CN108279657A - 无线组网设备环境控制系统及其通讯协议约定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线组网设备环境控制系统及其通讯协议约定方法，每个房间配置的多路环境参数采集器、多路设备驱动器和主控制器各自均配置设有Zigbee无线收发电路模块，同房间内多路环境参数采集器、设备驱动器分别通过Zigbee无线收发电路模块仅与同一房间内的主控制器之间进行无线通讯连接，主控制器通过无线路由器与中央控制器相通讯连接；每路设备驱动器包括驱动器MCU控制电路模块以及分别与环境控制接口设备相输出对接开关量输出电路模块、RS485通信输出电路模块和红外控制输出电路模块；自动根据环境监测情况实现对环境控制接口设备的自动驱动启动，布线更加简单便捷、操作控制管理简捷、无需人工干预。

Description

无线组网设备环境控制系统及其通讯协议约定方法

技术领域

本发明涉及一种环境设备控制器，尤其是涉及一种可对环境设备进行组网控制的无线组网设备控制系统及其通讯协议约定方法。

背景技术

环境控制是与人们生活息息相关的一部分，提高环境中的空气质量是改善人们的生活环境的重要一部分。虽然在市面上也推出了具有各种对应功能的空气净化器、空调、加湿除湿机等调节或改善环境效果的机器或家电设备，其中各大厂商还推出具有能去除环境中甲醛、有害气体、菌落等特性功能的净化器。然而这些家电或设备均是各自独立控制运行工作的，并且还需要人们根据环境的状态来手动启动开启这些设备，并且由于配置了这些不同功能设备，还存在着设备布线复杂，设备布线开槽多等现象，存在着较多使用不方便等因素。因此需要一套控制器或控制系统能够通过检测空气中的环境参数，通过运算分析，再驱动各种设备或机器，例如驱动：温度用空调来控制，湿度用加湿除湿机来控制，甲醛、有害气体、箘落等用净化器来控制改善环境，以来达到自动调节优化环境的目的。

发明内容

本发明为解决现有用于改善或调节环境控制效果的各种机器或家电设备存在着均是各自独立控制运行工作的，且还需要人们根据环境的状态来手动启动开启这些设备，存在着布线复杂、较多使用不够方便等现状而提供的一种可自动根据环境监测情况实现对改善或调节环境控制效果的各种机器或家电设备的自动驱动启动，布线更加简单便捷、操作控制管理简捷、无需人工干预的无线组网设备环境控制系统及其通讯协议约定方法。

作为优选，本发明为解决上述技术问题所采用的具体技术方案为：一种无线组网设备环境控制系统，其特征在于：包括环境参数采集器、设备驱动器、主控制器和中央控制器，每个房间配置一套主控制器、多路环境参数采集器和多路设备驱动器，所述的环境参数采集器、设备驱动器和主控制器各自均配置设有Zigbee无线收发电路模块，同一房间内的多路环境参数采集器和多路设备驱动器分别通过Zigbee无线收发电路模块与同一房间内的主控制器之间进行无线通讯连接，每个房间的主控制器通过无线路由器与中央控制器相通讯连接；每路设备驱动器包括驱动器MCU控制电路模块、分别接入驱动器MCU控制电路模块输入或输出端的Zigbee无线收发电路模块、开关量输出电路模块、RS485通信输出电路模块和红外控制输出电路模块；开关量输出电路模块、RS485通信输出电路模块和红外控制输出电路模块分别与环境控制接口设备相输出对接。可自动根据环境监测情况实现对改善或调节环境控制效果的各种环境控制接口设备的自动驱动启动，布线更加简单便捷、操作控制管理简捷、无需人工干预。自动根据环境监测情况实现对改善或调节环境控制效果的各种机器或家电设备的自动驱动运行启动，自动根据多路环境参数采集器的监测采集数据进行自动完成环境参数处理，自动完成信息管理任务、驱动器控制任务和驱动管理任务，布线更加简单便捷、操作控制管理简捷、无需人工运行控制干预，减少人工操作开启或关闭环境控制接口设备的操作繁琐性，可对同个房间进行独立的环境自动监控，提高大型的图书馆和/或档案馆等室内环境的环境自动监控操作控制，自动达到舒适生活与工作环境。

作为优选，所述的每路主控制器设有WIFI无线收发电路模块、TCP网口收发电路模块、Zigbee无线收发电路模块和LED指示电路模块，TCP网口收发电路模块与无线路由器相通讯连接；主控MCU控制电路模块包括采用型号为IAP15W4K8S4 的主控芯片及其复位电路与程序下载接口端口，主控MCU控制电路模块上设有与TCP网口收发电路模块、Zigbee无线收发电路模块和WIFI无线收发电路模块相电连接的功能端引脚端口。提高同个房间内的主控制器只在与本房间内的环境采集控制器、设备驱动器之间的稳定可靠的约定通讯连接方式，避免占用较多的存储空间，提高不同房间的主控制器与中央控制器之间的有效无线通讯连接，避免不同房间的设备无线通讯时相互干扰而产生错误控制现象发生。

作为优选，所述的每路环境参数控制器包括采集MCU控制电路模块，分别接入采集MCU控制电路模块输入或输出端的温湿度采集电路模块、TVOC采集电路模块、PM2.5采集检测电路模块、LED指示电路模块和Zigbee无线收发电路模块，采集MCU控制电路模块上设有与温湿度采集电路模块、TVOC采集电路模块、PM2.5采集检测电路模块、LED指示电路模块和Zigbee无线收发电路模块相电连接的功能端引脚端口。提高对环境参数的采集控制与数据发送至主控制器以及主控制器对环境采集控制器的接收数据应答信号传输精准可靠有效性，减少占用储存空间。

作为优选，所述的开关量输出电路模块采用继电器输出模块，继电器输出模块包括继电器和开关电路，开关电路中的开关信号JD-OUT1功能输入端与驱动器MCU控制电路模块中的开关信号JD-OUT1功能输出端相电连接。提高开关量输出控制的可靠有效性。

作为优选，所述的中央控制器设有云端服务器。提高环境监控控制调节数据中央控制存储控制及云端存储有效性。

作为优选，所述的Zigbee无线收发电路模块采用型号为Z151-A的Zigbee芯片单元，Zigbee无线收发电路模块的USART4-TX功能端引脚与主控MCU控制电路模的USART4-TX功能端引脚相通讯连接，Zigbee无线收发电路模块的USART4-RX功能端引脚与主控MCU控制电路模的USART4-RX功能端引脚相通讯连接。提高Zigbee无线收发电路模块的无线通讯控制连接可靠有效性。

作为优选，所述的WIFI无线收发电路模块采用型号为WIFI-HEKR-V1.1的WIFI芯片模块构成的无线路由器，WIFI无线收发电路模块的USART3-TX功能端引脚与主控MCU控制电路模的USART3-TX功能端引脚相通讯连接，WIFI无线收发电路模块的USART3-RX功能端引脚与主控MCU控制电路模的USART3-RX功能端引脚相通讯连接。提高主控制器与手机通讯端间的无线通讯可靠有效性。

本发明的另一个发明目的在于提供一种无线组网设备环境控制系统通讯协议约定方法，其特征在于：同一个房间内的上述技术方案之一所述的主控制器、多路环境参数采集器和多路设备驱动器做通讯协议约定，约定通过上述技术方案之一所述的Zigbee无线收发电路模块只接收同房间内的主控制器、多路环境参数采集器和多路设备驱动器数据，Zigbee组网通信地址采用16位，高8位用于存放房间号，低8位用于存放设备地址；约定同一房间内的多路环境参数采集器只向同房间内的主控制器发送数据，同一房间内的主控制器只向同一房间内的多路设备驱动器发送数据，同一房间内的主控制器只接收同一房间内的多路设备驱动器的应答数据，在协议帧中增加同一房间内的主控制器、多路环境参数采集器和多路设备驱动器的对应数据位，且放在帧头，不相关的数据在接收过程中剔除；

协议约定各房间下的主控制器、多路环境参数采集器和多路设备驱动器只对本房间内的主控制器、多路环境参数采集器和多路设备驱动器之间通过Zigbee无线收发电路模块进行无线通讯，如接收到其他房间的通讯信号，不做解析处理；

数据帧根据不同的设备有不同的帧头，且帧尾传送CRC校验码；所述设备指主控制器、多路设备驱动器和多路环境参数采集器。

减少用系统处理单片机的RAM存储空间，提高环境调节控制处理速度，提高系统处理反应效率，避免系统死机现象发生，最大可实现同时控制100个房间下的设备驱动器，且不会因各房间的设备无线通讯时相互干扰而产生错误控制，环境调节控制驱动控制效率高。

作为优选，同一房间内的主控制器只接收多路环境参数采集器的发送数据，驱动器的应答数据；设备驱动器只接收主控制器的指令；环境参数采集器只接收主控制器的应答信号。提高系统处理反应速度，降低内侧存储空间，提高控制处理效率。

作为优选，针对1号房间的主控制器向1号房间的地址为0X15设备驱动器发送指令的指令为：C0 01 01 15 12 00 01 00 00 01 00 ....，约定数据帧的第一二字节为帧头，且指向设备驱动器，第三四字节为目标地址，且指向1号房间的地址为0x15驱动器，后续的数据为一些具体的控制及辅助数据；

主控制器发出指令后，其他的设备驱动器做如下处理：a.接收同时，判断第二字节是否与本机设备类型代码相同，若不同则对本帧后续数据忽略；b. 若第二字节与本机设备代码相同，则接收本帧数据，并立刻判断第三四字节是否与本房间号对应及本机地址对应，如是则对接收的本帧数据做解析，如不是则忽略本帧数据。

提高1号房间内的主可控制器中对约定指令目的地址的设备驱动器发送驱动指令，避免向另外设备驱动器错误发送驱动指令，同样其他房间号内的约定指令参照此协议约定模式，提高约定指令的设备驱动器只接收对本设备驱动器对应有用的数据，提高同房间内的高效稳定通讯，避免不同房间之间的数据干扰干涉。

本发明的有益效果是：可自动根据环境监测情况实现对改善或调节环境控制效果的各种机器或家电设备的自动驱动启动，布线更加简单便捷、操作控制管理简捷、无需人工干预。自动根据环境监测情况实现对改善或调节环境控制效果的各种机器或家电设备的自动驱动运行启动，自动根据多路环境参数采集器的监测采集数据进行自动完成环境参数处理，自动完成信息管理任务、驱动器控制任务和驱动管理任务，布线更加简单便捷、操作控制管理简捷、无需人工运行控制干预，减少人工操作开启或关闭环境控制接口设备的操作繁琐性，可对同个房间进行独立的环境自动监控，提高大型的图书馆和/或档案馆等室内环境的环境自动监控操作控制，自动达到舒适生活与工作环境。减少用系统处理单片机的RAM存储空间，提高环境调节控制处理速度，提高系统处理反应效率，避免系统死机现象发生，最大可实现同时控制100个房间下的设备驱动器，且不会因各房间的设备无线通讯时相互干扰而产生错误控制，每个房间下至少3个设备，包含主控器、环境采集控制器和设备驱动器，这样可有效实现300多个设备同时通信控制，环境调节控制驱动控制效率高。

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的详细说明。

图1是本发明无线组网设备环境控制系统的结构原理框图示意图。

图2是本发明无线组网设备环境控制系统中主控制器所用主控芯片及其复位电路与程序下载接口端口电路结构示意图。

图3 是本发明无线组网设备环境控制系统中主控制器所设TCP网口收发电路模块电路结构示意图。

图4是本发明无线组网设备环境控制系统中主控制器所设Zigbee无线收发电路模块电路结构示意图。

图5是本发明无线组网设备环境控制系统中主控制器所设WIFI无线收发电路模块电路结构示意图。

图6本发明无线组网设备环境控制系统中设备驱动器所用主控芯片电路结构示意图。

图7本发明无线组网设备环境控制系统中设备驱动器的RS485通信输出电路模块电路结构示意图。

图8本发明无线组网设备环境控制系统中设备驱动器的开关量输出电路模块电路结构示意图。

图9本发明无线组网设备环境控制系统中环境参数采集器所用主控芯片电路结构示意图。

图10是本发明无线组网设备环境控制系统中环境参数采集器的温湿度采集电路模块电路结构示意图。

图11是本发明无线组网设备环境控制系统中环境参数采集器的TVOC采集电路模块电路结构示意图。

图12是本发明无线组网设备环境控制系统中环境参数采集器的LED指示电路模块电路结构示意图。

图13本发明无线组网设备环境控制系统中环境参数采集器的电源管理电路模块电路结构示意图。

图14本发明无线组网设备环境控制系统中设备驱动器的红外控制输出电路模块电路结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14所示的实施例中，一种无线组网设备环境控制系统，包括环境参数采集器30、设备驱动器20、主控制器10和中央控制器50，每个房间配置一套主控制器10、多路环境参数采集器30和多路设备驱动器20，多路设备驱动器最大数量为11路，多路环境参数控制器最大数量为20路，中央控制器最大配置100个设有主控制器、多路设备驱动器和多路环境参数采集器的无线组网设备控制器房间。所述的环境参数采集器30、设备驱动器20和主控制器10各自均配置设有Zigbee无线收发电路模块，同一房间内的多路环境参数采集器30和多路设备驱动器20分别通过Zigbee无线收发电路模块与同一房间内的主控制器10之间进行无线通讯连接，每个房间的主控制器10通过无线路由器40与中央控制器50相通讯连接；每路设备驱动器20包括驱动器MCU控制电路模块、分别接入驱动器MCU控制电路模块输入或输出端的Zigbee无线收发电路模块、开关量输出电路模块、RS485通信输出电路模块和红外控制输出电路模块；开关量输出电路模块、RS485通信输出电路模块和红外控制输出电路模块分别与环境控制接口设备60相输出对接。主控制器、每路设备驱动器和每路环境参数采集器各自均设有独立的Zigbee无线收发电路模块、电源管理电路模块和LED指示电路模块。每路主控制器10设有WIFI无线收发电路模块、TCP网口收发电路模块、Zigbee无线收发电路模块和LED指示电路模块，TCP网口收发电路模块与无线路由器相通讯连接；主控MCU控制电路模块包括采用型号为IAP15W4K8S4 的主控芯片U8及其复位电路与程序下载接口端口J3，复位电路的复位接口信号端RST与主控芯片U8的RST复位功能引脚端相电连，程序下载接口端口J3的P3.0功能引脚与主控芯片U8的P3.0功能引脚相电连接，程序下载接口端口J3的P3.1功能引脚与主控芯片U8的P3.1功能引脚相电连接，提高主控MCU控制电路模块复位执行操作与程序下载或更新调试便捷灵活有效性；主控MCU控制电路模块上设有与TCP网口收发电路模块、Zigbee无线收发电路模块和WIFI无线收发电路模块相电连接的功能端引脚端口。每路环境参数控制器30包括采集MCU控制电路模块，分别接入采集MCU控制电路模块输入或输出端的温湿度采集电路模块、TVOC采集电路模块、PM2.5采集检测电路模块、LED指示电路模块和Zigbee无线收发电路模块，采集MCU控制电路模块上设有与温湿度采集电路模块（见图10）、TVOC采集电路模块（见图11）、LED指示电路模块（见图12）和Zigbee无线收发电路模块相电连接的功能端引脚端口。温湿度采集电路模块（见图10）由型号为HDC1080的温湿度芯片U1及第1电容C1，第1电阻R1、第2电阻R2组成。HDC1080是美国TI公司生产的一颗高精度温湿度采集芯片，湿度为±2%，温度为±0.2℃，负责采集当前环境中的温湿度，由单片机定时访问该电路，相关数据经由SDA、SCL脚传送至与采集MCU控制电路模块的采集处理单片机U3的VOC-SDA功能引脚端和VOC-SCL功能引脚端相电连接，提高温湿度采集处理精度与效率。采集MCU控制电路模块的采集处理单片机U3采用型号为IAP15W4K58S4_LQFP64S的单片机，提高温湿度采集处理精度与效率。TVOC采集电路模块（见图11）由型号为VOC-KQM2801AI的采集模块M3，第6电阻R6、第7电阻R7、第12电阻R12和第13电阻R13组成，其中采集模块M3的SDA功能引脚串联第12电阻R12后与采集处理单片机U3的VOC-SDA功能引脚端相电连接，采集模块M3的SDA功能引脚串联第13电阻R13后与采集处理单片机U3的VOC-SCL功能引脚端相电连接；采集模块M3的SDA功能引脚串联第6电阻R6后与+4.2V电源相电连接；采集模块M3的SCL功能引脚串联第7电阻R7后与+4.2V电源相电连接。负责采集当前环境中的TVOC值，将采集获得的相关数据经由VOC-SDA脚和VOC-SCL脚传送至单片机，通讯方式为IIC，提高对环境的室内挥发性有机气态物质TVOC参数的采集处理可靠有效性。LED指示警示电路模块（见图12），LED指示电路由第7平面发光管D7、第10平面发光管D10、第16平面发光管D16、第1三极管Q1～第6三极管Q6、第10电阻R10、第11电阻R11、第23电阻R23、第24电阻R24、第14电阻R14、第15电阻R15、第25电阻R25、第20电阻R20、第16电阻R16、第19电阻R19，第21电阻R21和第22电阻R22等电连接组成，其中第1三极管Q1集电极串联第23电阻R23后与第7平面发光管D7的绿色发光功能引脚相电连接；第2三极管Q2集电极串联第24电阻R24后与第7平面发光管D7的红色发光功能引脚相电连接，第1三极管Q1基极串联第10电阻R10后与采集MCU控制电路模块的采集处理单片机U3的Light-1-G绿色发光功能引脚相电连接，第2三极管Q2基极串联第11电阻R11后与采集MCU控制电路模块的采集处理单片机U3的Light-1-R红色发光功能引脚相电连接。其他第10平面发光管D10和第16平面发光管D16与采集MCU控制电路模块的采集处理单片机U3的电路连接参照图12所示电路图并结合参照第7平面发光管D7与采集MCU控制电路模块的采集处理单片机U3的电路连接结构，用于指示当前的环境参数采集工作状态，包含内部传感器的工作状态是否正常、运行/停止和/或联机状态等相关参数，并用红色或绿色发光区分,提高状态监控直观性效果，在环境参数超越设定上下限预警范围参数时，及时警示提示室内环境状况，并及时启动开启除湿机、加湿机或空调等相关环境调节设备，提示环境调节设备处于调节状态，更具智能人性化管理。同样在主控制器和设备驱动器中设置的LED指示电路模块中也参照参照图12所示电路图并结合参照第7平面发光管D7与采集MCU控制电路模块的采集处理单片机U3的电路连接结构，提高对主控制器和设备驱动器自动控制工作状态的状态监控直观性效果，更具智能人性化管理。为人们居住及生活室内环境提供及时有效的指示与警示作用，更好为人们提供室内环境状况的变化感知及预警效果。开关量输出电路模块采用继电器输出模块（见图8），继电器输出模块包括继电器和开关电路，开关电路中的开关信号JD-OUT1功能输入端与驱动器MCU控制电路模块中的开关信号JD-OUT1功能输出端相电连接。开关量输出电路模块是设备驱动器中的一种输出电路。由继电器K1，第2三极管Q2，第45电阻R45、第46电阻R46、第47电阻R47、第48电阻R48，第11二极管D11和第12发光管D12等电连接组成；其中第11二极管D11并联在继电器K1线圈两端，提高继电器线圈的保护作用，第2三极管Q2基极串联第48电阻R48后与单片机上继电器触发信号JD-OUT1功能引脚相电连接。其作用是通过单片机驱动继电器来控制外部电器的开关，第2三极管Q2集电极串联第46电阻R46后与继电器线圈第一端头相电连接，继电器线圈第二端头依次串联第45电阻和第12发光二极管D12后与继电器线圈第一端头相并联接，第12发光二极管D12的阴极与继电器线圈第一端头相并联接。其中JD-OUT1功能引脚电连接第47电阻R47下拉至地，单片机上电初始该引脚JD-OUT1为弱上拉，其内部上拉电阻为100K～200K之间，而R47阻值较小，刚上电时使该引脚保持在低电平，提高确保继电器不动作的可靠有效性。保证外部电器不会因上电初始误动作。上电后，单片机把该引脚设置为强推挽输出，保证系统的正常工作。中央控制器50设有云端服务器，提高环境监控控制调节数据的云端存储有效性，提高对室内环境监控调节控制的数据分析获取有效性，获得更好的实时调节处理控制方式；在各房间外部设有统一的中央控制器和云端服务器，每个房间内单独配置有独立的无线路由器，每个配置有无线组网设备控制器的房间内的主控制器通过其TCP网口收发电路模块和同房间内的无线路由器与中央控制器相通讯连接，中央控制器的数据存储于云端服务器中；中央控制器最大配置100个设有主控制器、多路设备驱动器和多路环境参数采集器的无线组网设备控制器房间。红外控制输出电路模块（见图14）由第四三极管Q4、第4电阻R4、第5电阻R5，红外发射管D2等组成，第四三极管Q4集电极依次串联红外发射管D2和第5电阻R5后与+5V电源相电连接，红外发射管D2阴极与第四三极管Q4集电极相电连接，第四三极管Q4基极串联第4电阻R4后与驱动器MCU控制电路模块的驱动处理芯片U9的P0.6驱动信号引脚端相电连接。通过驱动处理芯片U9单片机的IO口将控制信号发送出去。由单片机产生38K载波，并把数据加载在载波上，发送给相关电器，启动或关闭如空调等红外控制的环境调节控制设备60，提高对室内环境红外控制的环境调节设备的启动或关闭驱动控制管理可靠有效性。驱动处理芯片U9采用型号为IAP15W4K58S4_LQFP64S的单片机，提高驱动控制处理精度与效率。Zigbee无线收发电路模块（见图4）采用型号为Z151-A的Zigbee芯片M2单元，Zigbee无线收发电路模块的USART4-TX功能端引脚与主控MCU控制电路模的USART4-TX功能端引脚相通讯连接，Zigbee无线收发电路模块的USART4-RX功能端引脚与主控MCU控制电路模的USART4-RX功能端引脚相通讯连接。在Zigbee无线收发电路模块中（见图4），主要由型号为Z151-A的Zigbee芯片M2、按键S7，电容C23，C18，第44电阻R44，第58电阻R58，第59电阻R59，第8发光管D8，第9发光管D9，第10发光管D10等电连接组成，其中第9发光管D9串联第58电阻R58后与主控MCU控制电路模的USART4-TX功能端引脚相电连接，第10发光管D10串联第59电阻R59后与主控MCU控制电路模的USART4-RX功能端引脚相电连接，同时在主控MCU控制电路模的USART4-TX功能端引脚和USART4-RX功能端引脚位置处并联第23接口端子J23，提高对主控MCU控制电路模的USART4-TX功能端和USART4-RX功能端调试检测效率与调试检测便捷性；按键S7串联在Zigbee芯片M2的NRESET功能引脚与接地线之间。主要负责环境参数采集器30、主控制器10、设备驱动器20之间的无线通讯，通讯指令中含有通讯地址，只要在有效通讯距离范围内，各设备之间的通讯能按照指定的设备进行通讯，不会进行误传错传，提高相互间的无线通讯稳定可靠性及通讯准确有效性。WIFI无线收发电路模块(见图5)采用型号为WIFI-HEKR-V1.1的WIFI芯片M3模块构成的无线路由器，WIFI无线收发电路模块的USART3-TX功能端引脚与主控MCU控制电路模的USART3-TX功能端引脚相通讯连接，WIFI无线收发电路模块的USART3-RX功能端引脚与主控MCU控制电路模的USART3-RX功能端引脚相通讯连接。WIFI无线收发电路模块为主控制器10上主控板与手机端通信的电路，由WIFI模块M3，线性降压LDO芯片U6，第29电容C29、第30电容C30、第28电容C28，第29电阻R29、第61电阻R61、第56电阻R56、第55电阻R55、第57电阻R57，第19发光管D19、第15发光管D15、第4发光管D4等电连接组成，其中第15发光管D15串联第55电阻R55后与主控MCU控制电路模的USART3-RX功能端引脚相电连接，第4发光管D4串联第57电阻R57后与主控MCU控制电路模的USART3-TX功能端引脚相电连接；同时在主控MCU控制电路模的USART3-TX功能端引脚和USART3-RX功能端引脚位置处并联第13接口端子J13，提高对主控MCU控制电路模的USART3-TX功能端和USART3-TX功能端调试检测效率与调试检测便捷性。WIFI无线收发电路模块作用是单片机通过UART端口，经过WIFI模块，经过云服务器联接至手机端，提高实现手机与设备主控实现交互信息便捷可靠有效性。TCP网口收发电路模块（见图3）由集成块U11，LDO芯片LM1117-1.8V,晶振Y1，网口座P1，第118电阻R118、第119电阻R119、第15电阻R15、第17电阻R17、第18电阻R18、第24电阻R24、第20电阻R20、第21电阻R21、第22电阻R22、第23电阻R23、第25电阻R25、第26电阻R26，第19电容C19、第21电容C21、第22电容C22、第12电容C12、第27电容C27、第26电容C26、第16电容C16，第25发光管D25、第32发光管D32等电连接组成。其中网口座P1的第1引脚TXP端子、第2引脚TXN端子、第3引脚RXP端子和第6引脚RXN端子分别与集成块U11的第7引脚TXP端子、第8引脚TXN端子、第4引脚RXP端子和第5引脚RXN端子相电连接；集成块U11的第57引脚串联第15电阻R15后与第7接口端子J7的WX-RXD引脚端子相电连接，集成块U11的第58引脚串联第17电阻R17后与第7接口端子J7的WX-TXD引脚端子相电连接，集成块U11的第59引脚串联第18电阻R18后与第7接口端子J7的WX-RESET引脚端子相电连接，第7接口端子J7与同房间内的无线路由器接口端子J17相插接，提高每个房间的主控制器10通过无线路由器40与中央控制器50的无线通讯连接可靠有效性；其中集成块U11采用南京沁恒公司的网络透传芯片CH9121，将单片机的TTL转化成网络TCP,通过网线，联至大屏中央控制器，传送数据至中央控制器。RS485通信输出电路模块（见图7）是驱动器中的输出电路，实现控制相关支持RS485通信的电器，如除湿机、加湿机或除湿加湿一体机。RS485通信输出电路模块电路由型号为MAX485集成芯片U4，第一三极管Q1，第三电阻R3、第二电阻R2、第30电阻R30、第111电阻R111、第112电阻R112、第十电阻R10、第十一电阻R11、第114电阻R114、第115电阻R115，第2电容C2，第30发光管D30、第31发光管D31等电连接组成，其中第一三极管Q1集电极与MAX485集成芯片U4的第2引脚相电连接，第一三极管Q1串联第三电阻R3后与驱动处理芯片U9的USART2-TX功能端相电连接，MAX485集成芯片U4第4引脚与驱动处理芯片U9的USART2-TX功能端相电连接，且MAX485集成芯片U4第4引脚依次串联第31发光管D31和第第111电阻R111后与+3.3V电源相电连接，第31发光管D31的阴极与MAX485集成芯片U4第4引脚相电连接，MAX485集成芯片U4第1引脚串联第30电阻R30后与驱动处理芯片U9的USART2-RX功能端相电连接, MAX485集成芯片U4第1引脚依次串联第30电阻R30、第30发光管D31和第第112电阻R112后与+3.3V电源相电连接，第30发光管D31阴极与第30电阻R30相电连接，MAX485集成芯片U4第6引脚和第7引脚分别串联第114电阻和第115电阻R115后接入第1插接口端子J1，提高对RS485通信输出电路模块的通讯检测与调试可靠有效性，提高设备驱动器通过RS485通信输出电路模块通讯控制外部电器。电源管理电路模块（见图13）由交流220V转直流5V电池充电电路和LDO降压电路等组成。具体的由交流220V转直流5V的AC/DC转换模块M5、锂电池充电芯片U5、DC/DC降压芯片U2，第12电容C12、第13电容C13、第5电容C5、第6电容C6、第7电容C7，第8电阻R8、第35电阻R35、第9电阻R9、第28电阻R28、第29电阻R29、第31电阻R31、第30电阻R30、第33电阻R33、第32电阻R32、第4电阻R4、第5电阻R5，第2二极管D2、第6二极管D6，第8发光管D8、第9发光管D9，稳压管D1，电感L1和锂电池BT1等电连接组成；锂电池充电芯片U5第6引脚串联第31电阻R31后再和锂电池充电芯片U5第3引脚并联在锂电池BT1两端，锂电池BT1正极端与锂电池充电芯片U5第3引脚相电连接，AC/DC转换模块M5的+VO输出端与地之间并联稳压管D1，稳压管D1负极与AC/DC转换模块M5的+VO输出端相电连接，AC/DC转换模块M5的+VO输出端串联第35电阻R35后与锂电池充电芯片U5第4引脚VCC输入端相电连接，锂电池充电芯片U5第4引脚VCC输入端依次串联第28电阻R28和第8发光管D8后与锂电池充电芯片U5第1引脚相电连接，第8发光管D8阴极与锂电池充电芯片U5第1引脚相电连接，锂电池充电芯片U5第4引脚VCC输入端依次串联第29电阻R29和第8发光管D9后与锂电池充电芯片U5第5引脚相电连接，第9发光管D9阴极与锂电池充电芯片U5第5引脚相电连接。锂电池充电芯片U5采用型号为TP4057的单节锂离子电池充电器，DC/DC降压芯片U2第3引脚串联电感L1后与+3.3V电源相电连接，锂电池充电芯片U5第3引脚串联第6二极管D6后与DC/DC降压芯片U2第4引脚VIN端子相电连接，DC/DC降压芯片U2第4引脚VIN端子与+4.2V电源相电连接；锂电池充电芯片U5第4引脚VCC输入端依次串联第35电阻R35、第9电阻R9和第2二极管D2后与DC/DC降压芯片U2第4引脚VIN端子相电连接，第2二极管D2阴极与DC/DC降压芯片U2第4引脚VIN端子相电连接，提高对锂电池充电芯片U5的电压冲击保护作用，提高锂电池充电芯片U5的工作稳定可靠性，DC/DC降压芯片U2采用型号为RT8059的高效率脉冲宽度调制（PWM）降压DC/ DC转换器，提高DC/ DC转换效率，提高转换后的DC电源工作稳定可靠性；本电路由市电220V转化为直流5V，向电池充电电路提供电源，再经DC/DC降压后，为系统主电路有效稳定供电。

考虑图1所示结构原理框图示意图中的图纸文字内容占用较多空间因素无法完整写入Zigbee无线收发电路模块在图1中，若完整写入Zigbee无线收发电路模块于图1的结构原理框图中，则容易导致文字内容过小而显示不清全部内容；因而将Zigbee无线收发电路模块在图1中的ZIGBEE12位置中采用简写为ZIGBEE的简写模式，以提高图纸简洁直观有效性；同样因素将环境参数采集器和设备驱动器中的Zigbee无线收发电路模块也采用简写为ZIGBEE的简写模式；同样因素将WIFI无线收发电路模块简写为WIFF，将电源管理电路模块简写为电源,将其他如TCP网口收发电路模块简写为TCP网口11，将RS485通信输出电路模块简写为485输出23，将红外控制输出电路模块简写为红外输出22，将继电器输出模块简写为继电器输出21等简写处理方式；将环境参数采集器中的温湿度采集电路模块简写为温湿度、将TVOC采集电路模块简写为TVOC、将PM2.5采集检测电路模块简写为PM2.5等，以及在图1所示未写出LED指示警示电路模块，均不能作为对本发明上述简写名称不一致的不利限制。

无线组网设备环境控制系统可靠有效解决自动检测、自动驱动等问题，还存在如何无线组网的问题、如何不破坏设备或改装设备来达到驱动设备的问题，如何简化安装问题（例如常规主机与驱动器需要通信而安装线缆时墙体开槽的繁琐安装问题，而本发明申请无线组网设备环境控制系统则不存在需要安装线缆时墙体开槽的繁琐安装问题），如何控制管理等问题。仅靠普通的电气开关和常用的电路都无法解决，因此必须采用本发明申请无线组网设备环境控制系统，利用微控制器（MCU）的智能控制系统、可靠的无线传送模块，有效实现达到控制可靠的、使用简单、无需人工干预的一套自动控制环境的系统，使人们达到有一个舒适的工作和生活环境的目的。将环境采集控制器采集获得的环境数据经运算分析后驱动相关环境接口调节设备，例如空调、加湿机、除湿机和净化器等，由于控制器的各子设备之间通信采用无线通信，因此特别是一种适用于供室内布线不方便，减少开线槽的场合使用本发明申请无线组网设备环境控制系统。

实施例2：

一种无线组网设备环境控制系统通讯协议约定方法，同一个房间内的实施例1所述的主控制器、多路环境参数采集器和多路设备驱动器做通讯协议约定，约定通过实施例1所述的Zigbee无线收发电路模块只接收同房间内的主控制器、多路环境参数采集器和多路设备驱动器数据，Zigbee组网通信地址采用16位，高8位用于存放房间号，低8位用于存放设备地址；约定同一房间内的多路环境参数采集器只向同房间内的主控制器发送数据，同一房间内的主控制器只向同一房间内的多路设备驱动器发送数据，同一房间内的主控制器只接收同一房间内的多路设备驱动器的应答数据，在协议帧中增加同一房间内的主控制器、多路环境参数采集器和多路设备驱动器的对应数据位，且放在帧头，不相关的数据在接收过程中剔除；

协议约定各房间下的主控制器、多路环境参数采集器和多路设备驱动器只对本房间内的主控制器、多路环境参数采集器和多路设备驱动器之间通过Zigbee无线收发电路模块进行无线通讯，如接收到其他房间的通讯信号，不做解析处理；

数据帧根据不同的设备有不同的帧头，且帧尾传送CRC校验码；所述设备指主控制器、多路设备驱动器和多路环境参数采集器。

同一房间内的主控制器只接收多路环境参数采集器的发送数据，驱动器的应答数据；设备驱动器只接收主控制器的指令；环境参数采集器只接收主控制器的应答信号。

针对1号房间的主控制器向1号房间的地址为0X15设备驱动器发送指令的指令为：C0 01 01 15 12 00 01 00 00 01 00 ....，约定数据帧的第一二字节为帧头，且指向设备驱动器，第三四字节为目标地址，且指向1号房间的地址为0x15驱动器，后续的数据为一些具体的控制及辅助数据；同一房间内的其他地址设备驱动器数据帧的通讯协议约定方法依此类推，同个房间内的多路环境参数采集器的数据帧通讯协议约定方法，依此参考；不同房间号内的通讯协议约定方法参照1号房间内的通讯协议约定方法。

主控制器发出指令后，其他的设备驱动器做如下处理：a.接收同时，判断第二字节是否与本机设备类型代码相同，若不同则对本帧后续数据忽略；b. 若第二字节与本机设备代码相同，则接收本帧数据，并立刻判断第三四字节是否与本房间号对应及本机地址对应，如是则对接收的本帧数据做解析，如不是则忽略本帧数据。

设备类型代码采用为：环境采集控制器的采集板 ---> 0x00；主控制器的主控板---> 0x01；设备驱动器的驱动板 ---> 0x02。

Zigbee无线收发电路模块的zigbee组网通信地址采用：16位，其中高8位存放房间号，低8位存放设备地址；房间号：0 ～99 （共100个地址）；设备地址分配为：主控制器的主控板 ---> 0x00 (固定为0x00)；环境采集控制器的采集板 --->0x01～0x14 (取值1～20，共20个地址)；设备驱动器的驱动板 --->0x15 ～ 0x1f (取值21～31，共11个地址)房间内部通信协议（采用zigbee通讯）。约定可靠对应存放地址，高效存放读取驱动控制，提高系统处理反应速度，降低内侧存储空间，提高控制处理效率。

设备驱动器的驱动板 ---> 主控制器的主控制板 发送的数据应答约定设备类型的部分约定协议指令为：设备类型：[第10字节] --->BIT7 ---> 1: 红外输出（空调），0:未定义；[第10字节] --->BIT6 ---> 1: 开关量输出（继电器） 0: 未定义；[第10字节]--->BIT5 ---> 1: RS485输出（除湿） 0: 未定义；设备输出状态：[第11字节] --->BIT0---> 1: K1吸合 0: K1释放；[第11字节] BIT1 ---> 1: 485设备开启 0: 关闭；[第11字节] BIT2 ---> 1：红外设备开启 0：关闭。提高约定控制效率，降低内侧存储空间，提高控制处理效率。

主控制器的主控制板--->设备驱动器的驱动板 发送的数据约定设备类型的部分约定协议指令为：

--->第9字节继电器K1控制,1:吸合； 2：释放 0：不处理；

--->第10字节RS485除湿控制；1:除湿工作 2：停止 0：不处理；

--->第11字节空调红外控制；非0：有效数据；0:不处理；

其中：BIT7～BIT4--->温度设定阶梯数据

BIT3--->制冷热位 1：冷 0：热；

BIT1--->开关位 关 1：有效0：无效；

注：BIT1、BIT0同时为1，则无效；

BIT0--->开关位 开 1：有效； 0：无效；

其他约定指令参考上述约定思路

在本发明位置关系描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系的为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上内容和结构描述了本发明产品的基本原理、主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解。上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都属于要求保护的本发明范围之内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种无线组网设备环境控制系统，其特征在于：包括环境参数采集器、设备驱动器、主控制器和中央控制器，每个房间配置一套主控制器、多路环境参数采集器和多路设备驱动器，所述的环境参数采集器、设备驱动器和主控制器各自均配置设有Zigbee无线收发电路模块，同一房间内的多路环境参数采集器和多路设备驱动器分别通过Zigbee无线收发电路模块与同一房间内的主控制器之间进行无线通讯连接，每个房间的主控制器通过无线路由器与中央控制器相通讯连接；每路设备驱动器包括驱动器MCU控制电路模块、分别接入驱动器MCU控制电路模块输入或输出端的Zigbee无线收发电路模块、开关量输出电路模块、RS485通信输出电路模块和红外控制输出电路模块；开关量输出电路模块、RS485通信输出电路模块和红外控制输出电路模块分别与环境控制接口设备相输出对接。

2.按照权利要求1所述的无线组网设备环境控制系统，其特征在于：所述的每路主控制器设有WIFI无线收发电路模块、TCP网口收发电路模块、Zigbee无线收发电路模块和LED指示电路模块，TCP网口收发电路模块与无线路由器相通讯连接；主控MCU控制电路模块包括采用型号为IAP15W4K8S4 的主控芯片及其复位电路与程序下载接口端口，主控MCU控制电路模块上设有与TCP网口收发电路模块、Zigbee无线收发电路模块和WIFI无线收发电路模块相电连接的功能端引脚端口。

3.按照权利要求1所述的无线组网设备环境控制系统，其特征在于：所述的每路环境参数控制器包括采集MCU控制电路模块，分别接入采集MCU控制电路模块输入或输出端的温湿度采集电路模块、TVOC采集电路模块、PM2.5采集检测电路模块、LED指示电路模块和Zigbee无线收发电路模块，采集MCU控制电路模块上设有与温湿度采集电路模块、TVOC采集电路模块、PM2.5采集检测电路模块、LED指示电路模块和Zigbee无线收发电路模块相电连接的功能端引脚端口。

4.按照权利要求1所述的无线组网设备环境控制系统，其特征在于：所述的开关量输出电路模块采用继电器输出模块，继电器输出模块包括继电器和开关电路，开关电路中的开关信号JD-OUT1功能输入端与驱动器MCU控制电路模块中的开关信号JD-OUT1功能输出端相电连接。

5.按照权利要求1所述的无线组网设备环境控制系统，其特征在于：所述的中央控制器设有云端服务器。

6.按照权利要求1或2所述的无线组网设备环境控制系统，其特征在于：所述的Zigbee无线收发电路模块采用型号为Z151-A的Zigbee芯片单元，Zigbee无线收发电路模块的USART4-TX功能端引脚与主控MCU控制电路模的USART4-TX功能端引脚相通讯连接，Zigbee无线收发电路模块的USART4-RX功能端引脚与主控MCU控制电路模的USART4-RX功能端引脚相通讯连接。

7.按照权利要求1或2所述的无线组网设备环境控制系统，其特征在于：所述的WIFI无线收发电路模块采用型号为WIFI-HEKR-V1.1的WIFI芯片模块构成的无线路由器，WIFI无线收发电路模块的USART3-TX功能端引脚与主控MCU控制电路模的USART3-TX功能端引脚相通讯连接，WIFI无线收发电路模块的USART3-RX功能端引脚与主控MCU控制电路模的USART3-RX功能端引脚相通讯连接。

8.一种无线组网设备环境控制系统通讯协议约定方法，其特征在于：同一个房间内的权利要求1～7之一所述的主控制器、多路环境参数采集器和多路设备驱动器做通讯协议约定，约定通过权利要求1～7之一所述的Zigbee无线收发电路模块只接收同房间内的主控制器、多路环境参数采集器和多路设备驱动器数据，Zigbee组网通信地址采用16位，高8位用于存放房间号，低8位用于存放设备地址；约定同一房间内的多路环境参数采集器只向同房间内的主控制器发送数据，同一房间内的主控制器只向同一房间内的多路设备驱动器发送数据，同一房间内的主控制器只接收同一房间内的多路设备驱动器的应答数据，在协议帧中增加同一房间内的主控制器、多路环境参数采集器和多路设备驱动器的对应数据位，且放在帧头，不相关的数据在接收过程中剔除；

协议约定各房间下的主控制器、多路环境参数采集器和多路设备驱动器只对本房间内的主控制器、多路环境参数采集器和多路设备驱动器之间通过Zigbee无线收发电路模块进行无线通讯，如接收到其他房间的通讯信号，不做解析处理；

数据帧根据不同的设备有不同的帧头，且帧尾传送CRC校验码；所述设备指主控制器、多路设备驱动器和多路环境参数采集器。

9.按照权利要求8所述的无线组网设备环境控制通讯协议约定方法，其特征在于：同一房间内的主控制器只接收多路环境参数采集器的发送数据，驱动器的应答数据；设备驱动器只接收主控制器的指令；环境参数采集器只接收主控制器的应答信号。

10.按照权利要求8或9所述的无线组网设备环境控制通讯协议约定方法，其特征在于：

针对1号房间的主控制器向1号房间的地址为0X15设备驱动器发送指令的指令为：C001 01 15 12 00 01 00 00 01 00 ....，约定数据帧的第一二字节为帧头，且指向设备驱动器，第三四字节为目标地址，且指向1号房间的地址为0x15驱动器，后续的数据为一些具体的控制及辅助数据；

主控制器发出指令后，其他的设备驱动器做如下处理：a.接收同时，判断第二字节是否与本机设备类型代码相同，若不同则对本帧后续数据忽略；b. 若第二字节与本机设备代码相同，则接收本帧数据，并立刻判断第三四字节是否与本房间号对应及本机地址对应，如是则对接收的本帧数据做解析，如不是则忽略本帧数据。