CN201994954U

CN201994954U - 基于嵌入式技术与无线技术的智能家居装置

Info

Publication number: CN201994954U
Application number: CN2011200447657U
Authority: CN
Inventors: 戚本志
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2021-02-23

Abstract

基于嵌入式技术与无线技术的智能家居装置。世界上第一幢智能建筑1984年在美国出现后，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居方案。在智能家居发展过程中，美国一直处于领先水平。一种基于嵌入式技术与无线技术的智能家居装置，其组成包括:中央控制器（1），所述的中央控制器连接家庭通信网络单元（2）、家庭安全防范单元(3)、家庭自动化单元（4）、家庭文化单元(5)，所述的终端数据采集单元包括传感器，所述的传感器连接调理电路，所述的调理电路连接模数转换电路，所述的模数转换电路连接计算机接口。本实用新型用于无线控制的智能家居。

Description

基于嵌入式技术与无线技术的智能家居装置

技术领域

本实用新型涉及一种智能家居领域，具体涉及一种基于嵌入式技术与无线技术的智能家居装置。

背景技术

世界上第一幢智能建筑1984年在美国出现后，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居方案。在智能家居发展过程中，美国一直处于领先水平。1994年，国家科委立项资助，由建设部批准深圳澎柏房地产有限公司开发的“创世纪滨海花园小区”列为国家重点科技攻关项目：1995年《2000年小康型城乡住宅产业工程》的“智能化住宅小区试点工程”正式启动。1997年，建设部组织有关单位制定了《全国住宅小区智能化系统示范工程建设要点与技术导则》(试行稿)，对住宅小区设计规定了基本要求。现在，在上海、北京、大连、成都等城市，已先后建成不同规模、不同标准的智能化住宅小区。

国内智能家居产品的研发从上世纪九十年代后期才起步，起步较晚，在整体水平上参差不齐，软件功能较差，升级能力差，系统也不易维护。当前的智能家居产品大都基于有线通信技术，系统成本高，设计周期长，维护不方便，较难适应当前的发展形势，基于无线通信技术的智能家居系统目前还处于试验阶段。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种基于嵌入式技术、短距离无线通信和GSM技术的低成本、符合我国普通居民家庭都能承受的智能家居装置。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

基于嵌入式技术与无线技术的智能家居装置，其组成包括: 中央控制器，所述的中央控制器连接家庭通信网络单元、家庭安全防范单元、家庭自动化单元和家庭文化单元，所述的终端数据采集单元包括传感器，所述的传感器连接调理电路，所述的调理电路连接模数转换电路，所述的模数转换电路连接计算机接口。

所述的基于嵌入式技术与无线技术的智能家居装置，所述的中央控制器包括数据采集主控制器，所述的数据采集主控制器连接全球移动通讯系统GSM，所述的全球移动通讯系统GSM连接手机短消息器GSMSMS，所述的手机短消息器GSMSMS连接手机，所述的数据采集主控制器连接一组终端数据采集单元。

所述的基于嵌入式技术与无线技术的智能家居装置，所述的家庭通信网络单元包括电话线、有限线缆、电力线和无线通信；所述的家庭自动化单元包括家用遥控器、照明器和远程抄表器；所述的家庭安全防范单元包括温度检测器、防盗报警器、室内外视频监视器和火灾跑水煤气报警器。

有益效果：

1.本实用新型对现今存在的问题作出了改进，重点在于降低智能家居构建成本，使智能化家居逐步走入普通居民的家庭。

本实用新型是新兴的朝阳行业，在未来会有飞速的发展，结合我国国情，从经济、实用、技术发展、功能等方面都适宜。

本实用新型由数据采集器、终端节点、GSM模块等部分组成，数据采集器通过GSM模块与用户的手机进行通信，通过无线发射收发模块与终端节点进行通信、控制命令传输和信息反馈。本系统选择单片机作控制器，数据处理能力较强，设备运转可靠和成本降低，使智能家居系统进入平常百姓家。

附图说明：

附图1是本实用新型的结构示意图。

附图2是本产品的总体结构图。

附图3是本产品的数据采集单元电路连接图。

附图4是本产品的数据采集器模块电路原理图。

附图5是本产品的无线通信模块电路原理图。

附图6是本产品的防盗数据采集电路。

附图7是是本产品的火灾、烟雾数据采集电路。

附图8是是本产品的漏、跑水数据采集电路。

附图9是是本产品的家电远程控制电路。

附图10是本产品的直流转换器MAX1676电路图。

附图11是本产品的模数A/D转换器TLC0831与单片机的接口电路图。

根据电子线路制图规定，相同标号的线路之间具有连接关系。

具体实施方式：

实施例1：

一种基于嵌入式技术与无线技术的智能家居装置，其组成包括: 中央控制器1，所述的中央控制器1连接的家庭通信网络单元2、家庭安全防范单元3、家庭自动化单元4和家庭文化单元5。所述的终端数据采集单元10包括传感器11，所述的传感器11连接调理电路12，所述的调理电路12连接模数转换电路13，所述的模数转换电路13连接计算机接口14。连接关系如附图所示。

实施例2：

实施例1所述的基于嵌入式技术与无线技术的智能家居装置，所述的中央控制器包括数据采集主控制器6，所述的数据采集主控制器6连接全球移动通讯系统GSM7，所述的全球移动通讯系统GSM7连接手机短消息器GSMSMS8，所述的手机短消息器GSMSMS连接手机9，所述的数据采集主控制器6连接一组终端数据采集单元10。连接关系如附图所示。

实施例3：

实施例1述的基于嵌入式技术与无线技术的智能家居装置，所述的家庭通信网络单元包括电话线、有限线缆、电力线和无线通信；所述的家庭自动化单元包括家用遥控器、照明器和远程抄表器；所述的家庭安全防范单元包括温度检测器、防盗报警器、室内外视频监视器和火灾跑水煤气报警器，所述的家庭文化单元包括网上医疗、网上信息、网上教育和网上娱乐的端口按钮。

实施例4：

以上所述的基于嵌入式技术与无线技术的智能家居装置，工作过程中，首先由数据采集器里的主机采集传感器数据，判断是否发生异常情况，如果发生异常情况，则通过GSM模块向用户发送相应的报警信息。如果数据采集器无异常情况，则数据采集器里的主机通过无线模块按顺序向各终端节点发送数据采集命令，终端节点进行数据采集，将采集结果发送回数据采集器里的主机，数据采集器里的主机判断终端节点是否发生异常，并进行相应处理。此外，用户还可通过手机发送短信息进行访问系统，当用户接收到报警信息时，可以根据报警的种类向数据采集器里的主机发送短信息，对各被控量实现远程控制，数据采集器里的主机提取短信息并译码后进行相应的操作。

终端节点控制器需要完成两个方面的工作，一方面它通过I/O接口读取外部设备的状态信息，另一方面它通过无线接口响应上层控制器发送的查询请求，回送当前状态信息。其主控制芯片使用爱特梅尔Atmel公司的节能型51系列AT89S51，工作电压为5V。设计上使用单片机内部串口连接nRF401通信模块，P1.0至P1.2依次作为nRF401的控制端片选输入端CS、PWR_UP和TXEN。

实施例5：

以上所述的基于嵌入式技术与无线技术的智能家居装置，所述的产品中可以包括磁控防盗报警；火警、烟警、跑水、气体泄漏报警；远程控制各类家用电器通断；一键急救；水表、煤气表、电表抄送功能；GSM远程报警等外接传感器和硬件设备。本系统硬件主要由数据采集器与终端节点两大部分组成。系统数据采集器由处理能力较强、硬件资源较为丰富的高级单片机Winbond公司的W77E58、GSM模块、无线传输模块等组成。终端节点由单片机AT89S51、终端数据采集单元电路、家用电器控制电路、无线传输模块等组成。

单片机：W77E58内含两个增强型串口和32KB大容量Flash存储器，自带看门狗。指令集与51系列单片机完全兼容，非常适合在智能化监控系统中使用。W77E58的管脚定义和函数设置都和8052兼容，并提供4个8位的I/O口，3个16位的计数器以及全双工的串口和中断源。W77E58最高工作频率可达40MHz，完成一条指令最快只需要4个机器周期，这使得在使用同样的晶振条件下比标准8052处理器有着更高的处理速度。W77E58的静态CMOS设计使得它能够工作在更低的晶振频率，更加节省能源。此外，W77E58片内含32KB的E2PROM，为设计者提供了更大的片内程序存储器空间。W77E58共提供了12个内外部中断，两级优先级，可以适应更多的需求。

本系统中，主要利用了W77E58的双串口的特点，将各个终端采集到的数据汇总到数据采集器的主机。

单片机：AT89S51是一个通用的低功率，高速8位CMOS单片机，其功能函数和管脚定义都和工业标准的8051兼容。作为标准的51系列单片机，AT89S51提供了4KB的E2PROM，128KB片内RAM，32个I/O口，看门狗时钟电路，两个数据指针，2个16位的计数器，5个中断源，2个优先级和一个全双工的UART串口。

无线传输模块nRF401：本系统中的无线通信部分，主要通信模块使用的是挪威Nordic公司推出的nRF401无线通信芯片。该芯片使用了433MHzISM频段，是真正的单片UHF(UltraHighFrequence)无线收发一体芯片，它在一个20引脚的芯片中集成了高频发射、高频接收、PLL(PhaseLockedLogic)合成、FSK调制、FSK解调、多频道切换等诸多功能，具有性能优异、功耗低、使用方便等特点。不同于其他的RF单片芯片，nRF401通过单片机串口直接与MCU通信，而无需对数据进行曼彻斯特编码，这使得nRF401的外围元件很少，只包括一个基准晶振和几个无源器件，没有调试部件，给研制和生产都带来了极大的方便。

模块利用手机短消息系统进行数据传输，是目前各种利用电台作无线数据传输的理想替代产品。GSMSMS模块可广泛用于遥控、遥测、工业数据采集、防盗报警、交通运输监控管理、广告信息发布等场合。由于GSMSMS模块不受地域限制，将其应用于GSM系统是非常理想的设计方案。另外，GSMSMS模块使用方便，可以直接跟单片机的UART口相接，并且生产商可以提供详细的GSMSMS模块通信协议及相关调试软件，只要根据协议操作即可。

实施例6：

以上所述的基于嵌入式技术与无线技术的智能家居装置，在数据采集器模块中使用W77E58作为主机控制芯片；终端节点的控制器使用AT89S51 ，nRF401通信电路作为一个独立的模块单独制板，通过插针与控制器相连。数据采集器模块中使用W77E58的P1.2~P1.6作为nRF401控制与数据信号通过双排针与nRF401模块相连，P1.7作为总报警器电路控制端。终端节点控制器需要完成两个方面的工作，一方面它通过I/O接口读取外部设备的状态信息，另一方面它通过无线接口响应上层控制器发送的查询请求，回送当前状态信息。其主控制芯片使用Atmel公司的节能型51系列AT89S51，工作电压为5V。设计上使用单片机内部串口连接nRF401通信模块，P1.0至P1.2依次作为nRF401的控制端CS、PWR_UP和TXEN。外部信号接口共有5个，分别为Lpause，Wpause，Ppause、INT1和INT0，通过光电耦合器件TLPS21连接单片机的P1.5、P1.6、P1.7、INT1和INT0引脚。此外，为了保存采集到的部分数据和设置，单片机系统中还使用了串行E2PROM保存数据，该芯片使用SPI (Serial Peripheral Interface）总线，单片机的P1.3和P1.4分别作为时钟控制端SCL和数据传送端SDA。数据采集器的设计：本系统中，主要是利用了W77E58双串口的特点，其中串口0与GSMSMS相连，串口1则负责连接nRF401通信模块，使用无线通信与各个无线终端节点通信。

Claims

1.一种基于嵌入式技术与无线技术的智能家居装置，其组成包括: 中央控制器，其特征是: 所述的中央控制器连接家庭通信网络单元、家庭安全防范单元、家庭自动化单元和家庭文化单元，所述的终端数据采集单元包括传感器，所述的传感器连接调理电路，所述的调理电路连接模数转换电路，所述的模数转换电路连接计算机接口。

2.根据权利要求1所述的基于嵌入式技术与无线技术的智能家居装置，其特征是: 所述的中央控制器包括数据采集主控制器，所述的数据采集主控制器连接全球移动通讯系统GSM，所述的全球移动通讯系统GSM连接手机短消息器GSMSMS，所述的手机短消息器GSMSMS连接手机，所述的数据采集主控制器连接一组终端数据采集单元。

3.根据权利要求1或2所述的基于嵌入式技术与无线技术的智能家居装置，其特征是: 所述的家庭通信网络单元包括电话线、有限线缆、电力线和无线通信；所述的家庭自动化单元包括家用遥控器、照明器和远程抄表器；所述的家庭安全防范单元包括温度检测器、防盗报警器、室内外视频监视器和火灾跑水煤气报警器。