CN116436716A - 一种基于2.4GHz频段的智能家居自组网无线通讯方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于2.4GHz频段的智能家居自组网无线通讯方法，属于智能家居无线组网技术领域。本发明包括主设备与从设备，主设备、从设备均设有无线射频芯片、MCU、UART接口单元以及电源，MCU通过无线射频芯片将用户数据根据相应命令请求发送无线网络，MCU通过UART接口单元与用户数据进行交互，同时MCU存储并处理用户数据与无线射频芯片接收的数据，本申请采用无线射频芯片将所有智能家居产品搭建起一个无线局域网，无需依靠外界网络与网关，根据实际需要，可以快速增加、删除产品品类，或者增加/删除产品功能，实现智能产品间单控、多控、单发、群发等功能，组网时操作简单便捷，自动化程度高。主从设备的作用可以进行互换，可由功能决定设备的主从关系。
Description
技术领域
本发明属于智能家居无线组网技术领域，尤其涉及一种基于2.4GHz频段的智能家居自组网无线通讯方法。
背景技术
目前，传统智能家居领域，主流通讯协议分别是WIFI通讯，Zigbee通讯或者是蓝牙通讯，但这些通讯协议均有局限性，Wi-Fi通讯只能适用于单品智能，对于整个智能家居系统而言，全部Wi-Fi是不现实的，一般路由器难以带动，对外部网络严重依赖，影响其体验效果；Zigbee通讯和蓝牙通讯，其底层协议已经打包封装，对于一些功能的扩展不够灵活，且设备从设备的功能实现及配置高度依赖于网关，而智能家居领域定制化的程度比较高，对于无网关无网络场景也有较高的需求。为此，提出一种基于2.4GHz频段的智能家居自组网无线通讯方法，解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于2.4GHz频段的智能家居自组网无线通讯方法，旨在解决所述背景技术中现有智能家居的通讯协议局限性、不够灵活难以扩展的问题。提供一种基于2.4GHz频段的智能家居自组网无线通讯方法，具备稳定性高、加密及扩展性高等特点，对外部网络依赖度低，实现智能产品间的互联互通。为实现所述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于2.4GHz频段的智能家居自组网无线通讯方法，包括主设备与从设备，主设备和从设备均设有无线射频芯片、MCU、UART接口单元以及电源，MCU通过无线射频芯片将用户数据根据相应命令请求发送无线网络。MCU通过UART接口单元与用户数据进行交互，同时MCU存储并处理用户数据与无线射频芯片接收的数据。同时制定了产品间的组网交互方式：主机通过长按10秒开关按键进入组网监听状态，从机通过快速单击4下开关按键完成组网命令发送，组网成功时主机会有指示灯开关显示。无线射频芯片将打包后的用户数据进行编码并适时发送到无线网络、将接收到的数据处理并存储。主机与从机的组网过程是无需依靠外界网络，也不需要网关就可以实现的。而且主设备与从设备仅作为描述时区分，在实际使用时，主从设备的作用可以进行互换，可由功能决定设备的主从关系。
从设备进行动作后，MCU通过无线射频芯片广播数据包，自动搜索已对码过的从设备，如握手成功，则从设备完成数据包内的相应命令的获取。
新设备组网时，具体包括以下步骤：
S1.主设备与从设备上电，主设备通过长按10秒开关按键进入可配对模式，从设备通过快速单击4下开关按键完成发送“请求组网”数据包；
S2.主设备通过无线射频芯片接收到“请求组网”数据包后通过MCU对数据包进行处理，将数据包的“命令”、“从设备代码”、“数据”解析出来预存储并发送“添加从设备”命令；
S3.从设备通过无线射频芯片接收到主设备的“添加从设备”数据包后通过MCU对数据包进行处理，若数据包内有“可配对”、“从设备代码”、“主设备代码”，则从设备入网成功，MCU存储“主设备代码”后并发出“确认成功入网”数据包；
S4.主设备通过无线射频芯片接收到“确认成功入网”数据包后通过MCU对数据包进行处理，将从设备编码并存储从设备编码信息。
利用无线射频芯片，所有智能家居产品能够搭建起一个无线局域网，它们之间的相互控制及状态同步不需要依靠外界网络，在智能生态发展过程中，可以根据实际需要，增加产品品类，或者增加/删除产品功能。
对前述方案的进一步描述，数据包包括‘长度’、‘版本’、‘命令’、‘类型’、‘数据’以及校验码，‘命令’包括查询、控制、广播、请求对码、确认成功，‘类型’为产品类型码，数据包括产品状态信息、产品通讯频段、产品ID。
进一步的，新设备组网时，多个从设备可与主设备配对，或者单个从设备与多个主设备配对，可实现多控一、一控多。
新设备组网时，主机通过长按10秒开关按键进入组网监听状态，从机通过快速单击4下开关按键完成组网命令发送，从设备发送“请求组网”数据包大于3次，以确保范围内的所有处于配对模式的主设备能够接收。组网成功时主机会有指示灯开关显示。主设备包括智能开关、智能网关、无线开关、遥控器、传感器等，所述从设备包括带有无线射频芯片的智能开关、调光驱动、窗帘电机、智能插座、灯具、门锁。主设备与从设备仅作为描述时区分，在实际使用时，主从设备的作用可以进行互换，可由功能决定设备的主从关系。
进一步的，主设备设有指示灯，并与MCU连接，指示灯用于指示设备的各种工作状态。
具体的，无线射频芯片型号为LT8910，LT8910一款低成本，高度集成的2.4GHZ无线收发器芯片，芯片上集成了发送器，接收器，频率合成器，GFSK调制解调器。发射器支持可调功率，接收器采用数字扩展通信机制，在复杂的环境和强干扰条件下，可以实现出色的收发器性能。电源包括电池、低压12-24V直流电源、110V-220V交流电源。
更优的是，主设备与从设备还包括wifi模块
信号放大模块，wifi模块、信号放大模块与MCU电性连接，信号放大模块可采用RFC2401C芯片，使得无线信号传输距离能够加大。还包括相应的网关与app，用户通过app可以单独控制主设备或用户通过app发送命令给到网关设备，再由网关设备通过无线射频芯片发送命令给到从设备进行通讯。同时也支持脱网设备控制，由主机进行本地的从机控制。
主设备与从设备的接收流程依次为：GFSK调制、NRZ、解密层对数据解密、协议栈转化为有效数据、接收缓冲区、数据有效性判断、事件队列任务、基本检测事件任务、软件协议处理任务、接收流程结束；发送流程依次为：软件协议处理任务、硬件控制处理任务、发送数据、发送缓冲区、队列发送数据、协议栈转化为有效数据、加密层对待发送数据加密、NRZ、GFSK调制、发送流程结束。
本申请主要采用无线射频芯片LT8910搭配相应的驱动MCU，只要智能产品带有LT8910的专有模组就能够相互通讯，包括智能产品的发送机制，接收机制及补偿机制，实现智能产品状态上报、无线控制从机、无线受控等，达到智能产品间单控、多控、单发、群发等功能。
与现有技术相比，本发明采用LT8910、MCU将所有智能家居产品搭建起一个无线局域网，它们之间的相互控制及状态同步不需要依靠外界网络，实现去中心化，根据实际需要，可以快速增加、删除产品品类，或者增加/删除产品功能。本申请的主设备、从设备通过LT8910、MCU实现智能产品间单控、多控、单发、群发等功能，同时网关产品可加入wifi模块与app，实现智能产品通过互联网与app进行互联。组网时操作简单便捷，组网方法自动化程度高，组网更简单、更轻松、更方便、更快捷。
附图说明
图1为本发明实施例提供的使用示意图；
图2为本发明实施例提供的发送流程示意图；
图3为本发明实施例提供的接收示意图；
图4为本发明实施例提供的通讯架构示意图；
图5为本发明实施例提供的主设备、从设备连接原理示意图；
图6为本发明实施例提供的使用场景示意图；
图7为本发明实施例提供的数据包示意图。
名词解释：
硬件场景：指存储于设备本身的场景命令设置，可由用户手动进行设置、删除等操作。可与同为Ez-Net协议的产品组成联动场景。无需网络和网关的参与，就可以执行相应操作。
场景主控设备：指被设置场景的硬件设备，一般为开关按键，也可以是传感器设备。三位开关面板可以设置三个不同场景。
场景被控设备：指被对码添加到场景主控设备中的设备，一般为开关按键、灯光模块、窗帘电机等。多个被控设备一起，可以组成一个用户需要的场景。单个被控设备可以被添加到多个不同的主控设备的场景中。
同向场景：指被控设备开关状态与主控设备开关状态一致，即当主控打开时，被控也全部打开；主控关闭时，被控也全都关闭。可用于设置全开/全关场景。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解得更加透彻全面。
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案做进一步详细地说明。
请参阅图1-7所示，本申请提供一种基于2.4GHz频段的智能家居自组网无线通讯方法，包括主设备与从设备，主设备和从设备均设有无线射频芯片、MCU、UART接口单元以及电源，如图5所示，用户接口包括按键、电机、灯具、继电器等，MCU通过无线射频芯片将用户数据根据相应命令请求发送无线网络。MCU通过UART接口单元与用户数据进行交互，同时MCU存储并处理用户数据与无线射频芯片接收的数据。无线射频芯片将打包后的用户数据进行编码并适时发送到无线网络、将接收到的数据处理并存储。
从进行动作后，MCU通过无线射频芯片广播数据包，自动搜索已对码过的主设备，如握手成功，则主设备完成数据包内的相应命令的获取。
新设备组网时，具体包括以下步骤：
S1.主设备与从设备上电，主设备通过长按10秒开关按键进入可配对模式，从设备通过快速单击4下开关按键完成发送“请求组网”数据包；
S2.主设备通过无线射频芯片接收到“请求组网”数据包后通过MCU对数据包进行处理，将数据包的“命令”、“从设备代码”、“数据”解析出来预存储并发送“添加从设备”命令；
S3.从设备通过无线射频芯片接收到主设备的“添加从设备”数据包后通过MCU对数据包进行处理，若数据包内有“可配对”、“从设备代码”、“主设备代码”，则从设备入网成功，MCU存储“主设备代码”后并发出“确认成功入网”数据包；
S4.主设备通过无线射频芯片接收到“确认成功入网”数据包后通过MCU对数据包进行处理，将从设备编码并存储从设备编码信息。
如图7所示，数据包包括‘长度’、‘版本’、‘命令’、‘类型’、‘数据’以及校验码，‘命令’包括查询、控制、广播、请求对码、确认成功等，‘类型’为产品类型码，数据包括产品状态信息、产品通讯频段、产品ID。一般来说，一个数据包大小为10-50byte，方便传输、存储。
新设备组网时，多个从设备可与主设备通过无线射频芯片无线连接，或者单个从设备与多个主设备配对，可实现多控一、一控多或者一对一。新设备组网时，主机通过长按10秒开关按键进入组网监听状态，从机通过快速单击4下开关按键完成组网命令发送
从设备发送“请求组网”数据包大于3次，以确保范围内的所有处于配对模式的主设备能够接收，组网成功时主机指示灯开关显示。主设备包括智能开关、智能网关、无线开关、遥控器、传感器等，所述从设备包括带有无线射频芯片的智能开关、调光驱动、窗帘电机、智能插座、灯具、门锁。主设备设有指示灯，并与MCU连接，指示灯用于指示设备的各种工作状态。
如图5所示，主设备与从设备还包括wifi模块、信号放大模块，wifi模块、信号放大模块与MCU电性连接。还包括相应的网关与app，用户通过app可以单独控制主设备或用户通过app发送命令给到网关设备，再由网关设备通过无线射频芯片发送命令给到从设备进行通讯。如图2、3所示，主设备与从设备的接收流程依次为：GFSK调制、NRZ、解密层对数据解密、协议栈转化为有效数据、接收缓冲区、数据有效性判断、事件队列任务、基本检测事件任务、软件协议处理任务、接收流程结束；发送流程依次为：软件协议处理任务、硬件控制处理任务、发送数据、发送缓冲区、队列发送数据、协议栈转化为有效数据、加密层对待发送数据加密、NRZ、GFSK调制、发送流程结束。
在实际使用过程中，采用型号为LT8910无线射频芯片，LT8910一款低成本，高度集成的2.4GHZ无线收发器芯片，芯片上集成了发送器，接收器，频率合成器，GFSK调制解调器。发射器支持可调功率，接收器采用数字扩展通信机制，在复杂的环境和强干扰条件下，可以实现出色的收发器性能。电源包括电池、低压12-24V直流电源、110V-220V交流电源，主、从设备均具备收发功能。如具备无线射频芯片的灯具，需要添加新开关时，先采用新开关长按10-15秒使开关亮灭并进入配置模式，同时灯具连续动作4次进入配置模式，灯具发送“请求组网”数据包，开关通过无线射频芯片接收到“请求组网”数据包后通过MCU对数据包进行处理，将数据包的“命令”、“从设备代码”、“数据”解析出来预存储并发送“添加从设备”命令；灯具通过无线射频芯片接收到开关的“添加从设备”数据包后通过MCU对数据包进行处理，若数据包内有“可配对”、“从设备代码”、“主设备代码”，则灯具组网成功，MCU存储“主设备代码”后并发出“确认成功入网”数据包；开关通过无线射频芯片接收到“确认成功入网”数据包后通过MCU对数据包进行处理，将灯具编码并存储从设备编码信息。若需要一个开关开启灯具、窗帘关闭、空调开启时，则重复上述步骤，对灯具、窗帘、空调设备进行依次添加，配对成功后，该开关可同时控制上述智能家电。
如图6所示，手机的app或NFC、指纹、密码打开门锁，门锁开启后将信号发送给从设备：灯、显示面板，此时灯开启，显示面板上显示门解锁；灯开启后时转变成主设备，发送信号到控制面板。开关1可以无线控制门锁的开关，开关2可以同时控制开关1、灯具、开关3，当按压开关3时，开关3将信号发送到开关1、开关3、灯，而开关1将信号发送到门锁，开关3将信号发送到窗帘电机。窗帘电机、灯可以将状态信息发送到显示面板，显示面板将信息上传到网关，用户可以通过手机app查看家里各设备的信息。
若主、从设备带有wifi模块，如图6所示，可以通过智能设备如手机对主、从设备进行控制，主、从设备与网关相互通讯，在手机app上可查看所有智能家居的工作状态。若从设备无wifi模块、主设备具备wifi模块，则手机app通过服务器与网关对接，网关通过wifi控制主设备，主设备通过无线射频芯片控制从设备。
在实际生活中，当主设备为开关面板时，有如下模式：
进入设置模式：长按开关键10-15秒，待面板灯闪烁，此时该键进入硬件场景设置模式(即场景键)。
同向场景设置：长按进入设置之后，默认进入同向场景模式。此时，在需要添加到场景里的设备上进行对码操作，对码成功，场景灯会闪烁提醒表示成功。添加完成之后，再按一次场景键，即可以保存场景。需要注意的是：被控开关按键，在2秒内按4下至6下，可发送对码信息给到场景键，被控开关键状态灯闪烁，则表示完成对码，可进行下一个开关键的添加。
定向场景设置：长按进入设置之后，再快速按按键2次，此时会切换到定向场景模式。在需要添加到场景里的设备上进行对码操作，定向场景以设备对码时的最后上报状态作为场景执行时的状态。
简单复控场景设置：长按进入设置之后，仅对入一个按键，添加完成之后，再按一次场景键，即可以生成简单复控场景。复控场景执行时，被控设备会将自身状态反向(即开变关，关变开)。然后主控设备会熄灭自身状态灯。
同步复控场景设置：该设置步骤较多，两个开关按键均需要设置才能同步状态。现在以A、B按键举例。首先长按A按键10-15秒进入设置模式，然后B键按4下(4到6下均可)添加到A键中，添加成功A键会有状态灯闪烁表示添加成功，然后再重复一次操作，B键按4下(4到6下均可)添加到A键中，添加成功A键会有状态灯闪烁表示添加成功，然后再按一次A键，即可保存A键场景。然后长按B按键10-15秒进入设置模式，然后A键按4下(4到6下均可)添加到B键中，添加成功B键会有状态灯闪烁表示添加成功，然后再重复一次操作，A键按4下(4到6下均可)添加到B键中，添加成功B键会有状态灯闪烁表示添加成功，然后再按一次B键，即可保存B键场景。
检查场景设置：在开关面板上快速按4下，即可判断该按键是否存在硬件场景。若存在，则按键状态灯会发生闪烁回应，若不存在，则按键状态灯无其他反应。
清除场景设置：长按进入设置之后，再次长按10-15秒，待面板灯闪烁，即可清除掉按键上原本设置的场景内容。确认是否删除成功，可以参考“检查场景设置”进行验证。
需要注意的是：进入场景设置之后，需要设置相应的场景内容。否则添加超时会使原本的按键灯状态显示异常。需要清除场景后，才恢复正常的显示。如果设置中途出错，则保存场景后，先把原有场景删除，再进行重新配置。
本申请主要采用无线射频芯片LT8910搭配相应的驱动MCU，只要智能产品带有LT8910就能够相互通讯，包括智能产品的发送机制，接收机制及补偿机制，实现智能产品状态上报、无线控制从机、无线受控等，达到智能产品间单控、多控、单发、群发等功能。采用LT8910、MCU将所有智能家居产品搭建起一个无线局域网，智能家居产品之间的相互控制及状态同步不需要依靠外界网络，实现去中心化，根据实际需要，可以快速增加、删除产品品类，或者增加/删除产品功能。本申请的主设备、从设备通过LT8910、MCU实现智能产品间单控、多控、单发、群发等功能，同时加入wifi模块与app，实现智能产品通过互联网与app进行互联。组网时操作简单便捷，组网方法自动化程度高，组网更简单、更轻松、更方便、更快捷。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (11)
1.一种基于2.4GHz频段的智能家居自组网无线通讯方法，包括主设备与从设备，其特征在于：所述主设备和从设备均设有无线射频芯片、MCU、UART接口单元以及电源，所述MCU通过无线射频芯片将用户数据根据相应命令请求发送无线网络；所述MCU通过UART接口单元与用户数据进行交互，同时MCU存储并处理用户数据与无线射频芯片接收的数据；所述无线射频芯片将打包后的用户数据进行编码并适时发送到无线网络、将接收到的数据处理并存储；
主设备进行动作后，MCU通过无线射频芯片广播数据包，自动搜索已对码过的从设备，如握手成功，则从设备完成数据包内的相应命令的获取；
新设备组网时，具体包括以下步骤：
S1.主设备与从设备上电，主设备通过长按10秒开关按键进入可配对模式，从设备通过快速单击4下开关按键完成发送“请求组网”数据包；
S2.主设备通过无线射频芯片接收到“请求组网”数据包后通过MCU对数据包进行处理，将数据包的“命令”、“从设备代码”、“数据”解析出来预存储并发送“添加从设备”命令；
S3.从设备通过无线射频芯片接收到主设备的“添加从设备”数据包后通过MCU对数据包进行处理，若数据包内有“可配对”、“从设备代码”、“主设备代码”，则从设备入网成功，MCU存储“主设备代码”后并发出“确认成功入网”数据包；
S4.主设备通过无线射频芯片接收到“确认成功入网”数据包后通过MCU对数据包进行处理，将从设备编码并存储从设备编码信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于2.4GHz频段的智能家居自组网无线通讯方法，其特征在于：所述数据包包括‘长度’、‘版本’、‘命令’、‘类型’、‘数据’以及校验码，所述‘命令’包括查询、控制、广播、请求对码、确认成功，所述‘类型’为产品类型码，所述数据包括产品状态信息、产品通讯频段、产品ID。
3.根据权利要求1所述的一种基于2.4GHz频段的智能家居自组网无线通讯方法，其特征在于：新设备组网时，多个从设备与主设备配对或单个从设备与多个主设备配对或单个从设备与单个主设备配对。
4.根据权利要求1所述的一种基于2.4GHz频段的智能家居自组网无线通讯方法，其特征在于：新设备组网时，从设备发送“请求组网”数据包大于3次，主机通过长按10秒开关按键进入组网监听状态，从机通过快速单击4下开关按键完成组网命令发送，组网成功时主机指示灯开关显示。
5.根据权利要求1所述的一种基于2.4GHz频段的智能家居自组网无线通讯方法，其特征在于：所述主设备包括智能开关、智能网关、无线开关、遥控器、传感器，所述从设备包括带有无线射频芯片的智能开关、调光驱动、窗帘电机、智能插座、灯具、门锁。
6.根据权利要求5所述的一种基于2.4GHz频段的智能家居自组网无线通讯方法，其特征在于：主从设备的作用可进行互换，由功能决定设备的主从关系。
7.根据权利要求5所述的一种基于2.4GHz频段的智能家居自组网无线通讯方法，其特征在于：所述主设备设有指示灯，并与MCU连接，指示灯用于指示设备的各种工作状态。
8.根据权利要求1～7任意一项所述的一种基于2.4GHz频段的智能家居自组网无线通讯方法，其特征在于：所述无线射频芯片型号为LT8910，所述电源包括电池、低压12-24V直流电源、110V-220V交流电源。
9.根据权利要求8所述的一种基于2.4GHz频段的智能家居自组网无线通讯方法，其特征在于：主设备与从设备还包括wifi模块、信号放大模块，所述wifi模块、信号放大模块与MCU电性连接。
10.根据权利要求9所述的一种基于2.4GHz频段的智能家居自组网无线通讯方法，其特征在于：还包括相应的网关与app，用户通过app可以单独控制主设备或用户通过app发送命令给到网关设备，再由网关设备通过无线射频芯片发送命令给到从设备进行通讯。
11.根据权利要求10所述的一种基于2.4GHz频段的智能家居自组网无线通讯方法，其特征在于：主设备与从设备的接收流程依次为：GFSK调制、NRZ、解密层对数据解密、协议栈转化为有效数据、接收缓冲区、数据有效性判断、事件队列任务、基本检测事件任务、软件协议处理任务、接收流程结束；发送流程依次为：软件协议处理任务、硬件控制处理任务、发送数据、发送缓冲区、队列发送数据、协议栈转化为有效数据、加密层对待发送数据加密、NRZ、GFSK调制、发送流程结束。
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| CN202310338635.1A Pending CN116436716A (zh) | 2023-03-31 | 2023-03-31 | 一种基于2.4GHz频段的智能家居自组网无线通讯方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116436716A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116938691A (zh) * | 2023-09-19 | 2023-10-24 | 钛玛科（北京）工业科技有限公司 | 一种设备系统网络中的主机搭建方法及系统 |
-
2023
- 2023-03-31 CN CN202310338635.1A patent/CN116436716A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116938691A (zh) * | 2023-09-19 | 2023-10-24 | 钛玛科（北京）工业科技有限公司 | 一种设备系统网络中的主机搭建方法及系统 |
| CN116938691B (zh) * | 2023-09-19 | 2023-12-26 | 钛玛科（北京）工业科技有限公司 | 一种设备系统网络中的主机搭建方法及系统 |
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