CN1829182A

CN1829182A - 基于蓝牙红外的无线智能家居系统

Info

Publication number: CN1829182A
Application number: CNA2006100134340A
Authority: CN
Inventors: 冯志勇; 李国强; 陈立峰
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2006-04-04
Filing date: 2006-04-04
Publication date: 2006-09-06

Abstract

一种基于蓝牙红外的无线智能家居系统。该系统包括：控制中心，蓝牙适配器，中继控制层，N个红外家电设备以及M个不具有红外遥控的家电设备。本发明基于蓝牙技术，无线控制。整体无线的设计便于系统的部署，不需要在用户家中重新布线，给用户带来很大的便利。本发明利用蓝牙的传输距离远、不需正对、可以多个蓝牙设备接力的优点，使用户在家中的任意位置可以对任意家居设备进行控制；通过蓝牙与控制中心通讯实现统一控制和管理。本系统以一台普通pc为控制中心，用户也可使用自己原有的pc机改装，本发明除去控制中心整套家居系统的成本较低，仅2000元左右，具有一定的普及和推广价值。

Description

基于蓝牙红外的无线智能家居系统

【技术领域】：本发明涉及一种智能控制系统，特别是一种基于蓝牙红外的无线智能家居系统。主要用于现代化家庭中对家中各种设备的智能控制和智能协作。

【背景技术】：“智能家居”(Smart Home)，又称智能住宅。通俗地说，它利用先进的计算机、嵌入式系统和网络通讯技术，将家中的各种设备(如照明系统、环境控制、安防系统、网络家电)通过家庭网络连接到一起。一方面，智能家居将让用户有更方便的手段来管理家庭设备，比如，通过无线遥控器、电话、互联网或者语音识别控制家用设备，更可以执行场景操作，使多个设备形成联动；另一方面，智能家居内的各种设备相互间可以通讯，不需要用户指挥也能根据不同的状态互动运行，从而给用户带来最大程度的高效、便利、舒适与安全。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间；还由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交互功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。

近几年，中国的智能家居正在迅猛的发展。计算机技术、网络通信技术、智能传感技术、微电子技术的成熟和发展为智能家居的发展创造了良好的前提条件和基础。

实现智能家居的方案中，大致有以下几类：1、家居设备间使用有线通讯，需要另外布线，部署复杂。2、使用红外控制，红外有很大的局限性，传输距离短，发送信号时需要正对。3、使用802.11无线局域网，传输距离有较大提高，但编程实现较复杂，而且相关芯片较贵。

【发明内容】：本发明的目的是解决现有技术存在的上述不足，提供一种基于蓝牙红外的无线智能家居系统，以便将家中的照明控制、家居安防、电器控制、环境控制等家居设备结合为一体，由控制中心统一控制并实现智能协作。

本发明提供的基于蓝牙红外的无线智能家居系统，包括：

——控制中心，以pc机为基础，通过蓝牙适配器实现对家居设备的控制和监测；

——蓝牙适配器，与控制中心双向连接，通过蓝牙适配器对中继控制层进行控制，进而与家居设备进行交互；

——中继控制层，包括M个开关强度量控制器，通过蓝牙通讯协议与蓝牙适配器进行信号传送，用于对不具有红外遥控设备的开关量和/或强度量进行调节、控制；N个蓝牙红外中继器，接收蓝牙适配器发送的控制信号，用于对具有红外遥控的设备进行控制；其中，M、N为大于1的自然数；

——蓝牙遥控器，用于将遥控器的控制请求信号发送到蓝牙适配器，经由控制中心对控制请求信号进行分析后，再分别将控制命令发送到相应的红外遥控设备；

——N个受控于蓝牙红外中继器的红外家电设备；

——M个受控于开关强度量控制器的不具有红外遥控的家电设备。

蓝牙红外中继器主要由3部分组成：蓝牙模块，用于接收控制中心发送的蓝牙信号，并通过串口将信号传送到51单片机；51单片机，用于对蓝牙信号进行判断处理，然后再通过串口发送到红外发送模块；红外发送模块，用于将串口发送的数据转换为红外信号后，通过红外灯发送到相应的红外家电设备。

开关强度量控制器同样由3部分组成：蓝牙模块、51单片机、继电器或可控硅；蓝牙模块，用于接收控制中心发送的蓝牙信号，并通过串口将信号传送到51单片机；51单片机，用于对接收到的信号进行分析，确定是对那一个开关量或强度量进行调整，然后对相应管脚发送控制电平或控制脉冲；继电器，用于接受51单片机发送的控制电平，实现对开关量的控制，和可控硅，用于接受51单片机的控制脉冲，实现对强度量的控制。

控制中心还可以与外部连接Internet(互联网)、有线电视网、PSTN(公共交换电话网)；互联网用于用户远程控制，以及用户在控制中心上网使用；有线电视网用于用户在控制中心收看电视，并可在控制中心进行视频编辑；公共交换电话网使用户通过有线电话对智能家居进行控制。

本发明的优点和积极效果：1、本发明是一种基于蓝牙红外的无线智能家居控制系统，无线控制是本发明的一大特点。2、整体无线的设计即便于系统的部署，不需要在用户家中重新布线，便于产品的推广；同时无线的设计也给用户带来很大的便利。3、本发明采用的蓝牙红外中继器实现了红外家居设备的统一管理，同时利用蓝牙的传输距离远、不需正对、可以多个蓝牙设备接力的优点，使用户在家中的任意位置可以对任意红外设备进行控制；开关强度量控制器的主要作用是将家中不具有红外遥控的家电设备的电源开关和灯的亮度控制等抽象为开关量或强度量进行控制，一个控制器可控制10-20个开关量或强度量，通过蓝牙与控制中心通讯实现统一控制和管理。4、本系统以一台普通pc为控制中心，用户也可使用自己原有的pc机安装本系统的软件，控制中心要求有网卡和蓝牙适配器，网卡连接Internet，使用户可以在控制中心上网，并对网上远程控制提供支持。蓝牙适配器连接电脑的USB口，通过蓝牙适配器控制中心实现对家居其他设备的控制和监测。该控制中心还可以安装电视卡，电视卡连接有线电视，用户可以在控制中心收看电视，还可以对电视节目录制再加工等。这样，控制中心实际上不仅仅完成了家居的控制作用，而且也成为用户的娱乐中心。5、本发明除去控制中心(控制中心可由用户家中已有的pc机代替)整套家居系统的成本较低，仅2000元左右，具有一定的普及和推广价值。

【附图说明】：

图1是智能家居控制系统原理图；

图2是控制中心硬件结构图；

图3是蓝牙红外中继器控制原理图；

图4是开关强度量控制原理图；

图5是开关强度量控制器软件流程；

图6是蓝牙红外中继器软件流程；

图7是开关强度量控制器电路图；

图8是蓝牙红外中继器电路图；

图9是数据库表结构。

【具体实施方式】：

实施例1

如图1所示，整个智能家居控制系统的原理图，原理图中将用户家中的设备分为两种：

1.具有红外遥控的设备。比如：电视，dvd机，空调等。这些设备的控制较复杂，使用红外学习模块，实现这些设备的统一接口，再由蓝牙红外中继器进行控制。

2.不具有红外遥控的设备。比如：电灯，排风扇，暖气等。对这些设备的控制为开关量和强度调节，比如灯的开关和灯亮度的调节。由开关强度量控制器进行控制。

——控制中心，是在pc的基础上添加了需要的附件，结构如附图2。控制中心与外部的连接有Internet、有线电视网、PSTN(公共交换电话网)。Internet用于用户远程控制，以及用户在控制中心上网等使用。有线电视网用于用户在控制中心收看电视，并可在控制中心进行视频编辑。PSTN使用户可以通过有线电话对智能家居进行控制。控制中心使用蓝牙适配器通过蓝牙通讯协议与其他设备进行交互。

——信号输入单元，包括蓝牙遥控器。蓝牙遥控器内部含有蓝牙模块和51单片机，单片机将遥控器的控制信号转换为串口信号后由蓝牙模块发送出去，由控制中心的蓝牙适配器接收到，控制中心对控制信号进行分析后，再分别将控制命令发送到指定的家居设备上。由于加强型蓝牙模块的发射距离可以达到100m，使用户可以在家里的任何位置使用蓝牙遥控器。

——中继控制层，即驱动输出单元，包括N个蓝牙红外中继器和M个开关强度量控制器，其中，M、N为大于1的自然数。蓝牙红外中继器用于原来具有红外遥控的设备的控制，比如：电视、dvd机、空调等。开关强度量控制器主要用于不具有红外遥控的设备，比如：吊灯、窗帘等。这两部分构成系统原理图中的中继控制层。

使用开关强度量控制器进行控制的原理图如附图4。开关强度量的主要作用是将家中的设备的电源开关和灯的亮度控制等抽象为开关量和强度量的控制。通过开关强度量控制器统一控制和管理。该单元主要由3部分组成：蓝牙模块、51单片机、继电器和可控硅。蓝牙模块接收控制中心发送的蓝牙信号，并通过串口将信号传送到51单片机。51单片机对接收到的信号进行分析，确定是对那一个开关量或强度量进行调整，然后对相应管脚发送控制电平或控制脉冲。继电器可以实现对开关量的控制，可控硅可以实现对强度的控制。根据需求的不同，有两种开关强度量控制器可以选择，小型开关强度量控制器可以提供7个开关量，3个强度量的控制，用于卧室、厨房、餐厅等电器较少的地方；大型开关强度量可以提供14个开关量，6个强度量的控制，主要用于主客厅或其他电器较多的场合。

使用蓝牙红外中继器进行红外控制的原理图如附图3。蓝牙红外中继器的主要作用是将蓝牙通讯的蓝牙信号转换为控制家居的红外信号。他的好处有两个，一个是实现了红外家居设备的统一管理；另一个是克服了红外信号传输距离短、必须与接收端正对等缺点。该单元主要由3部分组成：蓝牙模块、51单片机、红外发送模块。蓝牙模块接收控制中心发送的蓝牙信号，并通过串口将信号传送到51单片机。51单片机进行判断处理后再通过串口发送到红外发送模块，红外发送模块将串口数据转换为红外信号后通过红外灯发送。

实施例2

如图1和图2所示本系统以一台普通pc为控制中心，用户也可使用自己原有的pc机安装本系统的软件。控制中心要求有电视卡、网卡和蓝牙适配器。网卡连接Internet，使用户可以在控制中心上网，并对网上远程控制提供支持。电视卡连接有线电视，用户可以在控制中心收看电视，还可以对电视节目录制再加工等。蓝牙适配器连接电脑的USB口，通过蓝牙适配器控制中心实现对家居其他设备的控制和监测。这样，控制中心实际上不仅仅完成了家居的控制作用，而且也成为用户的娱乐中心。

在系统建立初期，用户通过运行系统初始化程序，完成基本数据的生成和存储，包括：蓝牙网络的结构及设备信息、红外信号以及对应的功能，建立被控制对象与控制信号的对应关系，学习记忆所有红外信号，最终完成控制中心对整个蓝牙红外网络的构建。

系统使用access数据库存储网络结构信息。数据库中的表结构如附图9。红外信号表存储红外学习模块学习到红外数据。data字段用于记录红外数据，通常遥控信号的二进制脉冲码长为32位，每位由一个高电平与一个低电平组成，应保存的信号宽度数据为64个，再加上引导码2个数据，共计66个数据，每个数据用一个字节来表示。一个遥控信号命令需要66个字节来保存。考虑到不同的遥控系统有区别，有些遥控信号命令较长，所以存储空间应留有适当余量，定为100位。Info字段中记录的是对所记录红外信号的描述，用于区分不同的红外信号。

蓝牙开关强度量控制器信息表用于记录蓝牙开关强度量控制器的相关信息。其中number字段代表蓝牙控制器编号，共有4位，前2位代表控制器的编号，后2位代表该控制器中对用的具体控制量的编号，大型蓝牙开关强度量控制器最多可控制20个开关或强度量，因此2位足够使用。DB_ADDR字段代表蓝牙设备地址，记录的是蓝牙设备的识别信息，用来区分各个控制器。Info字段中存储的是控制器名称及简单的功能描述。

蓝牙红外中继器信息表用于记录蓝牙红外中继器的相关信息。其表结构与蓝牙开关强度量控制器信息表类似，请参考附图9。

数据库信息表构建的过程包括：使用红外学习模块学习家中设备的红外遥控器，并将每个红外信号对应的功能添加到数据库中。初始化寻找蓝牙设备，将每个蓝牙开关强度量控制器所对应控制的设备的编号、蓝牙设备地址和简单描述存入数据库，将每个蓝牙红外中继器的蓝牙设备地址和描述存入数据库。

数据库信息表构建完成后，控制中心就有了整个蓝牙红外网络的所有信息，完成了被控制对象与控制信号之间的对应，用户在控制中心可查看网络中所有设备的信息，同时也能对设备进行远程控制。

下面结合附图5，6，7，8详细介绍一下开关强度量控制器和红外蓝牙中继器，这是本发明的两块核心部分。

开关强度量控制器电路图如附图7。以AT89S51为中心，AT89S51的RXD、TXD连接蓝牙模块ROK101008的TXD、RXD管脚，用于串口通讯。ROK101008的VCC连接电源，ANT连接天线。AT89S51的P0.0-P0.7和P1.0-P1.7可任选用来控制开关量和强度量，XT1和XT2外接晶震。开关量的控制使用继电器SSR，用电设备连接到SSR的两个控制管脚上。强度量的控制使用可控硅，P1.1连接可控硅的控制管脚，通过发射不同频率的脉冲实现对用电设备的强度控制。如果某种用电设备要同时控制开关量和强度量，只需要串连两种控制电路就可实现。

开关强度量控制器的流程图如附图5所示。加电后，51单片机先初始化蓝牙模块，然后蓝牙模块进入循环监听状态，等待控制中心的控制信号。蓝牙模块接收到控制中心的信号后，通过串口发送到51单片机，51单片机首先对数据进行校验。如果错误则不作处理，如果正确则分析数据，获得被控制对象和控制量。然后向对应的继电器或可控硅发送控制信号，完成一次控制。

红外发送模块使用IR232BC。IR232BC信号转串口兼遥控接收模块是一种能将IRDA红外信号与串口信号进行转换的通讯模块，并能进行遥控解码。其能解码的遥控编码方式为：NEC\PHILIPS格式，能自动对两种编码方式进行区分识别。其解码后数据均以9600bps送出。使用时将此模块与51单片机的串口相连接，另外此模块还需连接晶体振荡器(频率为3.6864M)和电源(电压为4.5V-5.5V)

蓝牙红外中继器的电路图如附图8。以AT89S51为中心。AT89S51的RXD连接一个74151的输出口，74151的输入口分别连接ROK101008的TXD和RS232BC的SO；AT89S51的TXD连接一个74138的输入口，74138的输出口分别连接ROK101008的RXD和RS232BC的SI。用AT89S51的P2.0，P2.1，P2.2控制74151和74138的多路选择，实现AT89S51与两个串口设备的通讯。ROK101008的VCC连接电源，ANT连接天线。AT89S51与IR232BC的XT1和XT2分别外接一个晶震。IR232BC的IRO用于红外信号输出，连接红外发光二极管，红外发光二极管的另一端接5V电压。

蓝牙红外中继器的软件流程图如附图6所示。加电后，51单片机先初始化蓝牙模块和红外发送模块，然后蓝牙模块进入循环监听状态，等待控制中心的控制信号。蓝牙模块接收到控制中心的信号后，通过串口发送到51单片机，51单片机首先对数据进行校验。如果错误则不作处理，如果正确则提取其中的数据，转换成红外模块可识别的信号。然后通过串口发送到红外发送模块，红外发送模块通过红外发光二极管发送红外线。完成一次控制。

实施例3

下面再结合一个用户实例描述一下整个系统的运行流程。用户晚上在客厅看电视，突然想到厨房的灯没有关，在本系统中用户不需要起身自己去关灯，只需要按下蓝牙遥控器的关闭厨房灯的按钮。此时控制中心的监控程序一直处于监听状态，监听到蓝牙遥控器发送的信号后，首先解析信号数据，获得用户的命令为关闭厨房的灯，然后监控程序查找数据库，确认厨房灯的编号为0102，前2位01代表厨房中的开关强度量控制器的编号，后2位02代表灯的开关位于该控制器的第二个控制量。同时从数据库中搜索到控制器对应的蓝牙设备地址，然后将控制命令发送到指定的控制器上。控制器中的单片机加电后也一直处于监听模式，控制器中的蓝牙模块收到信号后通过串口将数据传送给单片机，单片机首先对信号进行校验和解析，解析得知要调整第二个开关量到关闭状态。将P0.1置为低电平，控制继电器关闭，完成厨房灯的关闭。

Claims

1、一种基于蓝牙红外的无线智能家居系统，其特征是该系统包括：

——N个受控于蓝牙红外中继器的红外家电设备；

2、根据权利要求1所述的智能家居系统，其特征是蓝牙红外中继器主要由3部分组成：蓝牙模块，用于接收控制中心发送的蓝牙信号，并通过串口将信号传送到51单片机；51单片机，用于对蓝牙信号进行判断处理，然后再通过串口发送到红外发送模块；红外发送模块，用于将串口发送的数据转换为红外信号后，通过红外灯发送到相应的红外家电设备。

3、根据权利要求1所述的智能家居系统，其特征是开关强度量控制器主要由3部分组成：蓝牙模块、51单片机、继电器或可控硅；蓝牙模块，用于接收控制中心发送的蓝牙信号，并通过串口将信号传送到51单片机；51单片机，用于对接收到的信号进行分析，确定是对那一个开关量或强度量进行调整，然后对相应管脚发送控制电平或控制脉冲；继电器，用于接受51单片机发送的控制电平，实现对开关量的控制，和可控硅，用于接受51单片机发送的控制脉冲，实现对强度量的控制。

4、根据权利要求1或2或3所述的智能家居系统，其特征是控制中心与外部连接互联网、有线电视网、公共交换电话网；互联网用于用户远程控制，以及用户在控制中心上网使用；有线电视网用于用户在控制中心收看电视，并可在控制中心进行视频编辑；公共交换电话网使用户通过有线电话对智能家居进控制。