CN109391527A - 一种智能厨房无线自组网 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能厨房自组网，智能厨房自组网由数据采集设备、执行机构、嵌入式模块、NRF2401射频模块、RF_WAN网关模块、路由器、云平台服务器和手机APP构成。NRF2401射频模块通过RF节点完成厨房内部传感器节点与RF_WAN网关之间的数据交互，自组网完成以后节点和节点之间以及节点与网关之间均可实现点对点通信和广播通信。RF_WAN网关实现自组网与互联网之间的数据交互，厨房内部数据包括数据采集节点节点状态数据和执行机构执行命令数据。厨房内部通过自组网进行数据交互降低了硬件成本，节省互联网资源且与互联网隔离，具有非常高的数据安全特点。

Description

一种智能厨房无线自组网

技术领域

本发明厨房智能化和无线网络传输领域。

背景技术

目前餐饮行业厨房管理大多依靠人工管理，智能厨房智能管理系统将彻底改变餐饮行业的管理现状，管理人员可以通过手机APP或者办公电脑随时查看厨房和前厅的现场视频、音频。以及实时查看厨房水电气使用情况，并且可以通过手机APP对历时数据进行查看，为科学管理提供理论数据。智能厨房系统含有员工考勤系统，可以为厨房人员管理提供科学管理手段。

智能厨房的实现需要在厨房内部特定区域安装传感器和执行机构，传感器完成厨房内部各种参数采集，如燃气浓度和温度，执行机构包括电磁阀和自动灭火等装置。各种传感器和执行机构需要统一入网，在嵌入式系统的统一管理和调度下完成工作。由于厨房内部油污大，结构复杂，如果采用有线网络传输将引起布线复杂，长时间使用容易引起线路老化造成火灾安全隐患。所以在厨房采用无线自组网技术可以省去网络布线的麻烦和架设路由器。若采用WIFI网络进行数据传输将提高每个传感器节点的成本，如果应用WIFI网络进行数据传输，每个节点必须有操作系统做数据处理，如果使用无线自组网技术每个节点可以使用不带操作系统的嵌入式产品，大大降低了每个节点的成本和功耗。

厨房是火灾高发区，由于厨房环境恶劣，油烟较大、输电线路易老化、自来水管路断裂、燃气泄漏、烟道着火、灶台着火等因素成为商用厨房的主要安全隐患。如果引入智能厨房管理系统餐饮管理人员可以随时通过手机APP或者办公电脑查看厨房上述参数。如果有异常情况发生，厨房会发出警报音和报警灯。管理者的手机APP也会受到异常提醒，管理者可以通过手机APP及时关闭电源、水阀、燃气或者启动厨房灭火程序，引入智能厨房管理系统将大大降低厨房发生火灾和其他异常现象的概率。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种智能厨房无线自组网，包括NRF2401射频模块、嵌入式模块、RF_LAN网关模块、路由器、云平台服务器、数据采集设备。NRF2401射频模块与RF_LAN网关模块进行数据交互，NRF2401射频模块的工作状态受嵌入式模块控制，NRF2401在发送状态时把嵌入式模块发送来的数据发送至目的地址，当NRF2401工作在接收状态时通过中断信号通知嵌入式模块读取NRF2401收到的数据，当判断有数据需要通过互联网发送到云平台服务器，RF_LAN网关模块通过TCP协议与路由器交互，路由器会把数据通过TCP协议发送至云平台服务器，云平台服务器是系统数据存储中心和命令交互中心，服务器存储一定周期内数据采集设备的所有参数。

进一步的，NRF2401射频模块的射频发射功率、通信信道、接收地址以及工作状态可通过嵌入式模块进行配置。

进一步的，嵌入式模块由STM32嵌入式处理器、电源和控制IO接口组成，嵌入式系统通过SPI总线对NRF2401射频模块进行工作状态设置和数据发送接收。

进一步的，数据采集设备包括 摄像头、电表、水表、气表、烟道温度传感器、冰箱温度传感器、可燃气体传感器、湿度传感器、明火检测传感器。

本发明采用手机APP作为人机交互平台，手机APP可以实时显示厨房各个数据采集设备如电表、水表、气表、烟道温度传感器的工作状态。当厨房有异常情况发生时，用户可以通过手机APP对厨房内各个执行设备（交流电遥控开关、自来水电磁阀、燃气电磁阀和自动灭火装置）进行遥控操作。

厨房内部各个传感器通过自组网与RF_WAN网关进行数据交互，各个传感器节点把自身工作状态上传至RF_WAN网关，RF_WAN网关把数据上传至云平台服务器供手机APP和服务器端程序应用。手机端下发指令至各个节点也要通过RF_WAN网关，网关收到数据首先缓存起来，解析后转发到目的节点，目的节点执行相应指令。

嵌入式控制系统采集厨房内部的所有参数，实时把各个参数上传至服务器，服务器保存所有历史数据供用户随时查看。若有异常情况发生燃气泄漏、电线短路、厨房着火等，嵌入式智能系统可以自动判断异常发生并发出报警，通知餐厅负责人。若在非营业时间厨房发生异常情况，嵌入式控制系统会自动切断发生异常的管路或者启动灭火程序。嵌入式系统与云平台服务器通过TCP/IP协议进行数据交互。

RF_WAN网关作为厨房自组网与互联网的唯一节点，网关与各个传感器或执行机构节点之间的可靠数据传输是保证系统正常工作的基础。所述厨房内部各个节点之间可以进行直接数据交互，不需要经过路由转发，这样降低了路由的工作负荷，同时简化了自组网内部的通信协议，优化了网络结构。

附图说明

图1是智能厨房无线自组网技术框图。

图2是RF_WAN网关结构图。

图3是自组网节点结构框图。

图4是RF_WAN网关入网通信流程图。

图5是RF节点入网通信流程图。

具体实施方式

为实现本发明的上述目的，使其特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“交互”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是无线连接，也可以是有线；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，智能厨房自组网包括NRF2401射频模块、嵌入式模块、RF_LAN网关模块、路由器、云平台服务器、数据采集设备。NRF2401射频模块与RF_LAN网关模块进行数据交互，NRF2401射频模块的工作状态受嵌入式模块控制，NRF2401在发送状态时把嵌入式模块发送来的数据发送至目的地址，当NRF2401工作在接收状态时通过中断信号通知嵌入式模块读取NRF2401收到的数据，当判断有数据需要通过互联网发送到云平台服务器，RF_LAN网关模块通过TCP协议与路由器交互，路由器会把数据通过TCP协议发送至云平台服务器，云平台服务器是系统数据存储中心和命令交互中心，服务器存储一定周期内数据采集设备的所有参数。

自组网内部节点和节点之间以及节点与网关之间均可实现点对点通信和广播通信。RF_WAN网关实现自组网与互联网之间的数据交互，厨房内部数据包括传感器节点发送状态变量数据量和执行机构执行命令。厨房内部数据量较小没有必要每个节点都直接接入互联网，自组网硬件成本低，不占用互联网资源且与互联网隔离，具有非常高的数据安全性。

RF_WAN网关是整个智能厨房接入互联网的接口，一端与厨房自组网进行数据交互，另一端与路由器通信实现和云平台服务器数据交互。应用NRF2401实现自组网内部数据传输，如果内部节点需要有数据上传至云端服务器，首先把数据节点发送至RF_WAN网关，RF_WAN网关按照TCP/IP协议把数据上传至云平台服务器。如果云平台服务器有数据需要下达至厨房内部执行机构时，服务器先把数据发送到RF_WAN网关，RF_WAN网关转发数据至自组网内部各个执行机构。

路由器是厨房接入互联网的节点，云平台服务器是整个系统的数据平台，完成数据存储与运算。手机APP完成用户人机交互界面，用户可以通过手机APP查看厨房内部各个传感器的状态信息，也可以通过手机APP对厨房内部的执行机构下达执行指令。比如可以通过手机APP切断厨房电源，关闭厨房燃气管路以及启动灭火程序等。

系统上电以后的第一步就是完成RF_WAN网关入网。RF_WAN网关如图2所示，网关由射频模块NRF2401、CPU模块STM32F407、WIFI模块MT76001和路由器组成。自组网内部节点由CPU STM32F407、射频模块NRF2401、传感器和执行结构组成，如图3所示。CPU负责整个传感器节点的任务调度、数据采集、数据发送和下达指令。射频模块NRF2401完成无线射频通信，传感器采集厨房内部各个参数，比如燃气密度、温湿度和烟雾浓度等。执行机构可以驱动开关、电机、继电器和电磁阀，电机驱动可以打开灭火设备，继电器可以切断厨房电源，电磁阀可以切断燃气管道、自来水管路等。

RF_WAN网关上电初始化，首先执行MT7601初始化，MT7601初始化过程包括接入无线路由，向云端服务器发送注册信息，云端服务器收到注册信息后，记录智能厨房的编号与IP地址以及通信端口号。然后初始化射频模块NRF2401，设置自组网的配置通信频道。NRF2401具有1个配置信道和4个通信信道。配置信道专门为自组网节点入网使用，地址和通信频率都是固定的。RF_WAN网关上电后设置自身配置信道为0信道，配置接收地址为0XFF。通信信道可以为1-4任意一个，接收地址可以自定义。然后设置网关内部NRF2401的发射功率，为了保证数据的可靠传输发射功率设置为最大值。到此完成网关初始化成功，等待网络节点的接入和数据传输。

当某一个节点上电以后首先会通过配置信道向网关发送注册请求，当网关收到节点的注册请求以后首先回复一条网关收到注册请求确认消息并且要求节点发送节点描述符，当节点收到确认消息后发送描述符至网关，网关给节点分配一个通信地址和通信信道，通信地址为节点的RX地址，如果网关或者其他节点有数据需要发送给该节点就通过这个地址进行数据传输。网关为新接入的节点分配完通信地址和通信信道以后，在路由列表里增加一个设备，包括设备描述、地址和通信信道。路由列表是为自组网内部节点通信服务的，如果有两个节点需要通信，首先要请求路由列表，从而得到目标节点的通信地址和通信信道。

如果节点需要发送数据至网关，节点可以通过数据通信信道直接发送数据至网关，当网关收到数据后会解析数据包，首先解析数据包的CRC校验是否正确。如果CRC校验正确则认为该数据包有效，网关回复一条数据收到有效信息，当节点收到该信息本次传输结束。当节点在有效时间内没有收到网关的数据确认消息，节点认为本次传输失败发起数据重传，如果重传次数达到最大值节点认为通信信道有问题或者地址不对，会重新通过配置信道向网关发起重新注册请求。

网关会定期向各个节点发送设备连接状态请求信息，如果及时收到节点的应答信号网关就任务目标节点连接状态良好，如果长时间收不到某个节点的应答消息，网关则认为该节点出现异常，在路由列表里删除该节点。其他节点在请求通信列表的时候就得不到该节点的路由信息。如果节点长时间收不到网关的查询消息，节点就要重新发起注册请求和网关完成重新入网动作，保证自己能够及时恢复通信。

RF节点工作流程如图5所示，节点上电后首先设置配置信道，所有的配置信道都是相同的用于和RF_WAN网关进行网络注册时使用。接着通过配置信道向RF_WAN网关发送注册请求，当网关收到节点发送的注册请求信息后向节点分配一个通信信道和通信地址。节点得到通信地址后设定自身的射频发射功率，到此为止节点的初始化完成。

节点入网正常后就可以和网络内部任何节点包括网关进行数据通信，首先判断节点自身是否有数据需要传输，如果有数据需要传输。首先向RF_WAN网关发送请求路由表，得到各个节点的地址和通信信道。节点得到目标通信节点的地址和通信信道就可以向目标节点发送数据，在数据包结尾加上CRC校验码。当目标节点收到该数据时，首先解析CRC校验码，如果CRC校验正确目标节点会回复一个接收正常应答消息，发送节点收到接收正常应答消息则认为本次传输正常结束。如果没有收到目标节点的接收正常应答消息，则发起重传。如果重传次数达到最大值还没有成功发送，则认为目标节点出现异常。

当有节点向自身节点发送数据时，NRF2401会向CPU发出中断请求，CPU收到中断请求以后会从接收缓存里解析收到数据的CRC是否正确，如果CRC校验码正确，则通过NRF2401向数据发送节点发送接收正常应答信号。

节点入网后会定期收到网关的查询信息，节点需要及时回复网关的查询信息，如果没有及时回复网关会任务该节点出现异常，导致网关和其他节点没有办法与本节点进行数据通信。如果节点长时间没有收到网关的查询信息则表明网关异常导致网络瘫痪或者自身通信参数发生异常。如果有上述情况发生节点应该及时发起重新注册请求，实现重新入网。如果重新入网请求发送多次失败则表明网关异常，间隔更长时间发送入网请求等待网关恢复正常。

以上对本发明进行了详细介绍，虽然在附图中和上述说明书中详细示出和描述了本发明，但是应将该例示和说明书视为例示性的，而非限制性的，本发明不限于公开的实施例，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。同时，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，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种智能厨房无线自组网，包括NRF2401射频模块、嵌入式模块、RF_LAN网关模块、路由器、云平台服务器、数据采集设备，其特征在于，NRF2401射频模块与RF_LAN网关模块进行数据交互，NRF2401射频模块的工作状态受嵌入式模块控制，NRF2401在发送状态时把嵌入式模块发送来的数据发送至目的地址，当NRF2401工作在接收状态时通过中断信号通知嵌入式模块读取NRF2401收到的数据，当判断有数据需要通过互联网发送到云平台服务器，RF_LAN网关模块通过TCP协议与路由器交互，路由器会把数据通过TCP协议发送至云平台服务器，云平台服务器是系统数据存储中心和命令交互中心，服务器存储一定周期内数据采集设备的所有参数。

2.根据权利要求1所述的智能厨房无线自组网，其特征在于：NRF2401射频模块的射频发射功率、通信信道、接收地址以及工作状态可通过嵌入式模块进行配置。

3.根据权利要求1所述的智能厨房无线自组网，其特征在于：嵌入式模块由STM32嵌入式处理器、电源和控制IO接口组成，嵌入式系统通过SPI总线对NRF2401射频模块进行工作状态设置和数据发送接收。

4.根据权利要求1所述的智能厨房无线自组网，其特征在于:数据采集设备包括 摄像头、电表、水表、气表、烟道温度传感器、冰箱温度传感器、可燃气体传感器、湿度传感器、明火检测传感器。

5.根据权利要求1所述的智能厨房无线自组网，其特征在于:或者还包括被嵌入式模块可以驱动执行机构，执行机构包括继电器、电磁阀和开关。