CN202166887U - 基于物联网的分布式控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于物联网的分布式控制系统，包括中央控制单元（1）、输入单元（2）和终端控制单元（3），输入单元（2）和终端控制单元（3）相连，终端控制单元（3）包括多个用于控制受控终端设备的终端控制模块（30），终端控制模块（30）分别与中央控制单元（1）相连。本实用新型能够实现智能家居生活各方面的功能控制，具有设备管理方便可靠、使用简单方便、实施成本低的优点。

Description

基于物联网的分布式控制系统

技术领域

本实用新型涉及物联网控制领域，具体涉及一种可适用于智能家居、智能城市、工业控制等工程建设中的物联网控制系统。

背景技术

物联网是新一代信息技术的重要组成部分。物联网的英文名称叫“The Internet of things”。顾名思义，物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。 

随着电子信息和计算机的兴起，各种芯片厂家（因特尔，飞利浦，西门子）都纷纷制定了自己的应用总线标准，如早期的II2总线，PCI总线等。但功能和应用都是基于各个厂家的应用需要而设计的，总线的控制速度和广度，还有灵活性都有一定的局限性，随着时代的发展，各种总线不能被同时兼容的缺陷越发明显。

随着电子信息和计算机制兴起，智能家居生活逐渐代替古老生活方式并成为主流。各种生活电器也都趋于智能控制，利用中控进行控制。如智能灯光调节系统，智能安防系统，智能视听系统等等，这些系统可归称为物联网控制。在这些系统中，直接控制底层设备如灯光，门窗，摄像头等的终端控制系统称作分布式系统。

当前市场上，也出现了各种分布式系统，如智能调光系统，智能灯光系统，智能视听系统，智能窗帘系统，智能安防系统，但都只是针对单一类型设备进行控制，如果要进行一套全方位的，即包括从灯光到安防到视听的智能家居生活。则需要汇集各个分布式系统，但这些不同的分布式系统来自不同产家，所实现的方式也五花八门，所用的与中控连接的总线标准也不统一，这样的话，不但价格高昴，也造成了资源的浪费，而且各个中控也需要一个总控制中心来控制各个系统的正常运行。

现有的物联网基本上采用总线控制方式，但是，由于各个终端控制设备的产家不同，所以采用的总线标准也不同，一旦将各个设备联合起来进行统一控制，则面临总线标准不一样，各个协议不兼容的现象。当然这有解决的方法，一些常用的总线之间市场上流通各种转接模块，如USB和串口RS232的转接模块，USB和CAN总线的转接模块，RS232和RS485的转接模块等等，但一些总线之间市场上还没有通用的转接头，如CAN和RS485，CAN和以太网等等，这些在市场上流通的转接模块可以在两种不同的总线之间进行转接，但对于智能家居生活所控制的终端控制设备，有两个方面要突破，第一是大量性，各种终端控制设备数量众多；第二是多样性，各个终端控制设备来自各个产家，所应用总线标准都有不同；。如果这些设备都采用转接模块来进行转接之后，再进行统一控制。一个是转接头多，占用空间和影响接线美观；二个是成本高，一个转接头的成本并不算高，但数量多，由此产生的成本就高；三个是传输安全稳定性得不到保证，单个转接头通信误码率也许很低，但经过一系列的转接之后，难免发生丢包现象，从面对整个控制系统产生较大的负面影响。

随着社会的发展，智能生活成为一种必然，现今市场上流行的分布式系统，大多数只针对单一设备，如智能调光系统，智能安防系统，智能门窗系统。每一单一系统都需要一个中控，要做一套完整的智能系统，包括灯光、门窗、安防、视听。则需要多个系统，必然造成资源的大量浪费和各种设备之间的冲撞。随着社会的进步和生活水平的提高，人民对于生活的要求越来越高，对智能家居生活的要求越来越高。而市场上流通的各种调光、智能开关、终端控制设备价格高昂，一些普通的家庭消费不起，也严重制约了智能家居市场的发展。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种可实现智能家居生活的各方面控制、设备管理方便可靠、使用简单方便、实施成本低的基于物联网的分布式控制系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种基于物联网的分布式控制系统，包括中央控制单元、输入单元和终端控制单元，所述输入单元和终端控制单元相连，所述终端控制单元包括多个用于控制受控终端设备的终端控制模块，所述终端控制模块分别通过总线与中央控制单元相连。

作为本实用新型的进一步改进：

所述终端控制模块包括用于将来自中央控制单元的控制指令和对受控终端设备的操作进行关联的控制命令配置模块，所述中央控制单元包括用于更新所述控制指令和对受控终端设备操作之间的关联关系的命令更新模块，所述命令更新模块和控制命令配置模块相连。

所述中央控制单元包括用于存储控制命令的情景模式存储单元和用于将情景模式存储单元所存储控制命令输出至终端控制模块的情景模式初始模块。

所述中央控制单元包括用于实时管理所述终端控制模块工作状态的终端设备监测组件和用于接收所述输入单元的命令并向终端控制模块输出控制指令的指令分析处理组件。

所述终端控制模块包括用于对接收的控制命令进行校验的控制命令校验模块。

所述输入单元为相互连接的嵌墙式触摸屏和触控模块，触控模块与终端控制单元相连。

本实用新型具有下述优点：

1、本实用新型的终端控制单元包括多个用于控制受控终端设备的终端控制模块，终端控制模块分别通过总线与中央控制单元相连，进而实现终端控制模块对多个受控终端设备的分布式控制，通过总线连接的形式，终端控制模块之间相互独立，一个终端控制模块发生故障也不会影响其他终端控制模块的运行，而且可以有效避免终端控制模块之间发生碰撞，控制范围广，各终端控制模块之间可以通过中央控制单元进行无缝连接，对受控终端设备的兼容性好、操作简单方便。

2、终端控制模块可包括红外转发模块、电源控制模块、调光模块、新风模块、开关控制模块、智能门窗控制模块、安防模块、视听设备控制模块等，还可以进行进一步扩充，从灯光到安防涵盖了整个家居生活，通过中央控制单元将各个受控终端设备有机结合起来，实现了智能家居生活的全方位控制，性能稳定，功能强大。

3、本实用新型的终端控制模块进一步包括控制命令配置模块，中央控制单元包括命令更新模块，可以通过命令更新模块对控制命令配置模块实现对控制指令和对受控终端设备的操作进行关联进行在线更新和配置，可以有效实现对终端控制模块实现在线更新配置，操作方便快捷，使用灵活方便，节省了配置所需的大量人力和时间。

4、本实用新型的中央控制单元进一步包括情景模式存储单元和情景模式初始模块，通过输入单元可以快速触发情景模式初始模块，将情景模式存储单元所存储控制命令一键输出至终端控制模块，快速进入用户预设的情景模式，操作简单快捷，使用舒适方便。

附图说明

图1为本实用新型实施例的框架结构示意图；

       图2为本实用新型实施例的应用结构示意图；

       图3为本实用新型实施例中命令更新模块进行更新的流程示意图；

       图4为本实用新型实施例中模式初始模块进行初始化的流程示意图。

图例说明：1、中央控制单元；11、命令更新模块；12、情景模式存储单元；13、情景模式初始模块；14、终端设备监测组件；15、指令分析处理组件；2、输入单元；21、嵌墙式触摸屏；22、触控模块；3、终端控制单元；30、终端控制模块；31、控制命令配置模块；32、控制命令校验模块。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实施例的基于物联网的分布式控制系统包括中央控制单元1、输入单元2和终端控制单元3，输入单元2和终端控制单元3相连，终端控制单元3包括多个用于控制受控终端设备的终端控制模块30，终端控制模块30分别通过总线与中央控制单元1相连。中央控制单元1的主芯片采用at91sam7x256工业专用嵌入式处理器，强大的计算处理能力能轻松应对各种复杂的作业要求。

输入单元2为相互连接的嵌墙式触摸屏21和触控模块22，触控模块22与终端控制单元3相连，从而输入单元2可以保持体积更小，更加节省空间而且整洁美观。此外输入单元2也可以采用其他的输入单元，例如键盘、鼠标以及无线终端设备等等，输入单元2既可以集成到各终端控制模块30中直接控制终端控制模块30，也可以通过中央控制单元1间接控制终端控制模块30。

不同的终端控制模块30具有不同的ID，每一个终端控制模块30对应控制一个或者多个具有类似控制模式的受控终端设备，形成以中央控制单元1为协调核心、终端控制模块30独立执行特定功能的分布式结构，中央控制单元1采用广播的方式向各个终端控制模块30发送控制命令，终端控制模块30收到控制命令以后，将控制命令附带的ID信息与自身的ID进行对比，若与自身ID不符，则放弃已接收到的命令，若ID与自身ID相同，则接收并执行控制命令，并在执行控制命令以后，向中央控制单元1发送反馈确认信息。中央控制单元1根据输入单元2输入的触发请求数据，通过终端控制模块30执行各种功能动作和控制。终端控制单元3包括的各个终端控制模块30如下：

红外转发模块，具有红外遥控学习功能；

电源控制模块，具有多路开关电源，用于实现设备的电源控制；

调光模块，用于对灯光进行明暗调节；

新风模块，用于对空调设备进行控制

开关控制模块，用于对智能开关进行控制；

智能门窗控制模块，用于对电动门和电动窗帘进行控制；

安防模块，用于控制红外栅栏、摄像头等安防设施；

视听设备控制模块，用于控制投影机、电视、音响等多媒体视听设备；

此外，还可以根据需要增加更多的功能模块。

本实施例中，中央控制单元1通过Aitnet总线与终端控制模块30相连，中央控制单元1与终端控制模块30之间、各终端控制模块30之间进行信息交互的数据格式遵循Aitnet协议。由于用同一种总线进行控制，去除了各种总线转换的麻烦，也不用担心通信过程中丢包及误码的问题。Aitnet协议中的标准帧结果如下表所示：

Type

ID

CMD

DataAdr

Data

Dataleg

....

CRC1

CRC2

其中，Type为接入总线类型，因为有多种总线接入，路由器能识别总线信号，并对总线类型智能定一个特值，不同总线不同值，防止误寻址；

ID为终端控制单元3的功能模块编号，由于功能模块大部分时间都同时存在，系统需对每一个功能模块进行区分，从而通过功能模块内置的ID来实现区分，以保证控制命令被正确发送；

CMD为操作命令类型，包括读、写、修改已赋给设备的ID、从设备返回信息等，中央控制单元1可以通过此字节进行判定操作命令类型；

DataAdr为受控终端设备的通道地址，由于有些受控终端设备存在各个通道，本字节可以精确寻址到要控设备的通道；

Data为通道对应的操作值，具体以受控终端设备为准；

DataLeg为控制命令的长度，有些受控终端设备没有通道，需一串数字命令控制，系统将命令长度n统计并赋给此字节，自这字节后n个长度为控制命令；

CRC1和CRC2为校验码，为了防止与外来数据协议冲突，采用校验码能将协议与外来协议区别出来。当系统接收到一个信号帧，系统首先对它进行识别，并判断该信号帧有没有被赋予ID，如已赋予ID则进行信号帧的数据处理，将其更换为标准帧，从而达到物联网路由的作用。

终端控制模块30包括用于对接收的控制命令进行校验的控制命令校验模块32。控制命令校验模块32在接收到标准帧以后，对标准帧进行CRC校验，并将校验码与标准帧内的校验码进行比较来判断当前的帧是否正常。

终端控制模块30包括用于将来自中央控制单元1的控制指令和对受控终端设备的操作进行关联的控制命令配置模块31，中央控制单元1包括用于更新控制指令和对受控终端设备操作之间的关联关系的命令更新模块11，命令更新模块11和控制命令配置模块31相连。控制命令配置模块31可以实现控制指令和对受控终端设备的操作进行关联，而且还可以实现针对自身集成了输入单元2、可本地操作的终端控制模块30，还可以针对其自带的输入单元2进行配置，使得终端控制模块30操作灵活，简便实用。如图3所示，命令更新模块11进行命令更新时的详细步骤如下：

1、首先命令更新模块11广播发送带有指定终端控制模块30信息的在线更新命令，在线更新命令包含指定终端控制模块30的ID。

2、各终端控制模块30接收到在线更新命令后，检查ID是否正确对应自身的ID，如果不对应自身的ID则说明该在线更新命令并非针对本功能模块，则放弃更新并退出。如果ID正确对应自身的ID，则跳转下一步执行；

3、ID相吻合的终端控制模块30给自己一个重启信号，进入终端控制模块30自身的引导程序，等待控制指令和对受控终端设备操作之间的关联数据的输入；

4、中央控制单元1向该终端控制模块30传输控制指令和对受控终端设备操作之间的关联数据，在数据传输完毕以后终端控制模块30执行更新控制命令配置模块31，并在执行完毕以后发送一条反馈消息给中央控制单元1，更新结束。

中央控制单元1包括用于存储控制命令的情景模式存储单元12和用于将情景模式存储单元12所存储控制命令输出至终端控制模块30的情景模式初始模块13。情景模式存储单元12存储有一个或者多个情景模式，每一个情景模式对应一个预设控制命令集合，每一个预设控制命令集合包括可控制一个或者多个终端控制模块30的控制命令。并针对输入单元2中的某一个操作定义进行关联实现一键式操作，当该操作被触发时，预设控制命令集合所包含的所有控制命令会被全部发送给终端控制模块30执行，从而自动将所需要的达到的效果全部实现。如果对于情景模式初始模块13预设的多个预设控制命令构成的情景模式所达到的效果不满意，则通过输入单元2修改控制命令集合实现用户所希望的效果，下次一键启动该情景模式则可达到用户所定义的效果。如图4所示，对情景模式存储单元12进行初始化的流程如下：

1、配置命令，将一个按键所要达到的效果的所有控制命令集中；

2、将配置命令作为一个命令广播发送给各个终端控制模块30，该命令包括终端控制模块30的ID和按键信息；

3、各终端控制模块30接收命令，将ID号与自身ID进行对比，若与自身ID不符，则放弃已接收到的命令，若ID与自身ID相同，则接收命令并进行分析得出命令可配置；

4、获得命令可配置结果的终端控制模块30从命令中提取按键编号，开始接收要达到希望效果的控制命令的总和；

5、 终端控制模块30在控制命令接收完毕后，向中央控制单元1发送已完成命令，中央控制单元1将配置的控制命令写入情景模式存储单元12中，初始化完成。

中央控制单元1包括用于实时管理所述终端控制模块30工作状态的终端设备监测组件14和用于接收所述输入单元2的命令并向终端控制模块30输出控制指令的指令分析处理组件15。终端设备监测组件14的功能的主要功能包括：

（1）配置终端控制模块。中央控制单元1预先将每一个终端控制模块30支持的控制指令写入配置文件，并将配置文件写入内部FLASH ROM芯片进行存储，然后每次开机把相应的存储内容读取出来，再对终端控制模块30进行功能配置；

（2）维护物联网网络。实时监测终端控制单元3中的各终端控制模块30，获取各终端控制模块30的工作状态。终端设备监测组件14可以直接发出指令查询各终端控制模块30的实时工作状态，并通过发送控制命令管理控制这些功能模块的工作状态，例如：停止工作，开始工作，待机等。

指令分析处理组件15可以通过总线接口模块向终端控制模块30发送命令和获取数据，这是属于管理级别的通信。各个终端控制模块30之间也可以通过指令分析处理组件15实现不同终端控制模块30之间数据级别的通信，从而实现不同终端控制模块30之间的信息共享和同步操作。

下面以通过终端控制单元3的智能门窗控制模块开启窗帘设备为例说明本实施例的使用过程：本实施例中智能门窗控制模块具有8个通道，分别对应8个窗帘，其中2号通道对应2号窗帘，当需要打开2号窗帘时，首先通过输入单元2按下打开窗帘命令，输入单元2向智能门窗控制模块发送命令，智能门窗控制模块收到并解析控制指令、获取其中的通道信息，一边打开控制指令对应的2号窗帘，一边向中央控制单元1反馈已打开2号窗帘的信息，整个动作在以总线为基础的系统内全部执行完毕，从而中央控制单元1可以方便获取到智能门窗控制模块的当前状态信息。其他的终端控制模块30也以此类推，通过将操作的信息反馈给中央控制单元1，中央控制单元1的终端设备监测组件14可以获取到每一个终端控制模块30的当前状态，结合每一个终端控制模块30的接入状态信息，实现完整的终端控制模块30的工作状态实时管理。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1. 一种基于物联网的分布式控制系统，其特征在于：包括中央控制单元（1）、输入单元（2）和终端控制单元（3），所述输入单元（2）和终端控制单元（3）相连，所述终端控制单元（3）包括多个用于控制受控终端设备的终端控制模块（30），所述终端控制模块（30）分别与中央控制单元（1）相连。

2. 根据权利要求1所述的基于物联网的分布式控制系统，其特征在于：所述终端控制模块（30）包括用于将来自中央控制单元（1）的控制指令和对受控终端设备的操作进行关联的控制命令配置模块（31），所述中央控制单元（1）包括用于更新所述控制指令和对受控终端设备操作之间的关联关系的命令更新模块（11），所述命令更新模块（11）和控制命令配置模块（31）相连。

3. 根据权利要求1或2所述的基于物联网的分布式控制系统，其特征在于：所述中央控制单元（1）包括用于存储控制命令的情景模式存储单元（12）和用于将情景模式存储单元（12）所存储控制命令输出至终端控制模块（30）的情景模式初始模块（13）。

4. 根据权利要求3所述的基于物联网的分布式控制系统，其特征在于：所述中央控制单元（1）包括用于实时管理所述终端控制模块（30）工作状态的终端设备监测组件（14）和用于接收所述输入单元（2）的命令并向终端控制模块（30）输出控制指令的指令分析处理组件（15）。

5. 根据权利要求4所述的基于物联网的分布式控制系统，其特征在于：所述终端控制模块（30）包括用于对接收的控制命令进行校验的控制命令校验模块（32）。

6. 根据权利要求5所述的基于物联网的分布式控制系统，其特征在于：所述输入单元（2）为相互连接的嵌墙式触摸屏（21）和触控模块（22），所述触控模块（22）与终端控制单元（3）相连。

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