CN110824946A - 基于WiFi自组网的智能设备控制系统及方法 - Google Patents

基于WiFi自组网的智能设备控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于WiFi自组网的智能设备控制系统，包括控制终端和受控设备，其中：所述控制终端用于触发产生控制指令，根据所述控制指令建立控制终端和受控设备之间的WiFi通讯信道；所述受控设备用于通过所述WiFi通讯信道接收控制终端发送的控制指令，并根据所述控制指令执行相应的操作。本发明还公开了一种基于WiFi自组网的智能设备控制方法。本发明通过WiFi自组网实现控制终端和受控设备之间的通讯。

Description

基于WiFi自组网的智能设备控制系统及方法
技术领域
本发明涉及智能设备技术领域，尤其涉及一种基于WiFi自组网的智能设备控制系统及方法。
背景技术
现有的WiFi智能设备控制系统主要由4部分组成，控制APP(安装于手机或平板电脑等操作终端中)、IOT Hub、路由器、智能设备或网关设备，架构图如图1所示：
WiFi智能设备直接连接或通过网关设备连接路由器，进而远程连接IOT Hub；通过用户账号系统，在IOT Hub内维护操作终端和用户设备的对应关系；用户登录操作终端，通过控制APP对智能设备进行控制，状态查询等各种操作；智能设备状态发生改变时，主动上报最新状态到IOT Hub，IOT Hub维护设备的最新状态快照，并转发给操作终端；操作终端和智能设备处于同一局域网时，也可本地局域网直接通信，不用经过IOT Hub中转。
上述系统是一完整闭环系统，功能强大，但也具有如下约束和不便：
1、对智能设备的处理能力、资源要求较多；
2、智能设备的WiFi模组需要一直处于工作状态，功耗高；
3、用户使用前，需要安装控制APP，并注册账号，登录系统；
4、对每个智能设备进行配网，使之能连接上IOT Hub；
5、依赖于IOT Hub，技术门槛高；
6、智能设备或网关设备，都需要连接到路由器，路由器负载压力大，容易不稳定；
7、协议复杂，复杂度高。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种基于WiFi 自组网的智能设备控制系统，其通过WiFi自组网实现控制终端和受控设备之间的通讯。
本发明的目的之一采用以下技术方案实现：
一种基于WiFi自组网的智能设备控制系统，包括控制终端和受控设备，其中：
所述控制终端用于触发产生控制指令，根据所述控制指令建立控制终端和受控设备之间的WiFi通讯信道；
所述受控设备用于通过所述WiFi通讯信道接收控制终端发送的控制指令，并根据所述控制指令执行相应的操作。
进一步地，所述控制指令包括信道信息及指令信息，根据所述信道信息建立所述WiFi通讯信道，所述受控设备根据所述指令信息执行相应的操作。
进一步地，所述控制终端包括触发部、第一处理器以及第一WiFi模组，其中，所述触发部用于产生所述控制信号并将所述控制信号发送至第一处理器，所述第一处理器根据所述控制信号生成控制指令透传至第一WiFi模组，所述第一WiFi模组解析所述控制指令，根据所述信道信息建立WiFi通讯信道，并将指令信息发送至受控设备。
进一步地，所述触发部为触发按键或语音按键。
进一步地，所述受控设备包括第二WiFi模组、第二处理器以及设备本体，其中，所述第二WiFi模组接收所述指令信息并通过第二处理器对所述指令信息进行解析，生成串口命令发送至所述设备本体，以控制所述设备本体执行相应的操作。
进一步地，所述设备本体和第二处理器之间还设置有受控开关，所述第二处理器将所述串口命令发送至受控开关，以控制所述设备本体执行相应的操作。
进一步地，所述第一WiFi模块和第一处理器之间，以及第二WiFi模块和第二处理器之间通过UART串口通信协议进行通讯。
进一步地，所述受控设备多个时，所述指令信息还包括受控设备MAC 信息，所述控制终端根据受控设备MAC信息将所述指令信息发送给目标受控设备，所述目标受控设备的MAC信息与所述受控设备MAC信息相同。
进一步地，所述控制终端为多个时，所述受控设备中还包括控制终端 MAC信息，所述受控设备接收目标控制终端发送的指令信息，所述目标控制终端的MAC信息与所述控制终端MAC信息相同；所述控制终端发送的指令信息中包含其自身的MAC信息。
本发明的目的之二在于提供一种基于WiFi自组网的智能设备控制方法，其通过WiFi自组网实现控制终端和受控设备之间的通讯。
一种基于WiFi自组网的智能设备控制方法，其包括以下步骤：
控制终端触发产生控制指令，根据所述控制指令建立控制终端和受控设备之间的WiFi通讯信道，并将所述控制指令通过所述WiFi通讯信道发送至受控设备；
受控设备接收所述控制指令，并根据所述控制指令执行相应的操作。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明采用WiFi自组网技术建立控制终端和受控设备之间的通讯，受控设备不需要连接路由器，使用WiFi的数据链路层协议，进行广播和单播通信，具有如下优点：
1、对设备的处理能力，资源要求少；
2、受控设备的WiFi模组只需要处于WiFi报文监听状态，功耗低；
3、无账号，无操作终端App等；
4、系统拓扑简单，无路由器，无中心节点，稳定可靠；
5、设备上电即可工作，无需用户进行配网绑定等操作；
6、不依赖于IOT Hub，可自组网工作。
附图说明
图1为现有WiFi智能设备控制系统的架构图；
图2为本发明实施例一的基于WiFi自组网的智能设备控制系统的架构图；
图3为本发明实施例二的基于WiFi自组网的智能设备控制系统的架构图；
图4为本发明实施例三的基于WiFi自组网的智能设备控制方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明进行更为详细的描述，需要说明的是，下参照附图对本发明进行的描述仅是示意性的，而非限制性的。各个不同实施例之间可以进行相互组合，以构成未在以下描述中示出的其他实施例。
实施例一
实施例一提供了一种基于WiFi自组网的智能设备控制系统。请参照图2 所示，其主要包括控制终端和受控设备。
其中，受控设备即智能设备，是智能家居的主要组成部分，可以包括例如空调、窗帘、灯具、龙头、电视、新风、热水器等。控制终端在这里主要是指带有触发产生控制信号的遥控设备(遥控面板或遥控器等)，当一个遥控设备可以同时控制多个受控设备时，该遥控设备也可以称为情景面板，即根据不同情景需要对多个不同受控设备进行控制，控制终端可以是通过按键遥控，也可以是语音遥控，又或者它们的结合，当然，还可以是通过智能终端例如手机等实现。
控制终端触发产生控制指令，控制指令中包含信道信息和指令信息，控制终端根据信道信息建立控制终端和受控设备之间的WiFi通讯信道，在后续控制终端和受控设备之间进行通讯时，均通过该WiFi通讯信道实现，在信道信息未发生改变的情况下，二者再次通讯时可以不再重新建立WiFi通讯信道。基于WiFi的数据链路层协议的WiFi通讯信道有1-13条，在未设置时，默认通过13信道进行通讯。
控制终端将指令信息发送至受控设备，发送方式为广播方式，广播的次数和频率可以根据需要进行设置(例如5次，每次间隔1s)。受控设备接收到指令信息后，根据指令信息进行相应的操作，例如发送给灯具时的开关操作，发送给空调时，进行开关以及模式的操作等。
控制终端主要包括触发部、第一处理器以及第一WiFi模组，其中，所述触发部用于产生所述控制信号并将所述控制信号发送至第一处理器，所述第一处理器根据所述控制信号生成控制指令透传至第一WiFi模组，所述第一WiFi模组解析所述控制指令，根据所述信道信息建立WiFi通讯信道，并将指令信息发送至受控设备。
触发部可以是触发按键，也可以是语音按键，触发按键可以是机械按键，也可以是触摸式按键，语音按键可以是现有的语音遥控器的结构，其中，在控制终端中设置有本地语音识别模块对输入的语音信息进行识别形成控制信号，然后再发送给第一处理器。
第一处理器和第一WiFi模组之间通过UART串口通信协议进行数据透传。消息应答场景为：1条请求消息需要应答1条响应消息。具体是：第一处理器透传命令给第一WiFi模组，第一WiFi模组解析该条命令，将payload 部分(指有效负载，这里主要是指令信息)重新打包发送，同时会在预设时间(例如400ms)内发送接收应答给第一处理器，表示已经收到发送透传的命令。接收方(第二WiFi模组)接收到后，提取payload，然后生成串口命令发送给受控设备。
UART协议格式定义每条指令由标准数据头和自定义数据区两部分组成，如表1所示，其中标准数据头为固定格式，为20字节(Bytes)长，其格式如表2所示。自定义数据区根据产品特性定义，控制指令均位于自定义数据区，最大长度n不能超过236Bytes，命令总长度最大不能超过256Bytes，其格式如表3所示。
表1、指令格式示意表
UART数据头 产品自定义数据区
数据头 自定义数据区
20Bytes nBytes
表2、标准数据头格式示意表
Figure BDA0002292238870000061
表3、自定义数据区
Figure BDA0002292238870000072
W表示支持设置。
受控设备包括第二WiFi模组、第二处理器以及设备本体，其中，所述第二WiFi模组接收所述指令信息并通过第二处理器对所述指令信息进行解析，生成串口命令发送至所述设备本体，以控制所述设备本体执行相应的操作。第二WiFi模组、第二处理器之间的通讯协议与第一WiFi模组和第一处理器之间的通讯协议相同，请参照上述内容。
当设备本体不能直接被控制时，设备本体和第二处理器之间还设置有受控开关，所述第二处理器将所述串口命令发送至受控开关，以控制所述设备本体执行相应的操作，从而对设备本体进行控制。
控制终端和受控设备均可以是多个。当受控设备多个时，所述指令信息还包括受控设备MAC信息，所述控制终端根据受控设备MAC信息将所述指令信息发送给目标受控设备，所述目标受控设备的MAC信息与所述受控设备MAC信息相同。受控设备MAC信息可以是第二WiFi模组的MAC信息，也可以是第二处理器的MAC地址，当然，在一些情况下，也可以是其他方面的唯一标识码信息，只要是能表征对应的受控设备即可。如果不设置受控设备MAC信息，则控制终端将指令信息发送给所有的受控设备，这种情况下，如果指令信息中未包含对某个或某些受控设备的控制指令，则这个或这些受控设备不进行任何操作。
当控制终端为多个时，则受控设备中(位于自定义数据区)还包括控制终端MAC信息，所述受控设备接收目标控制终端发送的指令信息，所述目标控制终端的MAC信息与所述控制终端MAC信息相同；所述控制终端发送的指令信息中包含其自身的MAC信息。控制终端MAC信息可以是第一WiFi 模组的MAC信息，也可以是第一处理器的MAC地址，当然，在一些情况下，也可以是其他方面的唯一标识码信息，只要是能表征对应的控制终端即可。如果不设置控制终端MAC信息，则受控设备均可接收到所有控制终端发送的符合格式要求的控制指令。
实施例二
实施例二以灯具作为受控设备进行举例说明，这种情况下，需要配置受控开关，请参照图3所示。
在实施例二中，某个房间或场地总共有6盏灯，使用3个2位开关面板进行控制(开关面板1包括开关1和开关2，分别对应灯1和灯2；开关面板 2包括开关1和开关2，分别对应灯3和灯4；开关面板3包括开关1和开关 2，分别对应灯5和灯6)，使用2个4位情景面板，支持8个不同情景，细节如下：
Figure BDA0002292238870000101
以办公方式为例，当情景面板2的按键1被按下时，则情景面板2的第一处理器生成的控制指令中包括对应MAC地址的具体开关的控制指令，第二处理器对该控制指令进行解析，查找其所在MAC信息对应的控制指令，例如，开关面板1对应的第二处理器则查找第二处理器或第二WiFi模块对应的MAC信息，然后将该MAC信息对应的指令信息查找对其具体开关(开关1和开关2)的内容，即得到对开关1进行关操作，对开关2进行关操作，则第二处理器执行该操作，从而使得灯1和灯2关闭。
如果指令信息中不包括接收方即受控设备MAC信息时，则所有受控设备执行相同的操作。例如，上述举例中，如果只有对具体开关的控制指令，例如，对开关1进行关操作，对开关2进行开操作，则3个开关面板均执行相同的操作，从而使得灯1、灯3、灯5均关闭，灯2、灯4、灯6均打开。
实施例三
实施例三公开了一种对应上述实施例一的一种基于WiFi自组网的智能设备控制方法，请参照图4所示，其包括以下步骤：
S110、控制终端触发产生控制指令，根据所述控制指令建立控制终端和受控设备之间的WiFi通讯信道，并将所述控制指令通过所述WiFi通讯信道发送至受控设备；
S120、受控设备接收所述控制指令，并根据所述控制指令执行相应的操作。
优选地，所述控制指令包括信道信息及指令信息，根据所述信道信息建立所述WiFi通讯信道，所述受控设备根据所述指令信息执行相应的操作。
优选地，所述控制终端包括触发部、第一处理器以及第一WiFi模组，其中，所述触发部用于产生所述控制信号并将所述控制信号发送至第一处理器，所述第一处理器根据所述控制信号生成控制指令透传至第一WiFi模组，所述第一WiFi模组解析所述控制指令，根据所述信道信息建立WiFi通讯信道，并将指令信息发送至受控设备。
优选地，所述触发部为触发按键或语音按键。
优选地，所述受控设备包括第二WiFi模组、第二处理器以及设备本体，其中，所述第二WiFi模组接收所述指令信息并通过第二处理器对所述指令信息进行解析，生成串口命令发送至所述设备本体，以控制所述设备本体执行相应的操作。
优选地，所述设备本体和第二处理器之间还设置有受控开关，所述第二处理器将所述串口命令发送至受控开关，以控制所述设备本体执行相应的操作。
优选地，所述第一WiFi模块和第一处理器之间，以及第二WiFi模块和第二处理器之间通过UART串口通信协议进行通讯。
优选地，所述受控设备多个时，所述指令信息还包括受控设备MAC信息，所述控制终端根据受控设备MAC信息将所述指令信息发送给目标受控设备，所述目标受控设备的MAC信息与所述受控设备MAC信息相同。
优选地，所述控制终端为多个时，所述受控设备中还包括控制终端MAC 信息，所述受控设备接收目标控制终端发送的指令信息，所述目标控制终端的MAC信息与所述控制终端MAC信息相同；所述控制终端发送的指令信息中包含其自身的MAC信息。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于WiFi自组网的智能设备控制系统，其特征在于，包括控制终端和受控设备，其中：
所述控制终端用于触发产生控制指令，根据所述控制指令建立控制终端和受控设备之间的WiFi通讯信道；
所述受控设备用于通过所述WiFi通讯信道接收控制终端发送的控制指令，并根据所述控制指令执行相应的操作。
2.如权利要求1所述的基于WiFi自组网的智能设备控制系统，其特征在于，所述控制指令包括信道信息及指令信息，根据所述信道信息建立所述WiFi通讯信道，所述受控设备根据所述指令信息执行相应的操作。
3.如权利要求2所述的基于WiFi自组网的智能设备控制系统，其特征在于，所述控制终端包括触发部、第一处理器以及第一WiFi模组，其中，所述触发部用于产生所述控制信号并将所述控制信号发送至第一处理器，所述第一处理器根据所述控制信号生成控制指令透传至第一WiFi模组，所述第一WiFi模组解析所述控制指令，根据所述信道信息建立WiFi通讯信道，并将指令信息发送至受控设备。
4.如权利要求3所述的基于WiFi自组网的智能设备控制系统，其特征在于，所述触发部为触发按键或语音按键。
5.如权利要求3所述的基于WiFi自组网的智能设备控制系统，其特征在于，所述受控设备包括第二WiFi模组、第二处理器以及设备本体，其中，所述第二WiFi模组接收所述指令信息并通过第二处理器对所述指令信息进行解析，生成串口命令发送至所述设备本体，以控制所述设备本体执行相应的操作。
6.如权利要求5所述的基于WiFi自组网的智能设备控制系统，其特征在于，所述设备本体和第二处理器之间还设置有受控开关，所述第二处理器将所述串口命令发送至受控开关，以控制所述设备本体执行相应的操作。
7.如权利要求5所述的基于WiFi自组网的智能设备控制系统，其特征在于，所述第一WiFi模块和第一处理器之间，以及第二WiFi模块和第二处理器之间通过UART串口通信协议进行通讯。
8.如权利要求2-7任一项所述的基于WiFi自组网的智能设备控制系统，其特征在于，所述受控设备多个时，所述指令信息还包括受控设备MAC信息，所述控制终端根据受控设备MAC信息将所述指令信息发送给目标受控设备，所述目标受控设备的MAC信息与所述受控设备MAC信息相同。
9.如权利要求8所述的基于WiFi自组网的智能设备控制系统，其特征在于，所述控制终端为多个时，所述受控设备中还包括控制终端MAC信息，所述受控设备接收目标控制终端发送的指令信息，所述目标控制终端的MAC信息与所述控制终端MAC信息相同；所述控制终端发送的指令信息中包含其自身的MAC信息。
10.一种基于WiFi自组网的智能设备控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：
控制终端触发产生控制指令，根据所述控制指令建立控制终端和受控设备之间的WiFi通讯信道，并将所述控制指令通过所述WiFi通讯信道发送至受控设备；
受控设备接收所述控制指令，并根据所述控制指令执行相应的操作。
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