CN117750242B - 一种低功耗数字楼宇对讲系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数字楼宇对讲技术领域，具体为一种低功耗数字楼宇对讲系统及其控制方法，其包括室内机、室外机、低功耗处理模块和仲裁控制模块；室内机用于与室外机或其他室内机进行对讲通信；低功耗处理模块用于通过接口与室内机互联，并转发室内机的通信数据，低功耗处理模块的工作状态为常供电；仲裁控制模块用于通过低功耗处理模块对室内机进行控制，并统计系统内设备供电的负载情况，根据负载情况仲裁室内机是否能够供电；室外机用于通过低功耗处理模块与室内机进行对讲通信。通过本发明不仅可以解决楼宇系统设备资源浪费的问题，还可以解决室内机启动及通信链接建立速度较慢的问题。

Description

一种低功耗数字楼宇对讲系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及数字楼宇对讲技术领域，具体涉及一种低功耗数字楼宇对讲系统及其控制方法。

背景技术

楼宇对讲系统的特点是使用频次很低，绝大部分时间处于待机状态，但是要求能够二十四小时随时响应呼叫。一台室内机待机功耗大约3瓦。一栋120户的楼栋里楼宇对讲设备的功耗大约400瓦，算上线路损耗实际功耗需求在500瓦左右，而且楼宇对讲系统中常用的低压直流集中供电电源很难支持这个功耗需求，并且这个待机功耗浪费资源。

现有技术采用每台室内机单独供电，解决集中供电电源不足的问题，但是楼宇对讲系统设备功耗一直存在，资源浪费问题没有解决。另外一个办法是采用远程唤醒技术，平常室内机断电，需要呼叫对讲时将目标室内机唤醒进行通话。这个办法解决了资源浪费问题，但是室内机启动及建立通信链接的速度比较慢。用户在室外机发起呼叫时要等待一段时间室内机才响应，用户体验比较差。另外楼宇对讲设备的启动缺乏统一管理，可能存在多台室内机同时监视门口机的场景，楼宇对讲系统功耗超过集中供电电源最大负载值导致系统崩溃。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种低功耗数字楼宇对讲系统及其控制方法，通过本发明不仅可以解决楼宇系统设备资源浪费的问题，还可以解决室内机启动及通信链接建立速度较慢的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种低功耗数字楼宇对讲系统，包括室内机、室外机、低功耗处理模块和仲裁控制模块；

所述室内机用于与所述室外机或其他室内机进行对讲通信；

所述低功耗处理模块用于通过接口与所述室内机互联，并转发室内机的通信数据，所述低功耗处理模块的工作状态为常供电；

所述仲裁控制模块用于通过所述低功耗处理模块对所述室内机进行控制，并统计系统内设备供电的负载情况，根据所述负载情况仲裁所述室内机是否能够供电；

所述室外机用于通过所述低功耗处理模块与所述室内机进行对讲通信。

作为优选，所述对讲系统还包括集中供电电源，所述集中供电电源与室内机、室外机、仲裁控制模块和低功耗处理模块电性连接。

作为优选，所述低功耗处理模块与室内机的开关键电性连接，所述室内机的开关键的默认状态为关闭。

作为优选，所述室外机、低功耗处理模块和仲裁控制模块通过有线通信方式联网，所述有线通信方式包括RJ45、PLC、CAN和PHY。

作为优选，所述室内机与低功耗处理模块互联的接口包括SPI、SDIO和GPIO。

作为优选，所述低功耗处理模块采用C51，ARM或RISC-V芯片。

一种低功耗数字楼宇对讲系统控制方法，所述控制方法应用于上述的低功耗数字楼宇对讲系统，所述控制方法包括以下步骤：

步骤S1:集中供电电源通过有线对室内机、室外机、低功耗处理模块和仲裁控制模块进行供电，启动所述低功耗数字楼宇对讲系统；

步骤S2:在对讲系统的运行过程中，低功耗模块和室外机定时向仲裁控制模块发送室内机的供电状态；

步骤S3:仲裁控制模块统计系统内设备供电的负载情况，并且根据所述负载情况仲裁所述室内机是否能够供电。

作为优选，步骤S3的根据所述负载情况仲裁所述室内机是否能够供电之后，还包括：

由所述低功耗模块向所述仲裁控制模块申请供电，若供电申请被允许则由所述低功耗处理模块打开所述室内机的开关键，启动所述室内机；

若所述供电申请被拒绝，则不启动所述室内机。

1.本发明公开一种低功耗数字楼宇对讲系统，在本系统中默认室内机供电为关闭状态，集中供电只供给几台室外机、一个仲裁控制模块和多个低功耗处理模块。由于数量最多的低功耗处理模块待机功耗极低，因此整系统功耗能够控制在十几瓦范围内，集中供电电源能够支持，相对更加节能环保。并且对讲系统中增加室内机数量时只是增加了室内机搭配的低功耗处理模块的功耗，基本不影响整系统功耗水平。

2.本发明公开一种低功耗数字楼宇对讲系统，因为低功耗处理模块处于常供电状态，当室内机启动后就能立即通过低功耗处理模块与外部设备进行通信，不存在再建立通信连接的时间，能加快对讲呼叫时室内机的响应速度。

3.本发明公开一种低功耗数字楼宇对讲系统控制方法，通过仲裁控制模块管理系统内设备供电，确保系统供电负载在电源允许范围内，保障对讲系统稳定可靠使用。

附图说明

图1为本发明实施例的低功耗数字楼宇对讲系统控制框图；

图2为本发明实施例的低功耗数字楼宇对讲系统的流程图；

图3为本发明实施例的低功耗数字楼宇对讲系统的模块组成图。

附图标号说明：1.室内机；2.室外机；3.低功耗处理模块；4.仲裁控制模块。

具体实施方式

请参阅图1-图3所示，本发明关于一种低功率节能数字楼宇对讲系统及其控制方法。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种低功耗数字楼宇对讲系统，包括室内机1、室外机2、低功耗处理模块3和仲裁控制模块4；

所述室内机1用于与所述室外机2或其他室内机1进行对讲通信；

所述低功耗处理模块3用于通过接口与所述室内机1互联，并转发室内机1的通信数据，所述低功耗处理模块3的工作状态为常供电；

所述仲裁控制模块4用于通过所述低功耗处理模块3对所述室内机1进行控制，并统计系统内设备供电的负载情况，根据所述负载情况仲裁所述室内机1是否能够供电；

所述室外机2用于通过所述低功耗处理模块3与所述室内机1进行对讲通信。

在楼宇对讲系统中，仲裁控制模块4还可以用于处理系统中的请求冲突，当多个用户同时发出请求时，这时就需要仲裁控制模块4进行裁决，决定哪个请求应该优先处理，此外仲裁控制模块4还负责监控对讲系统的运行状态，如果发现有故障或异常情况，会及时采取相应的措施进行处理，来保证系统的稳定性和可靠性。对讲通信可以传输音频，视频和/或其它数据。

所述对讲系统还包括集中供电电源，所述集中供电电源与室内机、室外机、仲裁控制模块和低功耗处理模块电性连接。

集中供电电源采用UPS(Uninterruptible Power System Technology)电源，即不间断供电电源，所述对讲系统采用的电压为15V，采用UPS电源具有以下优点：

1.不间断供电:UPS电源可以在主电源断电时提供不间断的电力供应，保证供电的连续性，避免设备因断电而停机或数据丢失。

2.稳定输出:UPS电源具有稳压、稳频的功能，可以在主电源电压波动或频率变化时稳定输出，保证连接设备的正常运行。

3.瞬间切换:UPS电源在主电源故障发生时可以实现瞬间切换，从而确保设备不受电源切换的影响，保持连续稳定的供电状态。

4.滤波功能:UPS电源具有良好的滤波功能，可以减少电网中的电压浪涌、波动和干扰，保证设备接收到干净的电源。

5.长时间备用:UPS电源一般内置储能装置，如电池组，可以在主电源故障时提供长时间的备用电力供应，保证设备持续运行。

6.可远程监控和管理:一些UPS电源支持远程监控和管理，可以通过网络远程监控设备的状态和电力参数，并进行远程控制和管理。

所述室内机1的开关键默认状态为关闭，所述低功耗处理模块3的工作状态为常供电，并且通过有线，wifi或BLE等方式与其它系统通信。正常工作状态下的能耗一般低于0.5瓦，低功耗处理模块3在待机模式下的能耗一般低于2毫瓦。因此整个系统的功耗能够控制在十几瓦范围内，集中供电电源能够支持整个系统的功耗，相对更加节能环保。另外，对讲系统中增加室内机1数量时只是增加了室内机1搭配的低功耗处理模块3的功耗，基本不影响整个系统的功耗水平。另外由于低功耗处理模块3处于常供电状态，一直通过有线、wifi和/或BLE等方式与外部设备连接。

BLE(Bluetooth Low Energy，低功耗蓝牙)相较于传统蓝牙技术，其成本和功耗更低，而且在工作时是瞬间连接，蓝牙4.0版本仅需要3ms即可完成，几乎是瞬间连接。蓝牙4.0的有效传输距离可以达到60m-100m，极大开拓了蓝牙技术的应用前景。

室外机2、仲裁控制模块4和低功耗处理模块3通过有线通信方式联网，其中有线通信方式包括RJ45、PLC、CAN和PHY。

RJ45接口的优点包括：

高速传输，RJ45接口可以支持高速数据传输，适用于大量数据传输和高速网络连接。

易于使用，RJ45接口的插拔式设计使得用户可以轻松连接和断开设备。

兼容性好，RJ45接口是一种标准化的接口类型，几乎所有的网络设备都支持RJ45接口。

本发明关于一种低功率节能数字楼宇对讲系统，每一个对讲单元均设有有线通信网口，使得每一个对讲单元之间可以通过有线通信接口连接。从而，住户与住户之间、住户与楼宇门禁之间、住户与地下停车场之间以及楼宇门禁与地下停车场之间均能通过对讲单元互相通信，将楼宇对讲系统做到智能化、全方位化。

CAN(Control ler Area Network，控制器局域网总线)通信程序是一种高效的实时通信协议，它采用串行通信方式，具有高速、可靠和抗干扰的特点，可以实现多节点之间的数据交换和控制。

1.CAN总线数据传输速度快，在四十米的范围内，CAN总线的波特率数值能够达到1Mbps；

2.CAN总线数据传输的距离远，最远能够达到十千米。

3.抗外界干扰能力强，由于采用差分电压信号进行数据传输，CAN总线的抗干扰能力相较于一般的工业总线有了质的飞跃，即使某一个节点设备出现问题，这个节点也会主动切断和总线之间的连接，而不会继续发送错误数据造成整条总线的崩溃。

室内机1与低功耗处理模块3互联的接口包括SPI、SDIO和GPIO。

SPI的优点在于它有着比I2C(Inter-Integrated Circuit，两线式串行总线)更高的吞吐量，不被最大时钟速度所限制，可实现潜在的高速、极为简单的硬件接口，外围电路使用的上拉电阻是比I2C协议更少的，这意味着它具有比I2C的功耗更低、从机的时钟来源来自主机设备，无需新增精密振荡器、从机不需要唯一的地址、相对于并行接口而言，使用的引脚数目大大减少等优点。

GPIO接口提供了灵活性和可扩展性，它可以连接不同类型的外部设备和传感器。通过配置GPIO引脚的输入和输出模式，处理器可以根据需要连接和控制不同的外设，从而满足各种应用需求。

低成本和低功耗，与其他专用接口相比，GPIO接口具有低成本和低功耗的优势。它不需要额外的硬件电路，仅通过处理器的引脚和寄存器的读写操作就可以实现数据传输和控制。

易于使用和开发，GPIO接口的使用和开发相对简单，处理器提供了相应的寄存器和编程接口，可以直接对GPIO进行配置和控制。开发人员可以通过编写简单的代码来实现GPIO的功能，从而快速开发和调试嵌入式系统。

采用SDIO接口能更方便扩展设备，同时也可以减少设备之间的连接线，使设备更加紧凑，此外SDIO还具有高速数据传输、低功耗、易于使用和可靠性高的优点，它可以支持多种数据传输协议，如SPI、UART和I2C等，同时还可以支持DMA(Direct Memory Access)传输，提高数据传输效率，此外，SDIO接口还具有安全性能，可以通过密码保护和加密等方式保护数据的安全性。

低功耗处理模块3采用C51，ARM或RISC-V芯片，低功耗处理模块3通过RJ45、PLC、CAN和PHY等有线联网，ARM处理器具有以下特点：

1、体积小、低功耗、低成本、高性能；

2、支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；

3、大量使用寄存器，指令执行速度更快；

4、大多数数据操作都在寄存器中完成；

5、寻址方式灵活简单，执行效率高；

6、指令长度固定。

一种低功耗数字楼宇对讲系统控制方法，所述控制方法应用于上述的对讲系统，所述控制方法包括以下步骤：

步骤S1:集中供电电源对室内机1、室外机2、低功耗处理模块3和仲裁控制模块4进行供电，启动所述低功耗数字楼宇对讲系统；

步骤S2:在对讲系统的运行过程中，低功耗模块3和室外机2定时向仲裁控制模块4发送室内机1的供电状态；

步骤S3:仲裁控制模块4统计系统内设备供电的负载情况，并且根据所述负载情况仲裁所述室内机1是否能够供电。

步骤S3的根据所述负载情况仲裁所述室内机是否能够供电之后，还包括：

由所述低功耗模块向所述仲裁控制模块4申请供电，若供电申请被允许则由所述低功耗处理模块3打开所述室内机1的开关键，启动所述室内机1；

若所述供电申请被拒绝，则不启动所述室内机1。

一般情况下，室内机1断电不耗电，工作状态时先通过低功耗处理模块3先仲裁控制模块4申请，被允许后才启动室内机1，该系统在增加室内机1时整个系统功耗只是稍微增加，并且保证整个系统功耗在允许范围内。

通过仲裁控制模块4管理系统内设备供电，确保系统供电负载在电源允许范围内，保障系统稳定可靠使用。

本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处，而提供一种低功耗数字楼宇对讲系统，该系统能够保证楼宇对讲设备二十四小时随时响应呼叫的情况下降低系统功耗。实现数字楼宇对讲系统集中供电，并且增加室内机1数量基本不影响整个系统的功耗水平。

在发明所述的对讲系统中默认室内机1供电关闭，集中供电只供给几台室外机2、一个仲裁控制模块4和多个低功耗处理模块3。由于数量最多的低功耗处理模块3的待机功耗极低，因此整系统功耗能够控制在十几瓦范围内，集中供电电源能够支持，相对更加节能环保。并且对讲系统中增加室内机1数量时只是增加了室内机1搭配的低功耗处理模块3的功耗，基本不影响整系统功耗水平。另外由于低功耗处理模块3处于常供电状态，一直保持有线、wifi和BLE等与外部设备的连接。当室内机1启动后就能立即通过低功耗处理模块3与外部设备进行通信，不存在再建立通信链接的时间，能加快对讲呼叫时室内机1的响应速度。

实施例2

作为优选，实施例1所述的低功耗处理模块3除了可以使用ARM芯片外，还可以使用Riscv低功耗芯片，Riscv低功耗芯片具有以下特点：

低成本：RISC-V采用了精简指令集，指令数量少、结构简单，能减少芯片的制造成本，以此降低整个产业链的成本。这使得芯片设计者能够更加灵活地进行设计，降低生产成本，提高市场竞争力。

定制化：RISC-V的指令集能够根据不同的应用领域进行区别化设计，而符合应用需求的芯片可以更好地满足市场的特点和需求。这使得芯片设计者能够更好地满足市场的需求，提升市场占有率。

可扩展性：RISC-V的指令集可以进行扩展和定制，可以满足不同应用场景的需求，也能够针对新兴技术进行更新和升级。为芯片产业提供了更多的发展机会和潜力，同时也使得芯片设计者能够更好地应对不断变化的市场需求。

实施例3

作为优选，实施例1所述的室内机1还可以采用RTOS或Linux等支持快速启动的系统。

实时操作系统(Real Time Operating System，简称RTOS)是指当外界事件或数据产生时，能够接受并以足够快的速度予以处理，其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统做出快速响应，调度一切可利用的资源完成实时任务，并控制所有实时任务协调一致运行的操作系统。提供及时响应和高可靠性是其主要特点。

以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种低功耗数字楼宇对讲系统，其特征在于，包括室内机、室外机、低功耗处理模块和仲裁控制模块；

所述室内机用于与所述室外机或其他室内机进行对讲通信；

所述低功耗处理模块用于通过接口与所述室内机互联，并转发室内机的通信数据，所述低功耗处理模块的工作状态为常供电；

所述仲裁控制模块用于通过所述低功耗处理模块对所述室内机进行控制，并统计系统内设备供电的负载情况，根据所述负载情况仲裁所述室内机是否能够供电；

所述室外机用于通过所述低功耗处理模块与所述室内机进行对讲通信。

2.根据权利要求1所述的低功耗数字楼宇对讲系统，其特征在于，所述对讲系统还包括集中供电电源，所述集中供电电源与室内机、室外机、仲裁控制模块和低功耗处理模块电性连接。

3.根据权利要求1所述的低功耗数字楼宇对讲系统，其特征在于，所述低功耗处理模块与室内机的开关键电性连接，所述室内机的开关键的默认状态为关闭。

4.根据权利要求1所述的低功耗数字楼宇对讲系统，其特征在于，所述室外机、低功耗处理模块和仲裁控制模块通过有线通信方式联网，所述有线通信方式包括RJ45、PLC、CAN和PHY。

5.根据权利要求1所述的低功耗数字楼宇对讲系统，其特征在于，所述室内机与低功耗处理模块互联的接口包括SPI、SDIO和GPIO。

6.根据权利要求1所述的低功耗数字楼宇对讲系统，其特征在于，所述低功耗处理模块采用C51，ARM或RISC-V芯片。

7.一种低功耗数字楼宇对讲系统控制方法，其特征在于，所述控制方法应用于权利要求1-6任一项所述的低功耗数字楼宇对讲系统，所述控制方法包括以下步骤：

步骤S1:集中供电电源对室内机、室外机、低功耗处理模块和仲裁控制模块进行供电，启动所述低功耗数字楼宇对讲系统；

步骤S2:在对讲系统的运行过程中，低功耗模块和室外机定时向仲裁控制模块发送室内机的供电状态；

步骤S3:仲裁控制模块统计系统内设备供电的负载情况，并且根据所述负载情况仲裁所述室内机是否能够供电。

8.根据权利要求7所述的低功耗数字楼宇对讲系统控制方法，其特征在于，步骤S3的根据所述负载情况仲裁所述室内机是否能够供电之后，还包括：

由所述低功耗模块向所述仲裁控制模块申请供电，若供电申请被允许则由所述低功耗处理模块打开所述室内机的开关键，启动所述室内机；

若所述供电申请被拒绝，则不启动所述室内机。