信功能。

为了增加网关控制中心的扩展性能，实现控制板与更多智能设备之间的通信，家庭网关控制中心电路板还预留了RS485接口。RS485接口可以组成半双工通信网络，这种网络为总线式拓扑结构，同一总线上可以挂接多个结，RS485 通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。其电路结构如图4所示，本实施例采用SN65HVD30实现RS485电平转换，SN65HVD30 是TI生产的3.3V RS485收发器，最大传输速率26Mbps。为了消除通信电缆中的信号反射问题，电路中同时设计了可选的终端电阻R23和R25方便调试时选择。

USB也是一种常用的数据通信接口，为了实现控制中心电路板通信方式的多样性，板上预留了USB接口。MSP430F6638内部含有一个USB模块，该模块最大通信速率为12Mbps。USB模块的电源系统与MSP430F6638的电源管理系统相独立，USB电源系统含有3.3V LDO稳压器和1.8V LDO稳压器，可以为整个MSP430F6638供电。其电路如图5所示。

作为整个智能家居系统与用户的交互接口，智能家居控制面板必须具有友好的人机交互界面。显示部分，本申请采用了一块2.4寸、240*320分辨率的 TFT显示屏。带有触摸屏和外部中文字库，其电路设计如图6所示。2.4寸TFT 显示屏同时带有触摸功能，本申请使用了电阻式触摸屏，触摸屏由触摸屏控制芯片XPT2046控制，其电路原理图如图7所示，XPT2046采用SPI串行通信方式，可以与MSP430F6638的USCI模块直接通信。

本申请的控制面板还提供了4个物理实体按键方便用户操作，四个物理按键全部连接到MSP430F6638的通用I/O上，其电路原理图如8所示。

为了在TFT显示屏上方便的显示中文字符，必须使用中文字库，为此必须加入专门的外置存储器存放。本申请采用W25X16存放16*16像素的宋体 GBK字库。W25X16是一个2MB的FLASH存储芯片，其地址范围为 x000000-0x1FFFFF。W25X16支持标准的SPI通信方式，可以与MSP430F6638 的USCI模块直接通信，其电路原理图如图9所示。

控制面板除了实现相应的控制和通信功能以外，还应该具备相应的数据存数功能。由于SD卡应用非常广泛，而且控制较为简单，所以常被用在工业控制领域采集和存储数据。本申请预留了SD卡插槽，其电路图如图10所示。

本申请在电路板上加入了温度检测模块和蜂蜜器报警模块。当温度检测模块检测到电路板温度超过一定的阈值范围后，会启动蜂鸣器报警模块警告用户系统出现异常。同样当家庭环境各项参数超出用户预设范围以后，蜂鸣器模块也会被启用，其电路原理图如图11、12所示。温度检测模块采用模拟温度传感器TMP36，TMP36是低电压、精密摄氏温度传感器，不需要执行任何外部校准。温度测量范围为-40℃至+125℃。在测量范围内典型准确度为±2℃。TMP36 电压输出引脚连接到MSP430F6638的任意ADC引脚上，即可实现温度测量。

Wi-Fi通信电路主要实现智能家居控制面板和用户移动终端设备之间的通信。由于用户移动终端设备如手机、笔记本电脑等均带有Wi-Fi模块，本申请选用了以RT5350为核心的RM04Wi-Fi模块。RM04Wi-Fi模块以RT5350处理器为核心，内置802.11协议栈和TCP/IP协议栈，能够实现用户串口、以太网、无线网(Wi-Fi)3个接口之间的自由转换。通过RM04模块，传统的串口设备在不需要更改任何改动的情况下，即可通过Wi-Fi网络传输自己的数据。RM04 模块串口最大支持500Kbps的波特率。RM04模块引脚电路图如图13所示。

ZigBee技术由于其自身的各种特点，其应用范围十分的广阔。选用CC2530 作为ZigBee通信的芯片，CC2530拥有21个数字式输入/输出引脚，除去P2_3、P2_4引脚外接低频时钟被占用，其余19个引脚全部可以由用户支配。当引脚被选择为外设信号引脚时，管脚可以被连接到ADC、USART或定时器等外设，用户可以通过软件配置相应的寄存器来实现各种不同的功能，通信电路原理图如图14所示。

以上所述，仅本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业人员可以利用上述揭示的技术加以变更改进.但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术实质对以上实施所作的任何简单修改.仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种智能家居控制面板，其特征在于：包括电源模块、主处理器、ZigBee网络模块、WiFi模块、安全与报警模块、人机交互界面和数据存储模块，所述电源模块提供必要的电源供应，所述主处理器接收来自所述ZigBee网络模块和WiFi模块采集的数据，实现家居环境和设备的自动控制功能，所述主处理器并将数据传输至所述人机交互界面和数据存储模块，异常情况下，所述主处理器通过所述安全与报警模块发出警告信息。

2.根据权利要求1所述的智能家居控制面板，其特征在于：所述主处理器选用MSP430F6638处理器，所述ZigBee网络模块选用CC2530作为主处理器，所述WiFi模块选用RM04通信集成模块，所述人机交互界面由TFT显示屏、W25X16存储芯片、XPT2046触摸屏控制芯片和物理按键，所述数据存储模块选用SD卡，所述安全与报警模块由蜂鸣器和温度传感器构成。

3.根据权利要求2所述的智能家居控制面板，其特征在于：还预留RS485接口和USB接口。

4.根据权利要求2所述的智能家居控制面板，其特征在于：所述MSP430F6638处理器通过通用异步传输总线UART连接ZigBee网络模块和Wi-Fi模块。

5.根据权利要求1所述的智能家居控制面板，其特征在于：所述电源模块采用USB供电，所述电源模块使用AMS1117-3.3电源芯片将5V电压转换为3.3V。