CN113759743A - 一种智能家居控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请适用于通信领域，提供了一种智能家居控制系统，智能家居控制系统包括控制设备和家居设备，控制设备包括第一单片机，家居设备包括第二单片机；第一单片机通过无线通信方式接收第一控制信号，将第一控制信号转换为电力线数据信号，将电力线数据信号通过电力线通信方式发送至第二单片机；第二单片机解析电力线数据信号，根据解析后的电力线数据信号控制负载执行对应的动作。由于电力线通信方式可以同时进行电流传输和信号传输，从而不用增加专用的通信线路以及无线芯片，即可实现对家居设备的控制，从而可以简化布线，减少芯片成本，进而降低系统成本。

Description

一种智能家居控制系统

技术领域

本申请属于通信领域，尤其涉及智能家居控制系统。

背景技术

随着智能家居技术的发展，智能家居得到越来越广泛的应用。现有的智能家居系统的通信方式一般采用总线通信的方式或者无线通信的方式。总线通信方式的抗干扰能力强，数据传输稳定，但是需要专用的通信线路，安装调试成本较高。无线通信方式的功耗较低、技术较简单，但是抗干扰能力差、控制设备以及每个家居设备均需要安装专用的无线芯片，进而导致成本也较高。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种智能家居控制系统，不用增加专用的通信线路以及无线芯片，即可实现对家居设备的控制，从而降低系统成本。

本申请实施例的提供了一种智能家居控制系统，包括：控制设备和家居设备，所述控制设备包括第一单片机，所述家居设备包括第二单片机；所述第一单片机用于通过无线通信方式接收第一控制信号，将所述第一控制信号转换为电力线数据信号，将所述电力线数据信号通过电力线通信方式发送至所述第二单片机；所述第二单片机用于解析所述电力线数据信号，根据解析后的电力线数据信号控制负载执行对应的动作。

在一种可能的实现方式中，所述控制设备还包括与所述第一单片机通信连接的过零检测模块，所述第一单片机还用于根据所述过零检测模块所检测的过零点对输出的所述电力线数据信号的功率进行调节。

在一种可能的实现方式中，所述控制设备还包括与所述第一单片机通信连接的输入模块，所述输入模块用于接收第二控制信号，将所述第二控制信号发送至所述第一单片机。

在一种可能的实现方式中，所述家居设备还包括整流电路、数据解耦电路以及负载驱动控制电路，所述数据解耦电路以及负载驱动控制电路均与所述第二单片机通信连接，所述整流电路与所述数据解耦电路通信连接；所述整流电路用于对接收的所述电力线数据信号进行整流，将整流后的电力线数据信号发送至所述数据解耦电路，所述数据解耦电路用于对所述整流后的电力线数据信号进行数据解耦，将数据解耦后的电力线数据信号发送至所述第二单片机；所述第二单片机用于将所述解析后的电力线数据信号发送至所述负载驱动控制电路，所述负载驱动电路用于根据所述解析后的电力线数据信号控制负载执行对应的动作。

在一种可能的实现方式中，所述第一单片机按照预设发送周期发送电力线数据信号，每个发送周期包括供电时段以及数据时段，所述数据时段用于发送所述电力线数据信号，所述供电时段的时长是电力信号的周期的3/4。

在一种可能的实现方式中，所述第一单片机还用于根据所述电力线数据信号生成电力线报文，将所述电力线报文发送至所述第二单片机。

在一种可能的实现方式中，所述第一单片机还用于在检测到待发送的电力线报文是需要快速响应的报文时，中止当前发送的电力线报文，并发送所述需要快速响应的报文。

在一种可能的实现方式中，所述第二单片机还用于在接收的电力线报文的长度大于预设长度时，解析已经接收的电力线报文，根据解析后的电力线报文控制负载执行对应的动作。

在一种可能的实现方式中，所述第二单片机还用于在接收的电力线报文的长度小于预设长度，或者接收到错误的电力线报文时，重新接收新的电力线报文。

在一种可能的实现方式中，所述第二单片机还用于在检测到电力线报文中的起始帧时，开始缓存所述电力线报文。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：智能家居控制系统包括控制设备和家居设备，控制设备包括第一单片机，家居设备包括第二单片机；第一单片机通过无线通信方式接收第一控制信号，将第一控制信号转换为电力线数据信号，将电力线数据信号通过电力线通信方式发送至第二单片机；第二单片机解析电力线数据信号，根据解析后的电力线数据信号控制负载执行对应的动作。由于电力线通信方式可以同时进行电流传输和信号传输，从而不用增加专用的通信线路以及无线芯片，即可实现对家居设备的控制，从而可以简化布线，减少芯片成本，进而降低系统成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本申请一实施例提供的智能家居控制系统的示意图；

图2是本申请实施例提供的控制设备的示意图；

图3是本申请实施例提供的家居设备的示意图；

图4是本申请实施例提供的电力线信号传输过程中一个发送周期的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

现有的智能家居系统的通信方式一般采用总线通信的方式或者无线通信的方式。总线通信方式的抗干扰能力强，数据传输稳定，但是需要专用的通信线路，安装调试成本较高。无线通信方式的功耗较低、技术较简单，但是抗干扰能力差、控制设备以及每个家居设备均需要安装专用的无线芯片，进而导致成本也较高。为此，本申请提供一种智能家居控制系统，包括控制设备和家居设备，控制设备通过无线通信方式接收第一控制信号，将第一控制信号转换为电力线数据信号，将电力线数据信号通过电力线通信方式发送至家居设备，以控制家居设备执行对应的动作，从而不用增加专用的通信线路以及无线芯片，即可实现对家居设备的控制，降低系统成本。

下面对本申请提供的智能家居控制系统进行示例性说明。

如图1所示，本申请一实施例提供的智能家居控制系统包括控制设备1和家居设备2，控制设备1和家居设备2通过电力线进行通信，电力线包括火线(L)和零线(N)。其中，控制设备1的数量为一个，家居设备2的数量为多个，一个控制设备1可以同时控制多个家居设备2。

如图2和图3所示，控制设备1包括第一单片机11，家居设备2包括第二单片机21；第一单片机11支持无线通信，用于通过无线通信方式接收第一控制信号，将第一控制信号转换为电力线数据信号，将电力线数据信号通过电力线通信方式发送至第二单片机21；第二单片机21用于解析电力线数据信号，根据解析后的电力线数据信号控制负载执行对应的动作。

其中，第一单片机11可以是蓝牙芯片NRF52832、Z-Wave芯片ZM5202、Zigbee芯片EFR32MG13等。第二单片机21的型号可以是STM32F103、HC32L103、PIC32MX320F032H等。

第一控制信号可以由终端发送，终端可以是手机、电脑、平板、智能穿戴设备等。终端与控制设备1无线连接，例如可以通过WIFI、5G、蓝牙、ZIGBEE、Z-WAVE等方式通信。在一实施例中，终端上可以安装应用程序，用户打开应用程序，可以查看各家居设备的状态，以及输入对指定家居设备的操作指令。终端根据用户输入的操作指令生成第一控制信号，并发送至控制设备，控制设备再根据第一控制信号，通过电力线通信的方式控制家居设备。家居设备可以是灯具、空调、冰箱、窗帘、加湿器、插座等。家居设备根据电力线载波信号可以实现灯具亮度的调节、空调温度的调节、冰箱温度的调节、窗帘的打开和关闭、加湿器湿度的调节等。

在一种可能的实现方式中，第一控制信号中包括家居设备的第一标识，第一单片机在获取第一控制信号后，首先检测与第一标识对应的家居设备是否与控制设备通信连接，若该家居设备与控制设备通信连接，则发送第一控制信号，若该家居设备未与控制设备通信连接，则向终端发送无效指令的提示信息，从而可以避免发送无效的指令，提高电力线电路的利用率。

上述实施例中，电力线通信方式可以同时进行电流传输和信号传输，从而不用增加专用的通信线路以及无线芯片，即可实现对家居设备的控制，从而可以简化布线，减少芯片成本，进而降低系统成本。而且采用有线通信的方式，可以在不增加其他通信模块的基础上解决频闪、掉电的问题，保证系统的稳定性。

如图2所示，在一种可能的实现方式中，控制设备1还包括一端与第一单片机11通信连接的过零检测模块12，过零检测模块12的另一端与火线连接。过零检测模块12用于检测过零点，第一单片机11用于根据过零点对第一单片机11输出的电力线数据信号的功率进行调节，从而可以对电力线数据信号的功率进行控制，提高系统稳定性。

在一种可能的实现方式中，控制设备1还包括与第一单片机11通信连接的输入模块13，输入模块13用于接收第二控制信号，将第二控制信号发送至第一单片机11，第一单片机11再将第二控制信号转换为电力线数据信号，将电力线数据信号通过电力线通信方式发送至第二单片机21，第二单片机21解析电力线数据信号，根据解析后的电力线数据信号控制负载执行对应的动作。其中，输入模块13可以是触摸屏或者按键等，第二控制信号可以由用户输入，从而使得用户可以通过直接操作控制设备1实现对家居设备2的控制。

在一种可能的实现方式中，控制设备1还包括电源模块14，电源模块14与第一单片机11、过零检测模块12、输入模块13以及电源模块14均通信连接，从而可以为各模块供电。

在一种可能的实现方式中，控制设备1还包括与第一单片机11通信连接的数据调制模块，数据调制模块用于对第一控制信号进行调制，将调制后的第一控制信号输入第一单片机11，从而可以得到抗干扰性能更好的第一控制信号。

如图3所示，在一种可能的实现方式中，家居设备2还包括整流电路22、数据解耦电路23以及负载驱动控制电路24，数据解耦电路23以及负载驱动控制电路24均与所述第二单片机21通信连接，整流电路22与数据解耦电路23通信连接；整流电路22用于对接收的电力线数据信号进行整流，将整流后的电力线数据信号发送至数据解耦电路23，数据解耦电路23用于对整流后的电力线数据信号进行数据解耦，将数据解耦后的电力线数据信号发送至第二单片机21。通过整流和数据解耦，可以提取电力线数据信号中的有用信号，减少干扰信号。第二单片机21用于将解析后的电力线数据信号发送至负载驱动控制电路24，负载驱动电路24用于根据解析后的电力线数据信号控制负载执行对应的动作。其中，整流电路22可以是整流桥。输入数据解耦电路23的电力线数据信号是正弦载波信号，数据解耦电路23用于对正弦载波信号进行解耦。

在一种可能的实现方式中，第二单片机21将解析后的电力线数据信号发送至负载驱动控制电路24后，获取负载驱动控制电路24的状态信息，根据负载驱动控制电路的状态信息确定负载状态，将负载状态发送至第一单片机11，第一单片机11再将负载状态发送至输入模块13或者与控制设备1通信的终端，从而使用户获取家居设备2对第一控制信号的响应信息。

在一种可能的实现方式中，第一单片机11按照预设发送周期发送电力线数据信号，每个发送周期包括供电时段以及数据时段，数据时段用于发送电力线数据信号，供电时段的时长是电力信号的周期的3/4，以保证信号传输的稳定性。在一实施例中，如图4所示，图中横坐标表示时间t，纵坐标表示电压，一个发送周期的时长为正弦波的半个波的时长，在正弦波经过零点时开始计时，在经过时长tp后进入数据时段，即开始发送电力线数据信号，在正弦波下一次经过零点时数据时段结束。tp的时长是电力信号的周期的3/4。

在一实施例中，每个发送周期传输一个比特的数据，也即一个数据时段传输一个比特的数据。

在一种可能的实现方式中，第一单片机11还用于根据电力线数据信号生成电力线报文，将电力线报文发送至第二单片机21。第二单片机21用于解析电力线报文，得到电力线数据信号，以控制家居设备的亮度、色温、色彩、场景、地址分配等，从而提高电力线电路的利用率。其中，电力线报文由第一单片机11按照预设编码方式编码得到，第二单片机采用与编码方式对应的解码方式解码电力线报文，得到电力线数据信号。

在一实施例中，电力线报文是采用纠错机制进行编码后的报文，从而使接收报文的家居设备可以及时恢复出丢失的报文信息，提高通信效率。例如，每个电力线报文中包括奇偶校验码或者冗余校验码等，第二单片机21根据奇偶校验码或者冗余校验码可以对接收的电力线报文进行纠错，得到正确的电力线报文。

在一种可能的实现方式中，每个电力线报文包括多个帧，一个帧可以包括一个比特的数据，每个发送周期发送一帧数据。在一实施例中，电力线报文包括起始帧、数据帧和结束帧。所有数据帧中的数据的排列顺序可以是从最高有效位开始，重要性依次减弱，也可以是从最低有效位开始，重要性依次增加。第二单片机21接收到电力线报文后，用于根据起始帧确定电力线报文开始传输，根据结束帧确定电力线报文结束传输，起始帧和结束帧的数量可以是根据需求任意设定，例如可以是4个。

在一实施例中，电力线报文还包括位于起始帧与数据帧之间的地址帧，从而使得第一单片机11将电力线报文发送至与地址帧对应的家居设备，也即发送至与地址帧对应的第二单片机21，使得一个控制设备可以控制多个家居设备。

在一种可能的实现方式中，第二单片机21还用于在检测到电力线报文中的起始帧时，开始缓存电力线报文，在检测到电力线报文中的最后一个结束帧时，解析电力线报文，以提高家居设备的响应速度。

在一种可能的实现方式中，预先设定电力线报文的长度，电力线报文的长度即为电力线报文中的帧的数量。第二单片机21在接收到电力线报文后，若接收的电力线报文的长度大于预设长度，则解析已经接收的电力线报文。若解析成功，根据解析后的电力线报文控制负载执行对应的动作，从而提高家居设备的响应速度。若解析失败，则重新接收新的电力线报文。

在一实施例中，在接收到电力线报文的起始帧后，开始对接收的电路线报文中的帧计数，在根据计数结果确定接收到的电力线报文的长度大于预设长度时，不管是否接收到结束帧，均对已经接收的电力线报文进行解析。

在一实施例中，若在未接收到结束帧时，对已经接收的电力线报文进行解析，则在解析结束后，继续接收电力线报文，在检测到电力线报文的结束帧时，对未解析的电力线报文进行解析，若解析正确，则根据解析结果控制负载执行对应的动作，若解析失败，则重新接收新的电力线报文。

在一种可能的实现方式中，第二单片机21还用于在接收的电力线报文的长度小于预设长度，或者接收到错误的电力线报文时，重新接收新的电力线报文，从而可以保证家居设备根据用户操作做出正确的响应。例如，在接收到电力线报文的起始帧后，开始对接收的电路线报文中的帧计数，在接收到结束帧时，检测到电力线报文的长度小于预设长度时，则忽略已经接收的电力线报文，重新接收新的电力线报文。又例如，在接收到电力线报文后，解析出错，则重新接收新的电力线报文。

在一种可能的实现方式中，第一单片机在发送电力线报文之前，首先检测待发送的电力线报文是否是需要快速响应的报文。若检测到待发送的电力线报文是需要快速响应的报文，中止当前发送的电力线报文，并发送需要快速响应的报文。在完成需要快速响应的报文的发送后，重新发送中止的报文，从而可以提高智能家居系统的响应速度。其中，电力线报文包括命令码，命令码中包括报文类型，第一单片机根据报文类型确定电力线报文是否是需要快速响应的报文。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能家居控制系统，其特征在于，包括：控制设备和家居设备，所述控制设备包括第一单片机，所述家居设备包括第二单片机；所述第一单片机用于通过无线通信方式接收第一控制信号，将所述第一控制信号转换为电力线数据信号，将所述电力线数据信号通过电力线通信方式发送至所述第二单片机；所述第二单片机用于解析所述电力线数据信号，根据解析后的电力线数据信号控制负载执行对应的动作。

2.根据权利要求1所述的智能家居控制系统，其特征在于，所述控制设备还包括与所述第一单片机通信连接的过零检测模块，所述第一单片机还用于根据所述过零检测模块所检测的过零点对输出的所述电力线数据信号的功率进行调节。

3.根据权利要求2所述的智能家居控制系统，其特征在于，所述控制设备还包括与所述第一单片机通信连接的输入模块，所述输入模块用于接收第二控制信号，将所述第二控制信号发送至所述第一单片机。

4.根据权利要求1所述的智能家居控制系统，其特征在于，所述家居设备还包括整流电路、数据解耦电路以及负载驱动控制电路，所述数据解耦电路以及负载驱动控制电路均与所述第二单片机通信连接，所述整流电路与所述数据解耦电路通信连接；所述整流电路用于对接收的所述电力线数据信号进行整流，将整流后的电力线数据信号发送至所述数据解耦电路，所述数据解耦电路用于对所述整流后的电力线数据信号进行数据解耦，将数据解耦后的电力线数据信号发送至所述第二单片机；所述第二单片机用于将所述解析后的电力线数据信号发送至所述负载驱动控制电路，所述负载驱动电路用于根据所述解析后的电力线数据信号控制负载执行对应的动作。

5.根据权利要求1所述的智能家居控制系统，其特征在于，所述第一单片机按照预设发送周期发送电力线数据信号，每个发送周期包括供电时段以及数据时段，所述数据时段用于发送所述电力线数据信号，所述供电时段的时长是电力信号的周期的3/4。

6.根据权利要求1所述的智能家居控制系统，其特征在于，所述第一单片机还用于根据所述电力线数据信号生成电力线报文，将所述电力线报文发送至所述第二单片机。

7.根据权利要求6所述的智能家居控制系统，其特征在于，所述第一单片机还用于在检测到待发送的电力线报文是需要快速响应的报文时，中止当前发送的电力线报文，并发送所述需要快速响应的报文。

8.根据权利要求6所述的智能家居控制系统，其特征在于，所述第二单片机还用于在接收的电力线报文的长度大于预设长度时，解析已经接收的电力线报文，根据解析后的电力线报文控制负载执行对应的动作。

9.根据权利要求6所述的智能家居控制系统，其特征在于，所述第二单片机还用于在接收的电力线报文的长度小于预设长度，或者接收到错误的电力线报文时，重新接收新的电力线报文。

10.根据权利要求6所述的智能家居控制系统，其特征在于，所述第二单片机还用于在检测到电力线报文中的起始帧时，开始缓存所述电力线报文。

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