CN112445146A - 一种智能家居的开关控制系统和开关控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能家居的开关控制系统和开关控制方法，属于通信技术领域。本发明的智能家居的开关控制系统包括：硬件模块，其进行按键操作，并将按键操作的信号发送给有线网关，或者接收有线网关发送的控制指令；按键响应模块，其查询GPIO引脚的电平状态；Flash存储模块，其存储默认的波特率和智能家居地址，或者根据Modbus命令相应地修改波特率和智能家居地址；Modbus模块，其监听Modbus命令；命令匹配模块，其选取相应的Modbus协议标准命令函数，使得磁保持继电器根据Modbus协议标准命令函数进行相应的设置。本发明可以让用户摆脱只靠按键控制，通过按键与语音交互方式实现对智能家居开关的控制。

Description

一种智能家居的开关控制系统和开关控制方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种智能家居的开关控制系统和开关控制方法。

背景技术

随着人工智能的快速发展，其应用已经渗透到人们生活的方方面面。现有传统家庭中，对于智能家居的控制主要通过手动操作机械开关来实现智能家居的打开和关闭；而对于配备了智能家居开关控制系统的家庭中，除了手动操作机械开关实现智能家居的打开和关闭外，还可通过移动终端上的智能家居控制APP上的操作按钮实现对智能家居的开关控制。但无论是通过机械开关或智能家居控制APP控制智能家居，都需要手动操作，且通过机械开关控制智能家居具有特定位置限制，而通过智能家居控制APP控制智能家居需要逐级打开APP控制界面，操作繁琐。因此，现有的对于智能家居的控制方式存在需要手动操作，且操作不便的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种智能家居的开关控制系统和开关控制方法，克服用户只靠按键控制智能家居的问题，实现按键和语音交互方式对传统继电器开关的控制，提升用户体验。

为了实现上述目的，本发明采用的第一个技术方案是：提供一种智能家居的开关控制系统，开关控制系统建立有线网关与智能家居之间通信，该开关控制系统包括：硬件模块，其进行按键操作，并将按键操作的信号发送给有线网关，或者接收有线网关发送的Modbus命令，硬件模块包括磁保持继电器、按键模块和通信串口模块，其中磁保持继电器控制智能家居的开启或关闭，按键模块执行按键操作，通信串口模块为开关控制系统提供通信通道；按键响应模块，其按键操作的通用输入输出中断响应查询通用输入输出引脚的电平状态；闪存存储模块，其存储默认的波特率和默认的智能家居地址，或者闪存存储模块根据Modbus命令相应的修改波特率和智能家居地址，并将修改后的波特率和智能家居地址进行存储；Modbus模块，其接收按键响应模块中的通用输入输出引脚和相对应的电平状态，根据通用输入输出引脚和相对应的电平状态读取相应的波特率和智能家居地址，Modbus模块监听Modbus命令，若Modbus命令在Modbus库中，则Modbus命令有效，若Modbus命令未在Modbus库中，则Modbus命令无效；命令匹配模块，其通过有效的Modbus命令选取相应的Modbus协议标准命令函数，将Modbus协议标准命令函数磁保持继电器，使磁保持继电器根据Modbus协议标准命令函数进行相应地设置。

本发明采用的第二个技术方案是：提供一种智能家居的开关控制方法，开关控制方法实现有线网关与智能家居之间通信，该开关控制方法包括：按键步骤，硬件模块进行按键操作，并将按键操作的信号发送给有线网关，或者接收有线网关发送的Modbus命令，硬件模块包括磁保持继电器、按键模块和通信串口模块，其中磁保持继电器控制智能家居的开启或关闭，按键模块执行按键操作，通信串口模块为开关控制系统提供通信通道；按键响应步骤，按键响应模块根据按键操作的通用输入输出中断响应查询通用输入输出引脚的电平状态；存储步骤，闪存存储模块存储默认的波特率和默认的智能家居地址，或者闪存存储模块根据Modbus命令相应地修改波特率和智能家居地址，并将修改后的波特率和智能家居地址进行存储并传输；监听命令步骤，Modbus模块接收按键响应模块发送通用输入输出引脚和相对应的电平状态，根据通用输入输出引脚和相对应的电平状态读取相应的波特率和智能家居地址进行对应，Modbus模块监听Modbus命令，若Modbus命令在Modbus库中，则Modbus命令有效，若Modbus命令未在Modbus库中，则Modbus命令无效；选取标准命令函数步骤，命令匹配模块通过有效的Modbus命令选取相应的Modbus协议标准命令函数，将Modbus协议标准命令函数发送给磁保持继电器；执行标准命令函数步骤，磁保持继电器根据Modbus协议标准命令函数进行相应的设置。

本发明的有益效果在于：本发明通过Modbus模块监听Modbus命令，命令匹配模块匹配出相应的Modbus协议标准命令函数，最后磁保持继电器执行相应的标准命令函数，使得有线网关能够通过按键响应控制智能家居的状态。本发明可以让用户摆脱只靠按键控制，通过按键和语音交互方式实现对智能家居开关的控制，而且通过简单的模块设置解决了有线网关与智能家居的通信，经济实用，适合推广应用。

附图说明

图1为本发明智能家居的开关控制系统各模块示意图；

图2为本发明智能家居的开关控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的上述特征和优点更加易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。该详细说明仅仅是为了帮助理解本发明，本发明的保护范围不仅仅限于具体实施方式中的具体说明。

在本发明中，开关控制系统上电后，依次对按键响应模块、闪存Flash模块和Modbus模块等模块进行初始化操作，初始化完成后默认开关控制系统配置开启，并通过按键响应为用户提供进一步设置操作的指导。此过程以单线程按顺序完成，保障通畅的通信。

图1示出了本发明一种智能家居的开关控制系统的具体实施方式，所述开关控制系统建立有线网关与智能家居之间通信，在该具体实施方式中，主要包括：

硬件模块，实现按键和数据传输功能。

硬件模块主要包括磁保持继电器、按键模块和通信串口模块等，它主要是为开关控制系统提供串口通讯、按键、闪存存储和磁保持继电器等功能，其中硬件模块中可以包括至少一个磁保持继电器，每个磁保持继电器控制一个智能家居的开启或关闭；还可以包括多个按键模块，每个按键模块可以对应一个智能家居，每个按键模块执行相应的按键操作，并将按键操作的信号发送给有线网关；通信串口模块为开关控制系统提供通信通道，其中与智能家居的通信，接收有线网关发送的符合Modbus协议的Modbus命令，其中Modbus命令可以为用户发出的语音命令，也可以为用户通过APP发出的命令，更新Modbus库都是通过串口通信模块来完成等。例如用户同时想打开客厅灯和空调，则通过按键模块按下客厅灯对应的按键2和空调相对应的按键3。或者用户发出打开客厅灯的Modbus命令，硬件模块传输有线网关发送的Modbus命令。打开客厅灯的Modbus命令包括客厅灯的地址和通信时的波特率。

在本发明的一个具体实施方式中，还包括，按键响应模块。

按键按下时，按键的输出状态为高电平，按键未按下时，按键的输出信号为低电平。电平状态由低变高，会在输入线呈现出一个上升沿信号，这个信号到达边沿检测电路后，会被按键响应模块检测并触发，如果电平由高变低，则会被按键响应模块检测并触发。因此，通过对通用输入输出GPIO引脚的电平进行检测可以判断按键是否按下。

首先，按键响应模块进行初始化，其次，初始化完成后，按键响应模块根据GPIO中断响应检测到GPIO引脚的电平状态，按键响应模块由于当按键的机械触点断开、闭合时，触点的弹性作用，按键开关不会马上稳点接通或断开，其会产生带波纹信号，此时按键响应模块进行按键消抖处理，例如按键消抖可以通过软件消抖也可以通过硬件消抖，软件消抖是通过定时器延时等方式，忽略前后的抖动；而硬件消抖可以利用电容的充放电延时等方式。最后，按键响应模块若检测到按键操作，则查询各按键GPIO引脚的电平状态，若未检测到按键操作，则按键响应模块进入等待状态。查询完成后则返回到各按键GPIO引脚电平状态的查询状态，等待下一轮循环开始。

例如按下按键2和3后，检测到按键2和3的值，根据按键2和3的值查询到按键2和3为高电平。

在本发明的一个具体实施方式中，还包括，Timer定时模块，实现定时周期性中断。

Timer定时模块首先进行初始化，其次进入周期性中断。当存在GPIO中断响应时，先关闭周期性中断，再判断并处理GPIO中断响应，其次在不同次GPIO中断响应中根据GPIO引脚的电平状态给磁保持继电器打上升沿脉冲或下降沿脉冲，实现磁保持继电器的开启或关闭，从而实现智能家居开启或关闭，若该过程处理完成，则Timer定时模块重新打开周期性中断，若该过程出现错误，则反馈错误。整个过程完成后，Timer定时模块等待下一定时周期中断。例如查询到按键2和3为高电平时，则控制客厅灯和空调的磁保持继电器闭合，即客厅灯和空调打开。在本发明中，Timer定时模块利用周期性中断模拟延迟操作，延时一段时间，作用是为了隔开两次按键操作时间。

在本发明的一个具体实施方式中，还包括，Flash存储模块，实现数据的存储。

Flash存储模块首先进行初始化，待初始化完成后，一方面，Flash存储模块存储默认的波特率和默认的智能家居地址。另一方面，Flash存储模块若根据Modbus命令修改波特率和智能家居地址，则先将Flash存储模块进行开锁，其次将Modbus命令对应的波特率和智能家居地址写入到Flash存储模块中，写入操作完成后，Flash存储模块进行上锁保护，若Flash存储模块读写操作出现错误，则进行错误反馈。整个该过程完成后，Flash存储模块等待有线网关的指令进入下一个Flash读写操作。例如用户发出打开客厅灯的命令，Flash存储模块会将包括客厅灯的地址和通信时的波特率进行存储。

在本发明的一个具体实施方式中，还包括，Modbus模块，实现命令的监听。

Modbus模块从Flash存储模块读取波特率和智能家居地址的默认值完成初始化，待初始化完成后，Modbus模块根据通用输入输出引脚和相对应的电平状态匹配相应的波特率和智能家居地址，匹配成功后Modbus模块监听有线网关发送的Modbus命令，若Modbus命令在Modbus库中，则Modbus命令有效，若Modbus命令未在Modbus库中，则Modbus命令无效。整个该过程完成后，Modbus模块返回Modbus命令监听状态，等待下一轮循环开始。其中Modbus库存储每个目标智能家居的控制指令，以确保Modbus命令的正确性。例如打开客厅灯的Modbus命令，Modbus模块会将包括客厅灯的地址和通信时的波特率与按键2和按键2的高电平进行匹配，匹配一致后，Modbus模块则监听打开客厅灯的Modbus命令。

在本发明的一个具体实施方式中，还包括，命令匹配模块，实现标准命令函数的选取。

命令匹配模块首先进行初始化，待初始化完成后，命令匹配模块利用有效的Modbus命令选取相应的Modbus协议标准命令函数，其次将Modbus协议标准命令函数发送给有线网关，磁保持继电器根据有线网关发送的Modbus协议标准命令函数进行相应的设置，从而实现智能家居开启或关闭。例如若监听到的是Modbus命令01，则选取读线圈寄存器Read Coils函数；同理，若监听到的是Modbus命令05，则选取写单线圈寄存器Write SingleCoil函数；若监听到的是Modbus命令06，则选取写单保持寄存器Write Single Register函数；监听到的是Modbus命令15，则选取写多线圈寄存器Write Multiple Coils函数等。例如打开客厅灯的Modbus命令05选取写单保持寄存器函数，然后将该写单保持寄存器函数发送给客厅灯的磁保持继电器，最后客厅灯的磁保持继电器开启，从而客厅灯打开。

本发明通过Modbus模块监听Modbus命令，命令匹配模块匹配出相应的Modbus协议标准命令函数，最后磁保持继电器执行相应的标准命令函数，使得有线网关能够通过按键响应控制智能家居的状态。本发明可以让用户摆脱只靠按键控制，通过按键和语音交互方式实现对智能家居开关的控制，而且通过简单的模块设置解决了有线网关与智能家居的通信，经济实用，适合推广应用。

图2示出了本发明一种智能家居的开关控制方法的具体实施方式，开关控制方法实现有线网关与智能家居之间通信，在该具体实施方式中，主要包括以下步骤：

步骤S201：按键步骤。

在本发明的一个具体实施方式中，硬件模块主要包括磁保持继电器、按键模块和通信串口模块等，它主要是为开关控制系统提供串口通讯、按键、闪存存储和磁保持继电器等功能，其中硬件模块中可以包括至少一个磁保持继电器，每个磁保持继电器控制一个智能家居的开启或关闭；还可以包括多个按键模块，每个按键模块可以对应一个智能家居，每个按键模块执行相应的按键操作，并将按键操作的信号发送给有线网关；通信串口模块为开关控制系统提供通信通道，其中与智能家居的通信，传输有线网关发送的Modbus命令，其中Modbus命令可以为用户发出的语音命令，也可以为用户通过APP发出的命令，更新Modbus库都是通过串口通信模块来完成等。

步骤S202：按键响应步骤。

按键按下时，按键的输出状态为高电平，按键未按下时，按键的输出信号为低电平。电平状态由低变高，会在输入线呈现出一个上升沿信号，这个信号到达边沿检测电路后，会被上升沿触发选按键响应模块检测并触发，如果电平由高变低，则会被下降沿触发选择按键响应模块检测触发。因此，通过对通用输入输出GPIO引脚的电平进行检测可以判断按键是否按下。

在本发明的一个具体实施方式中，首先，按键响应模块进行初始化，其次，初始化完成后，按键响应模块根据GPIO中断响应检测到GPIO引脚的电平状态，按键响应模块由于当按键的机械触点断开、闭合时，触点的弹性作用，按键开关不会马上稳点接通或断开，其会产生带波纹信号，此时按键响应模块进行按键消抖处理，例如按键消抖可以通过软件消抖也可以通过硬件消抖，软件消抖是通过定时器延时等方式，忽略前后的抖动；而硬件消抖可以利用电容的充放电延时等方式。最后，按键响应模块若检测到按键操作，则查询各按键GPIO引脚的电平状态，若未检测到按键操作，则按键响应模块进入等待状态。查询完成后则返回到各按键GPIO引脚电平状态的查询状态，等待下一轮循环开始。

步骤S203：定时周期性中断步骤。

在本发明的一个具体实施方式中，Timer定时模块首先进行初始化，其次进入周期性中断。当存在GPIO中断响应时，先关闭周期性中断，再判断并处理GPIO中断响应，其次在不同次GPIO中断响应中根据GPIO引脚的电平状态给磁保持继电器打上升沿脉冲或下降沿脉冲，实现磁保持继电器的开启或关闭，，从而实现智能家居开启或关闭。若该过程正确处理完成，则Timer定时模块重新打开周期性中断，若该过程出现错误，则反馈错误。整个过程完成后，Timer定时模块等待下一定时周期中断。在本发明中，Timer定时模块利用周期性中断模拟延迟操作。

步骤S204：存储步骤。

在本发明的一个具体实施方式中，Flash存储模块首先进行初始化，待初始化完成后，一方面，Flash存储模块存储默认的波特率和默认的智能家居地址。另一方面，Flash存储模块则根据Modbus命令相应的修改波特率和智能家居地址，则先将Flash存储模块进行开锁，其次将Modbus命令对应的波特率和智能家居地址写入到Flash存储模块中，写入操作完成后，Flash存储模块进行上锁保护，若Flash存储模块读写操作出现错误，则进行错误反馈。整个该过程完成后，Flash存储模块等待有线网关的指令进入下一个Flash读写操作。

步骤S205：监听命令步骤。

在本发明的一个具体实施方式中，Modbus模块通过从Flash存储模块读取波特率和智能家居地址的默认值实现初始化，待初始化完成后，Modbus模块根据通用输入输出引脚和相应的电平状态匹配相应的波特率和智能家居地址。匹配成功后，Modbus模块监听有线网关发送的Modbus命令，若Modbus命令在Modbus库中，则Modbus命令有效，若Modbus命令未在Modbus库中，则Modbus命令无效。整个该过程完成后，Modbus模块返回Modbus命令监听状态，等待下一轮循环开始。其中Modbus库存储每个目标智能家居的控制指令，以确保Modbus命令的正确性。

步骤S206：选取标准命令函数步骤。

在本发明的一个具体实施方式中，命令匹配模块首先进行初始化，待初始化完成后，命令匹配模块利用有效的Modbus命令选取相应的Modbus协议标准命令函数，其次命令匹配模块将Modbus协议标准命令函数发送给磁保持继电器。例如若监听到的是Modbus命令01，则选取读线圈寄存器Read Coils函数；同理，若监听到的是Modbus命令05，则选取写单线圈寄存器Write Single Coil函数；若监听到的是Modbus命令06，则选取写单保持寄存器Write Single Register函数；监听到的是Modbus命令15，则选取写多线圈寄存器WriteMultiple Coils函数等。

步骤S207：执行标准命令函数步骤。

在本发明的一个具体实施方式中，磁保持继电器根据Modbus协议标准命令函数进行相应的操作，从而实现智能家居开启或关闭。

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及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能家居的开关控制系统，所述开关控制系统建立有线网关与智能家居之间通信，其特征在于，包括：

硬件模块，其进行按键操作，并将所述按键操作的信号发送给所述有线网关，或者传输所述有线网关发送的Modbus命令，所述硬件模块包括磁保持继电器、按键模块和通信串口模块，其中所述磁保持继电器控制所述智能家居的开启或关闭，所述按键模块执行所述按键操作，所述通信串口模块为所述开关控制系统提供通信通道；

按键响应模块，其根据所述按键操作的通用输入输出中断响应查询通用输入输出引脚的电平状态；

闪存存储模块，其存储默认的波特率和默认的智能家居地址，或者所述闪存存储模块根据所述Modbus命令相应地修改所述波特率和所述智能家居地址，并将修改后的所述波特率和所述智能家居地址进行存储并传输；

Modbus模块，其首先接收所述按键响应模块中的所述通用输入输出引脚和相对应的所述电平状态，根据所述通用输入输出引脚和相对应的所述电平状态读取相应的所述波特率和所述智能家居地址，然后所述Modbus模块监听所述Modbus命令，若所述Modbus命令在Modbus库中，则所述Modbus命令有效，若所述Modbus命令未在所述Modbus库中，则所述Modbus命令无效；

命令匹配模块，其利用有效的所述Modbus命令选取相应的Modbus协议标准命令函数，并将所述Modbus协议标准命令函数发送给所述磁保持继电器，使所述磁保持继电器根据所述所述Modbus协议标准命令函数进行相应地设置。

2.根据权利要求1所述的智能家居的开关控制系统，其特征在于，还包括，Timer定时模块，其根据所述电平状态控制所述磁保持继电器的开启或关闭；或者所述Timer定时模块利用所述周期性中断模拟延迟操作。

3.根据权利要求1所述的智能家居的开关控制系统，其特征在于，所述闪存存储模块的修改过程为所述闪存存储模块先进行开锁，然后将所述Modbus命令对应的所述波特率和所述智能家居地址写入到所述闪存存储模块中，写操作完成后所述闪存存储模块进行上锁。

4.根据权利要求1所述的智能家居的开关控制系统，其特征在于，在所述有线网关与所述智能家居进行通信前，所述按键响应模块、所述闪存存储模块、所述Modbus模块和所述命令匹配模块依次进行初始化。

5.根据权利要求2所述的智能家居的开关控制系统，其特征在于，所述Timer定时模块控制所述磁保持继电器的开启或关闭的过程为，所述Timer定时模块初始化完成后，进入周期性中断，所述Timer定时模块接收到所述通用输入输出中断响应后，关闭所述周期性中断，判断并处理所述通用输入输出中断响应，在不同次所述通用输入输出中断响应中分别给所述磁保持继电器打上升沿脉冲或者下降沿脉冲，使得所述磁保持继电器开启或关闭，所述磁保持继电器开启或关闭完成后，所述Timer定时模块重新开启所述周期性中断。

6.一种智能家居的开关控制方法，所述开关控制方法实现有线网关与智能家居之间通信，其特征在于，包括：

按键步骤，硬件模块进行按键操作，并将所述按键操作的信号发送给所述有线网关，或者传输所述有线网关发送的Modbus命令，所述硬件模块包括磁保持继电器、按键模块和通信串口模块，其中所述磁保持继电器控制所述智能家居的开启或关闭，所述按键模块执行所述按键操作，所述通信串口模块为所述开关控制方法提供通信通道；

按键响应步骤，按键响应模块根据所述按键操作的通用输入输出中断响应查询通用输入输出引脚的电平状态；

存储步骤，闪存存储模块存储默认的波特率和默认的智能家居地址，或者所述闪存存储模块根据所述Modbus命令相应地修改所述波特率和智能家居地址，并将修改后的所述波特率和所述智能家居地址进行存储并传输；

监听命令步骤，Modbus模块首先接收所述按键响应模块发送的所述通用输入输出引脚和所述通用输入输出引脚相对应的所述电平状态，根据所述通用输入输出引脚和相对应的所述电平状态读取相应的所述波特率和所述智能家居地址，然后所述Modbus模块监听所述Modbus命令，若所述Modbus命令在Modbus库中，则所述Modbus命令有效，若所述Modbus命令未在所述Modbus库中，则所述Modbus命令无效；

选取标准命令函数步骤，命令匹配模块利用有效的所述Modbus命令选取相应的Modbus协议标准命令函数，将所述Modbus协议标准命令函数发送给磁保持继电器；

执行标准命令函数步骤，所述磁保持继电器根据所述Modbus协议标准命令函数进行相应的设置。

7.根据权利要求6所述的智能家居的开关控制方法，其特征在于，还包括，定时周期性中断步骤，Timer定时模块根据所述电平状态控制所述磁保持继电器的开启或关闭；所述Timer定时模块利用所述周期性中断模拟延迟操作。

8.根据权利要求6所述的智能家居的开关控制方法，其特征在于，所述闪存存储模块的修改过程为所述闪存存储模块先进行开锁，将所述Modbus命令对应的所述波特率和所述智能家居地址写入到所述闪存存储模块中，写操作完成后所述闪存存储模块进行上锁。

9.根据权利要求6所述的智能家居的开关控制方法，其特征在于，在所述有线网关与所述智能家居进行通信前，所述按键响应模块、所述闪存存储模块、所述Modbus模块和所述命令匹配模块依次进行初始化。

10.根据权利要求7所述的智能家居的开关控制方法，其特征在于，所述Timer定时模块控制所述磁保持继电器的开启或关闭过程为，所述Timer定时模块初始化完成后，进入周期性中断，所述Timer定时模块接收到所述通用输入输出中断响应后，关闭所述周期性中断，判断并处理所述通用输入输出中断响应，在不同次所述通用输入输出中断响应中分别给所述磁保持继电器打上升沿脉冲或者下降沿脉冲，使得所述磁保持继电器开启或关闭，所述磁保持继电器开启或关闭完成后，所述Timer定时模块重新开启所述周期性中断。

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