CN110299942A - 一种可靠的物联网设备近距离配网装置及其配网方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可靠的物联网设备近距离配网装置，包括移动终端和待配置设备，所述的移动终端包括APP、处理器和LED光源，所述的待配置设备包括光电转换模块、状态指示灯、MCU和待配置联网模块。通过本发明所提供的可靠物联网设备近距离配网装置及其配网方法，用户无需预先连接网络热点，而只需使用APP控制移动终端自带的LED光源，按规定的通信协议对待配置设备上的光电检测器进行照射，就可完成网络配置过程。该方法不产生电磁干扰，也不受电磁干扰影响，不会对中远距离范围内其他待配置设备造成误配，并可有效抵抗窃听，具有便捷性、可靠性、抗干扰性、信息保密性等优点。

Description

一种可靠的物联网设备近距离配网装置及其配网方法

技术领域

本发明涉及物联网的技术领域，特别是涉及一种可靠的物联网设备近距离配网装置及其配网方法。

背景技术

与传统基于无线射频配置物联网智能设备的方式相比较，基于LED的无线光通信凭借其高抗干扰能力、无电磁辐射、较好的信息保密性、传输过程对人体零伤害等优势，在未来能源、医疗、军事等领域有更为广阔的市场。同时，因为无线光通信的研究与发展日益成熟，已经实现可靠通信，所以本专利考虑到利用LED配置物联网智能设备的方法，来代替传统通过无线射频对智能设备进行配置的方式。

此处列举一些常见的物联网智能设备配网方式及存在的问题：

1）通过待配置设备的屏幕和键盘输入配网信息配网，增加设备成本，且不适用于小体积的便携式智能设备，如手环。

2）通过蓝牙方式配网时，待配置设备需要配备蓝牙模块，导致成本增加；同时，蓝牙通信信息容易泄露和被窃听，使得wifi热点名称、密码等关键信息的传输面临一定风险；一旦热点名称和密码泄露，不法分子可以建立伪基站来侦听窃取用户数据。

3）通过微信AirKiss智能配网，其主要流程为：

（a）待配置模块进入station混杂模式运行；

（b）手机微信客户端通过AirKiss发送路由器ssid和password；

（c）待配置设备通过抓包获取到ssid和password，然后连接到路由器。

虽然Airkiss可以较好解决一些配网问题，但是专利“CN 105245695 A”《一种提高微信AirKiss兼容性的方法及系统》中提到：“移动终端接入WIFI网络，并按照预先设定的协议将当前WIFI网络的服务集标识ssid和密码打包为AirKiss协议包进行广播。”其中有两个问题不可忽略。首先，AirKiss的使用必须建立在手机已经连接WIFI的基础上，手机才可以通过微信客户端的AirKiss发送ssid和password，这无疑是对手机的一种限制条件。另一方面，在通过AirKiss发送ssid和password时，存在与蓝牙配网方式同样的关键信息泄露风险，信息安全可靠性较差。

综上，传统物联网配网方式存在难以克服的问题，而基于LED的无线光通信技术可以有效解决这些问题，实现可靠配网。

发明内容

本发明主要提供一种可靠的物联网设备近距离配网装置，可以简化传统待配置设备及配网过程。用户无需预先连接网络热点，而只需使用APP控制移动终端自带的LED光源，按规定的通信协议对待配置设备上的光电检测器进行照射，就可完成网络配置过程。该方法不产生电磁干扰，也不受电磁干扰影响，不会对中远距离范围内其他待配置设备造成误配，并可有效抵抗窃听，具有便捷性、可靠性、抗干扰性、信息保密性等优点。

本发明采用的一个技术方案是：提供了一种可靠的物联网设备近距离配网装置，包括移动终端和待配置设备，所述的移动终端包括APP、处理器和LED光源，所述的待配置设备包括光电转换模块、状态指示灯、MCU和待配置模块，所述的移动终端包括但不限于手机或专用配网装置，所述的处理器与LED光源相连接，控制LED光源按规定的通信协议发射光信号并被所述光电转换模块接收，所述的光电转换模块的输出管脚连接MCU的输入管脚，所述的MCU的输出管脚连接待配置模块的输入管脚，所述的MCU的输出管脚还连接状态指示灯的输入管脚。

在本发明一个较佳实施例中，用户在智能手机输入待接入网络的ssid和password，智能手机通过控制LED光源对待配置设备，比如智能床垫，进行网络配置，从而建立智能床垫与待接入网络之间的连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述的近距离配网的应用距离在1米以内。

在本发明一个较佳实施例中，所述的智能床垫与待接入网络之间的连接为WIFI通讯连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述的通信协议约定的配网帧结构包括HEAD域、SSID域、Password域、ID code域、Function域、Data域、Check域、Error Correction域和END域。

在本发明一个较佳实施例中，所述的LED光源为可见光光源。

在本发明一个较佳实施例中，所述的APP将待配置设备所需数据信息通过处理器调制LED照明光源，调制方式包括但不限于强度调制、频率调制和相位调制，为增加传输容量优选采用波分复用。

本发明采用的另一个技术方案是：提供了一种物联网设备近距离配网装置的配网方法，采用物联网设备近距离配网装置，所述的待配置设备中的光电转换模块将接收到的光信号转化为电信号，并由所述的MCU对该电信号解调，解调之后，若校验准确无误，将协议包内的指令数据输入待配置设备，完成配置过程；若校验失败，无法获取正确的指令数据，则抛弃数据，提示用户再次光照重新尝试连接。

在本发明一个较佳实施例中，在所述的待配置设备的光电转换模块未接收到光信号时，状态指示灯为长灭状态；在所述的待配置设备的光电转换模块接收到光信号做运算处理时，状态指示灯为快闪状态，间隔0.5s；在所述的MCU对协议包校验成功时，状态指示灯为长亮状态；在所述MCU对协议包校验失败时，状态指示灯慢闪，间隔1s，持续30s，提示用户重新尝试光照。

本发明的有益效果是：通过本发明所提供的可靠的物联网设备近距离配网装置及其配网方法，用户无需预先连接网络热点，而只需使用APP控制移动终端自带的LED光源，按规定的通信协议对待配置设备上的光电检测器进行照射，就可完成网络配置过程。该方法不产生电磁干扰，也不受电磁干扰影响，不会对中远距离范围内其他待配置设备造成误配，并可有效抵抗窃听，具有便捷性、可靠性、抗干扰性、信息保密性等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1 是本发明提出的物联网设备近距离配网装置的一个较佳实施例的结构框图；

图2是所采用的配网帧结构；

图3为测试结果。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例包括：

一种可靠的物联网设备近距离配网装置，包括移动终端和待配置设备，所述的移动终端包括APP、处理器和LED光源，所述的待配置设备包括光电转换模块、状态指示灯、MCU和待配置模块，所述的移动终端包括但不限于手机或专用配网装置，所述的处理器与LED光源相连接，控制LED光源按规定的通信协议发射光信号并被所述光电转换模块接收，所述的光电转换模块的输出管脚连接MCU的输入管脚，所述的MCU的输出管脚连接待配置模块的输入管脚，所述的MCU的输出管脚还连接状态指示灯的输入管脚。用户在所述的移动终端通过输入设备输入待接入网络的ssid、password及其他数据信息，移动终端通过LED光源对待配置设备进行网络配置，从而建立待配置设备与待接入网络之间的连接。

上述中，所述的移动终端包括但不限于手机，也可以是iPad等智能移动终端，因为手机，iPad等智能移动终端自带LED灯，内部芯片集成完整，并不需要因为附加功能而复杂化生产，所以所述一种使用LED可见光配置物联网智能设备的装置较好的适用于手机，iPad等智能移动终端。

上述中，所述的移动终端在配网过程中不需要连接待接入网络就可以完成配网过程。

相比于现有技术具有如下优点：

（1）、只在密闭有限距离内，点对点传输，信息保密性高。

（2）、鉴于LED可见光配网短距配网的特点，不存在穿墙配网的风险，使用者方便对配网过程进行监控，比如在军事场所等机密场合下，可以在待配置设备附近安装摄像头或加强监控措施防范盗连，在出现安全问题时也很容易可以认清责任关系。即使是在民用场合，如在医院或是在家中，使用者不会距待配置设备太远，无需担心其他人会在我们面前使用LED可见光去配置设备。

（3）、对于电磁干扰，LED可见光配置物联网智能设备时不会有任何影响，提高了在某些电磁干扰严重的场景下的配置过程的稳定性和可靠性。

（4）、操作灵活，用户在移动终端可以根据不同的使用需求，通过APP的功能选择，对待配置设备进行配置，包括但不限于更改ssid、password、HEAD码，固件升级和恢复出厂设置等。

（5）、相比于微信AirKiss配网，移动终端不需要连接WIFI，用户只需要得知待配置WIFI的ssid和password，通过移动终端LED光源，发送到待配置设备端，就可以完成配网过程。

（6）、对于可实现配网操作的移动终端或特制电路来说，不需要安装WIFI模块、蓝牙模块等，只需要有输入设备、处理器和LED照明光源就可以实现对物联网智能设备的配置，可以简化配网流程，降低待配置设备的生产成本。

本发明实施例意在实现手机与智能床垫之间的配对，使手机可以对智能床垫进行配置。

图2所示为本发明所采用的配网帧结构，包括HEAD域、SSID域、Password域、IDcode域、Function域、Data域、Check域、Error Correction域和END域。

HEAD域：协议帧头，长度固定，包含一个预设的同步序列码和整个配网帧的长度，可通过Function域更改同步序列码；

SSID域：包括待接入网络的服务集标识ssid数据长度和ssid数据；

Password域：包括待接入网络的密码数据长度和密码数据；

ID code域：指代移动终端的唯一设备识别码，包括唯一设备识别码数据长度和唯一设备识别码数据；

Function域：功能数据，长度固定，为1个字节长度，采用独热码编码，选择8种不同的工作模式， 0x01表示擦去当前ssid和password，重新键入ssid和password；0x02表示断开连接，擦去密码；0x04表示新增ssid和password；0x08表示固件更新；0x10表示恢复出厂固件；0x20表示更改HEAD域的同步序列码；0x40，0x80保留；

Data域：包含数据长度和数据，用以配合Function域实现待配置设备的ssid和password更换及固件更新功能；

Check域：长度固定为 1个字节，校验发送的数据，包括HEAD域、SSID域、Password域、IDcode域、Function域和Data域的数据，确认发送的数据是否完整；

Error Correction域：长度固定为1个字节，当出现发送数据错误后用于纠错；

END域：为协议帧尾长度固定字段，长度为1个字节，用以指示本帧的结束。

本发明还提供了一种物联网设备近距离配网装置的配网方法，采用物联网设备近距离配网装置，所述的待配置设备中的光电转换模块将接收到的光信号转化为电信号，并由所述的MCU对该电信号解调，解调之后，若校验准确无误，将协议包内的指令数据输入待配置设备，完成配置过程；若校验失败，无法获取正确的指令数据，则抛弃数据，提示用户再次光照重新尝试连接。

其中，在所述的待配置设备的光电转换模块未接收到光信号时，状态指示灯为长灭状态；在所述的待配置设备的光电转换模块接收到光信号做运算处理时，状态指示灯为快闪状态，间隔0.5s；在所述的MCU对协议包校验成功时，状态指示灯为长亮状态；在所述MCU对协议包校验失败时，状态指示灯慢闪，间隔1s，持续30s，提示用户重新尝试光照。

图3为本发明的测试结果。在室内白炽灯正常照明条件下，光电探测器选型为鱼眼探测器，测试了在LED光源与光电探测器探头不同广角下的最大有效通信距离和配网成功率。当LED光源与探测器探头0°照射时，最大通信距离可达16.8cm；当LED与探测器探头90°照射时，最大通信距离只有2.4cm。同时，在光源与探测器距离为5cm左右时，LED光源在30°广角内的微小抖动不会影响到LED可见光通信的质量，基本满足实用要求。

综上所述，本发明提出的可靠的物联网设备近距离配网装置及其配网方法，具有便捷性、可靠性、抗干扰性、信息保密性等优点。用户无需预先连接网络热点，而只需使用APP控制移动终端自带的LED光源，按规定的通信协议对待配置设备上的光电检测器进行照射，就可完成网络配置过程。该方法不产生电磁干扰，也不受电磁干扰影响，不会对中远距离范围内其他待配置设备造成误配，并可有效抵抗窃听。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种可靠的物联网设备近距离配网装置，其特征在于，包括移动终端和待配置设备，所述的移动终端包括APP、处理器和LED光源，所述的待配置设备包括光电转换模块、状态指示灯、MCU和待配置模块，所述的移动终端包括但不限于手机或专用配网装置，所述的处理器与LED光源相连接，控制LED光源按规定的通信协议发射光信号并被所述光电转换模块接收，所述的光电转换模块的输出管脚连接MCU的输入管脚，所述的MCU的输出管脚连接待配置模块的输入管脚，所述的MCU的输出管脚还连接状态指示灯的输入管脚。

2.根据权利要求1所述的物联网设备近距离配网装置，其特征在于，用户在所述的移动终端通过输入设备输入待接入网络的ssid、password的数据信息，移动终端通过LED光源对待配置设备进行网络配置，从而建立待配置设备与待接入网络之间的连接。

3.根据权利要求2所述的物联网设备近距离配网装置，其特征在于，所述的移动终端的输入设备包括但不限于屏幕，所述的移动终端输入设备的输入方式包括但不限于触摸或者声控。

4.根据权利要求1所述的物联网设备近距离配网装置，其特征在于，所述的近距离配网的应用距离在1米以内。

5.根据权利要求2所述的物联网设备近距离配网装置，其特征在于，所述的待配置设备与待接入网络之间的连接包括但不限于WIFI通讯连接及蓝牙通讯连接。

6.根据权利要求1所述的物联网设备近距离配网装置，其特征在于，所述的通信协议约定的配网帧结构包括HEAD域、SSID域、Password域、ID code域、Function域、Data域、Check域、Error Correction域和END域，

HEAD域：协议帧头，长度固定，包含一个预设的同步序列码和整个配网帧的长度，可通过Function域更改同步序列码；

SSID域：包括待接入网络的服务集标识ssid数据长度和ssid数据；

Password域：包括待接入网络的密码数据长度和密码数据；

ID code域：指代移动终端的唯一设备识别码，包括唯一设备识别码数据长度和唯一设备识别码数据；

Function域：功能数据，长度固定，以1个字节长度和独热码编码为例，选择8种不同的工作模式，比如0x01表示擦去当前ssid和password，重新键入ssid和password；0x02表示断开连接，擦去密码；0x04表示新增ssid和password；0x08表示固件更新；0x10表示恢复出厂固件；0x20表示更改HEAD域的同步序列码；0x40，0x80保留；

Data域：包含数据长度和数据，用以配合Function域实现待配置设备的ssid和password更换或者固件更新功能；

Check域：长度固定，比如1个字节，校验发送的数据，包括HEAD域、SSID域、Password域、ID code域、Function域和Data域的数据，确认发送的数据是否完整；

Error Correction域：长度固定，比如1个字节，当出现发送数据错误后用于纠错；

END域：为协议帧尾长度固定字段，比如1个字节，用以指示本帧的结束。

7.根据权利要求1所述的物联网设备近距离配网装置，其特征在于，所述的LED光源包括但不限于可见光光源和红外光源。

8.根据权利要求1所述的物联网设备近距离配网装置，其特征在于，所述的APP将待配置设备所需数据信息通过处理器调制LED照明光源，调制方式包括但不限于强度调制、频率调制和相位调制。

9.根据权利要求1-8所述的物联网设备近距离配网装置的配网方法，其特征在于，采用物联网设备近距离配网装置，所述的待配置设备中的光电转换模块将接收到的光信号转化为电信号，并由所述的MCU对该电信号解调，解调之后，若校验准确无误，将协议包内的指令数据输入待配置设备，完成配置过程；若校验失败，无法获取正确的指令数据，则抛弃数据，提示用户再次光照重新尝试连接。

10.根据权利要求9所述的物联网设备近距离配网装置的配网方法，其特征在于，在所述的待配置设备的光电转换模块未接收到光信号时，状态指示灯为长灭状态；在所述的待配置设备的光电转换模块接收到光信号做运算处理时，状态指示灯为快闪状态，间隔0.5s；在所述的MCU对协议包校验成功时，状态指示灯为长亮状态；在所述MCU对协议包校验失败时，状态指示灯慢闪，间隔1s，持续30s，提示用户重新尝试光照。