CN203882187U - 一种无线家居网络系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种无线家居网络系统，包括微处理器模块、接口电路模块、显示电路模块、存储电路模块、传感电路模块、控制电路模块、ZigBee网络电路模块和GSM/3G网络电路模块，微处理器模块分别与接口电路模块、显示电路模块、存储电路模块、传感电路模块、控制电路模块、复数个ZigBee网络电路模块和GSM/3G网络电路模块相连，本系统是基于ZigBee网络技术与GSM/3G通信网络技术为核心的无线智能网络在智能家居中的应用系统，其将家居的环境监测、安防系统、家电的控制系统、通信网络系统和应用系统实现互联，统一管理，系统能够自动处理各种事件，并且能够根据用户需要进行远程管理，从而创造符合人们要求的安全、便捷和舒适的家居环境，具有很好地效果。
Description
技术领域
本实用新型公开了一种无线家居网络系统，涉及无线网络技术在智能家居系统中的应用，特别是基于ZigBee网络技术与GSM/3G通信技术的无线智能家居网络系统。
背景技术
智能家居是利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、依照人体工程学原理，融合个性需求，将与家居生活有关的各个子系统如安防、灯光控制、窗帘控制、煤气阀控制、信息家电、场景联动、地板采暖等有机地结合在一起，通过网络化综合智能控制和管理，实现“以人为本”的全新家居生活体验。
智能家居又称智能住宅。通俗地说，它是融合了自动化控制系统、计算机网络系统和网络通讯技术于一体的网络化智能化的家居控制系统。衡量一个住宅小区智能化系统的成功与否，并非仅仅取决于智能化系统的多少、系统的先进性或集成度，而是取决于系统的设计和配置是否经济合理并且系统能否成功运行，系统的使用、管理和维护是否方便，系统或产品的技术是否成熟适用，换句话说，就是如何以最少的投入、最简便的实现途径来换取最大的功效，实现便捷高质量的生活。
专利名称是“一种智能家居控制系统”，专利号为“CN102437942A”的专利申请中，记载了利用控制总线单元，也就是CAN-BUS总线进行数据传输，它能解决采用主结构控制方法的家居控制系统在家居设备发生故障时导致主控处理器发生错误的问题，但是由于该家居控制系统采用的是CAN-BUS总线，这种数据总线铺设比较繁琐，同时一旦总线实体损坏，同时会影响整个家居系统的控制，同时该专利申请文件中并未给出具体的实施方式。
且现有的只能家居控制系统设计中并未详尽的包括家居生活中的各项设备，且无法及时的对尚未进入家居控制系统的设备进行有效的添加，如果需要添加其他设备，则需要进行一系列相应的动作来实现，在上述专利中，如果添加其他的设备则相应的需要铺设CAN-BUS总线来对设备进行相应的控制，操作比较繁琐，不易实现，同时现有的家居控制系统的功能已经越来越不能满足人们的需求，同时如何利用更加简便的设施实现更加强大的功能已成为亟待解决的问题。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种无线家居网络系统，将ZigBee网络技术与GSM/3G通信网络技术结合起来，利用GSM/3G网络作为无线智能网络系统的信息传输平台是一种很有效的方法，其原理简单，安全保密性高，加上GSM/3G网络覆盖面广，因此与传统的无线网络系统相比有着其独特的优势。
下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。
本技术领域技术人员可以理解的是，本实用新型中涉及到的相关模块及其实现的功能是在改进后的硬件及其构成的装置、器件或系统上装载现有技术中常规的计算机软件程序或有关协议就可实现，并非是对现有技术中的计算机软件程序或有关协议进行改进。例如，改进后的计算机硬件系统依然可以通过装载现有的软件操作系统来实现该硬件系统的相关功能。例如，改进后的64 位处理器的计算机硬件系统可以装载在32 位处理器时代设计的windows XP 软件操作系统来实现该64 位处理器的相关功能。因此，可以理解的是，本实用新型的创新之处在于对现有技术中硬件模块的改进及其连接组合关系，而非仅仅是对硬件模块中为实现有关功能而搭载的软件或协议的改进。
本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种无线家居网络系统，包括微处理器模块、接口电路模块、显示电路模块、存储电路模块、传感电路模块、控制电路模块、ZigBee网络电路模块和GSM/3G网络电路模块，微处理器模块分别与接口电路模块、显示电路模块、存储电路模块、传感电路模块、控制电路模块、复数个ZigBee网络电路模块和GSM/3G网络电路模块相连；
所述微处理器模块、传感电路模块、ZigBee网络电路模块构成无线传感节点；
所述微处理器模块、控制电路模块、ZigBee网络电路模块构成无线控制节点；
所述微处理器模块、ZigBee网络电路模块构成中心节点；
所述微处理器模块、ZigBee网络电路模块、GSM/3G网络电路模块、存储电路模块、接口电路模块、显示电路模块构成主控节点；
所述无线传感节点分布设置于需要监测的现场，经由传感电路模块与监测现场的监测设备连接，通过ZigBee网络电路模块与中心节点建立无线通信连接；
所述无线控制节点经由控制电路模块与被控制设备连接，通过ZigBee网络电路模块与中心节点建立无线通信连接；
所述中心节点与其它节点之间通过ZigBee网络电路模块建立无线通信连接，中心节点构架成无线网络的扩展和延伸；
所述主控节点经由ZigBee网络电路模块和GSM/3G网络电路模块建立ZigBee网络与GSM/3G通信网络之间的数据转换和通信连接，并通过GSM/3G网络与电脑或手机建立无线通信连接；
所述微处理器模块包括单片机、外围电路、电源管理电路、接口电路和报警提示电路，单片机分别与外围电路、电源管理电路、接口电路和报警提示电路相连；
所述传感电路模块包括传感数据采集电路和数据处理电路；
所述控制电路模块包括驱动电路、数字开关、控制开关、红外线遥控电路；
所述ZigBee网络电路模块包括无线网络模块、收发天线模块、外围电路；
所述显示电路模块包括液晶显示电路、液晶显示屏、外围驱动电路；
所述GSM/3G网络电路模块包括GSM/GPRS/EDGE/TD-SCDMA/WCDMA模块、外围电路、SIM卡、天线；
所述收发天线模块包括接收天线、信号放大模块、发射天线；
信号放大模块包括第一电容、第二电容、第三电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻，低噪声放大器、功率放大器、滤波器，其中，第一电容的一端与接收天线相连，第一电容的另一端与低噪声放大器的信号输入端相连，低噪声放大器的电压端分别与第一电阻、第二电阻的一端相连，第一电阻的另一端连接直流电压，第二电阻的另一端接地，低噪声放大器的信号输出端与第二电容的一端相连，第二电容的另一端与功率放大器的信号输入端相连，功率放大器的电压的分别与第三电阻的一端、第四电阻的一端、第三电容的一端相连，第三电阻的另一端连接直流电压、第四电阻的另一端和第三电容的另一端均接地，功率放大器的信号输出端与滤波器的一端相连，滤波器的另一端与发射天线相连。
作为本实用新型的进一步优选方案，还包括PCB主板。
作为本实用新型的进一步优选方案，所述单片机为MSP430F149。
作为本实用新型的进一步优选方案，所述ZigBee无线网络电路模块为IP_Link1223无线网络模块。
作为本实用新型的进一步优选方案，所述 GSM/3G网络电路模块为SIM700四频GSM/GPRS/EDGE无线通讯模块。
作为本实用新型的进一步优选方案，所述无线传感节点中，传感电路模块通过PCB主板上的JP2-传感器接口接入，传感数据再通过DATA和TCK接入单片机MSP430F149的I/O口；
所述无线控制节点中，控制电路模块通过PCB主板上的JP5-控制接口接入，控制和报警数据通过单片机MSP430F149的I/O口接入。
作为本实用新型的进一步优选方案，所述监测现场的监测设备包括烟雾传感器、湿度传感器、红外线传感器、视频监测设备、报警器。
作为本实用新型的进一步优选方案，所述被控制设备包括电视、空调、电灯、风扇、电动窗帘。
作为本实用新型的进一步优选方案，所述的低噪声放大器的芯片型号为SPF-5043z。
作为本实用新型的进一步优选方案，所述的滤波器采用的芯片型号为HMC635LC4。
本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本系统是基于ZigBee网络技术与GSM/3G通信网络技术为核心的无线智能网络在智能家居中的应用系统，其将家居的环境监测、安防系统、家电的控制系统、通信网络系统和应用系统实现互联，统一管理，系统能够自动处理各种事件，并且能够根据用户需要进行远程管理，从而创造符合人们要求的安全、便捷和舒适的家居环境，具有很好地效果。本实用新型具有数据传输距离远，可靠性高，维护简单，成本低，网络结构灵活等特点，有着重要的实际意义和广阔的市场前景。
附图说明
图1、本实用新型的结构模块示意图；
图2、本实用新型的收发天线模块的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：
本实用新型公开一种无线家居网络系统，如图1所示，包括微处理器模块、接口电路模块、显示电路模块、存储电路模块、传感电路模块、控制电路模块、ZigBee网络电路模块和GSM/3G网络电路模块，微处理器模块分别与接口电路模块、显示电路模块、存储电路模块、传感电路模块、控制电路模块、复数个ZigBee网络电路模块和GSM/3G网络电路模块相连；
所述微处理器模块、传感电路模块、ZigBee网络电路模块构成无线传感节点；
所述微处理器模块、控制电路模块、ZigBee网络电路模块构成无线控制节点；
所述微处理器模块、ZigBee网络电路模块构成中心节点；
所述微处理器模块、ZigBee网络电路模块、GSM/3G网络电路模块、存储电路模块、接口电路模块、显示电路模块构成主控节点；
所述无线传感节点分布设置于需要监测的现场，经由传感电路模块与监测现场的监测设备连接，通过ZigBee网络电路模块与中心节点建立无线通信连接；
所述无线控制节点经由控制电路模块与被控制设备连接，通过ZigBee网络电路模块与中心节点建立无线通信连接；
所述中心节点与其它节点之间通过ZigBee网络电路模块建立无线通信连接，中心节点构架成无线网络的扩展和延伸；
所述主控节点经由ZigBee网络电路模块和GSM/3G网络电路模块建立ZigBee网络与GSM/3G通信网络之间的数据转换和通信连接，并通过GSM/3G网络与电脑或手机建立无线通信连接；
所述微处理器模块包括单片机、外围电路、电源管理电路、接口电路和报警提示电路，单片机分别与外围电路、电源管理电路、接口电路和报警提示电路相连；
所述传感电路模块包括传感数据采集电路和数据处理电路；
所述控制电路模块包括驱动电路、数字开关、控制开关、红外线遥控控制模块；
所述ZigBee网络电路模块包括无线网络模块、收发天线模块、外围电路；
所述显示电路模块包括液晶显示电路、液晶显示屏、外围驱动电路；
所述GSM/3G网络电路模块包括GSM/GPRS/EDGE/TD-SCDMA/WCDMA模块、外围电路、SIM卡、天线。
所述收发天线模块包括接收天线、信号放大模块、发射天线；
如图2所示，信号放大模块包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4，低噪声放大器、功率放大器、滤波器，其中，第一电容C1的一端与接收天线相连，第一电容C2的另一端与低噪声放大器的信号输入端相连，低噪声放大器的电压端分别与第一电阻R1、第二电阻R2的一端相连，第一电阻R1的另一端连接直流电压，第二电阻R2的另一端接地，低噪声放大器的信号输出端与第二电容C2的一端相连，第二电容C2的另一端与功率放大器的信号输入端相连，功率放大器的电压的分别与第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端、第三电容C3的一端相连，第三电阻R3的另一端连接直流电压、第四电阻R4的另一端和第三电容C3的另一端均接地，功率放大器的信号输出端与滤波器的一端相连，滤波器的另一端与发射天线相连；
上述提到的第一、二、三电容在电路中都是起到滤波的作用，滤除电路中的各种杂波信号，保证电路中信号的纯度。
作为本实用新型的进一步优选方案，还包括PCB主板。
作为本实用新型的进一步优选方案，所述单片机为MSP430F149。
作为本实用新型的进一步优选方案，所述ZigBee无线网络电路模块为IP_Link1223无线网络模块。
作为本实用新型的进一步优选方案，所述 GSM/3G网络电路模块为SIM700四频GSM/GPRS/EDGE无线通讯模块。
作为本实用新型的进一步优选方案，所述无线传感节点中，传感电路模块通过PCB主板上的JP2-传感器接口接入，传感数据再通过DATA和TCK接入单片机MSP430F149的I/O口；
所述无线控制节点中，控制电路模块通过PCB主板上的JP5-控制接口接入，控制和报警数据通过单片机MSP430F149的I/O口接入。
作为本实用新型的进一步优选方案，所述监测现场的监测设备包括烟雾传感器、湿度传感器、红外线传感器、视频监测设备、报警器。
作为本实用新型的进一步优选方案，所述被控制设备包括电视、空调、电灯、风扇、电动窗帘。
作为本实用新型的进一步优选方案，所述的低噪声放大器的芯片型号为SPF-5043z。
作为本实用新型的进一步优选方案，所述的滤波器采用的芯片型号为HMC635LC4。
主处理模块：以MSP430F149单片机为核心，包括外围电路、电源管理电路、接口电路以及告警提示电路等，负责数据采集、数据处理、数据传输、控制命令处理、接口数据通信、告警提示以及整个网络系统的协调管理等，是整个系统的核心模块。
传感电路模块：包括传感数据的采集和数据处理电路，可以根据需求采用不同的传感器，如：温湿度、气体、烟雾、震动、红外传感器等等。
控制电路模块：包括驱动电路、数字或开关量控制、红外遥控控制等一些控制电路。
显示电路模块：包括液晶显示电路、外围驱动电路等，用于显示需要。
GSM/3G网络模块：以GSM/GPRS/EDGE/TD-SCDMA/WCDMA模块为核心，包括其他外围电路、SIM卡、天线等，其具有小尺寸和低功耗特点，可以实现语音、数据、SMS和GPRS信息的高速传输。
ZigBee网络电路模块：以符合ZigBee(IEEE802.15.4)标准的低功耗高性能的无线网络模块为核心，包括其他外围电路、天线等,其支持基于ZigBee网络的星状、混合树状、网状网络等弹性化拓朴设计，能在网状或多次跳接无线网络内支持串行数据路由。
存储模块：用于数据存储，实现数据实时传输或历史查询。
接口电路：可以用于连接其他外围设备，实现产品调试、功能设置和数据通信等。
本系统中，微处理器模块选用超低功耗的MSP430F149单片机，ZigBee无线网络选用IP_Link1223无线网络模块， GSM/3G通信模块选用SIM700四频GSM/GPRS/EDGE无线通讯模块，传感器选用SHT11温湿度传感器。
各节点硬件电路工作原理如下：
无线传感节点，包括主处理模块、传感电路模块、ZigBee网络电路模块，无线传感节点以微处理器模块中的MSP430F149单片机为核心，包括外围电路、电源管理电路、接口电路以及告警提示电路等，传感电路模块将采集到的传感数据经过UART数据接口送给微处理器模块，微处理器模块将数据信息打包处理并通过数据接口送给ZigBee无线网络模块发送出去。
无线控制节点，包括主处理模块、控制电路模块、ZigBee网络电路模块，无线控制节点也是以微处理器MSP430F149单片机为核心，包括外围电路、电源管理电路、接口电路以及告警提示电路等，ZigBee网络电路模块将接收到的控制命令信息通过经过UART数据接口送给微处理器模块，微处理器模块将数据信息解析处理并通过数据接口送给控制电路实现对电器的控制管理。
中心节点，包括主处理模块、ZigBee网络电路模块，中心节点也是以微处理器模块中的MSP430F149单片机为核心，包括外围电路、电源管理电路、接口电路以及告警提示电路等，中心节点将ZigBee无线网络接收的数据经过UART数据接口送给微处理器模块，微处理器模块将数据信息解析处理再通过ZigBee无线网络发送出去。中心节点就是用于接收和转发其他节点的数据，扩展和延伸无线网络的范围。
主控节点，包括主处理模块、ZigBee网络电路模块、GSM/3G网络模块、存储模块、接口电路、显示电路等，主控节点也是以微处理器模块中的MSP430F149单片机为核心，包括外围电路、电源管理电路、接口电路以及告警提示电路等，主控节点可以同时接收ZigBee网络与GSM/3G通信网络的数据，微处理器模块将接收到的数据信息进行解析、转换和处理，再根据需要选择ZigBee网络或GSM/3G通信网络发送出去，主控节点也可以根据实际需要通过接口电路转化为其他方式和把数据传输到用户电脑或手机，主控节点可以实现网络系统的集中管理功能，完成网络系统的监控管理。
ZigBee网络具有近距离、低功耗、数据传输可靠、网络容量大、兼容性和安全性高、实现成本低等特点，成为目前最适合家庭的无线网络解决方案，但是ZigBee网络技术通信距离较近，因此适于一定距离范围内无线网络终端产品的管理和控制，将ZigBee网络技术与GSM/3G通信网络技术结合起来，利用GSM/3G网络作为无线智能网络系统的信息传输平台是一种很有效的方法，其原理简单，安全保密性高，加上GSM/3G网络覆盖面广，因此与传统的无线网络系统相比有着其独特的优势。
利用ZigBee无线网络和GSM/3G通信网络，可以灵活地构建起巨大的无线通信网络，实现无线网络远程智能管理监控，使网络具有非常显著的优点，从而实现更大范围、更广应用的无线智能家居系统，给用户带来最大程度的高效、便利、舒适与安全的家居生活。
本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本系统是基于ZigBee网络技术与GSM/3G通信网络技术为核心的无线智能网络在智能家居中的应用系统，其将家居的环境监测、安防系统、家电的控制系统、通信网络系统和应用系统实现互联，统一管理，系统能够自动处理各种事件，并且能够根据用户需要进行远程管理，从而创造符合人们要求的安全、便捷和舒适的家居环境，具有很好地效果。本实用新型具有数据传输距离远，可靠性高，维护简单，成本低，网络结构灵活等特点，有着重要的实际意义和广阔的市场前景。
上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。
以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围。凡是按照本实用新型提出的技术思想，以及在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。
Claims (10)
1.一种无线家居网络系统，其特征在于：包括微处理器模块、接口电路模块、显示电路模块、存储电路模块、传感电路模块、控制电路模块、ZigBee网络电路模块和GSM/3G网络电路模块，微处理器模块分别与接口电路模块、显示电路模块、存储电路模块、传感电路模块、控制电路模块、复数个ZigBee网络电路模块和GSM/3G网络电路模块相连；
所述微处理器模块、传感电路模块、ZigBee网络电路模块构成无线传感节点；
所述微处理器模块、控制电路模块、ZigBee网络电路模块构成无线控制节点；
所述微处理器模块、ZigBee网络电路模块构成中心节点；
所述微处理器模块、ZigBee网络电路模块、GSM/3G网络电路模块、存储电路模块、接口电路模块、显示电路模块构成主控节点；
所述无线传感节点分布设置于需要监测的现场，经由传感电路模块与监测现场的监测设备连接，通过ZigBee网络电路模块与中心节点建立无线通信连接；
所述无线控制节点经由控制电路模块与被控制设备连接，通过ZigBee网络电路模块与中心节点建立无线通信连接；
所述中心节点与其它节点之间通过ZigBee网络电路模块建立无线通信连接，中心节点构架成无线网络的扩展和延伸；
所述主控节点经由ZigBee网络电路模块和GSM/3G网络电路模块建立ZigBee网络与GSM/3G通信网络之间的数据转换和通信连接，并通过GSM/3G网络与电脑或手机建立无线通信连接；
所述微处理器模块包括单片机、外围电路、电源管理电路、接口电路和报警提示电路，单片机分别与外围电路、电源管理电路、接口电路和报警提示电路相连；
所述传感电路模块包括传感数据采集电路和数据处理电路；
所述控制电路模块包括驱动电路、数字开关、控制开关、红外线遥控电路；
所述显示电路模块包括液晶显示电路、液晶显示屏、外围驱动电路；
所述GSM/3G网络电路模块包括GSM/GPRS/EDGE/TD-SCDMA/WCDMA模块、外围电路、SIM卡、天线；
所述ZigBee网络电路模块包括无线网络模块、收发天线模块、外围电路；
所述收发天线模块包括接收天线、信号放大模块、发射天线；
信号放大模块包括第一电容、第二电容、第三电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻，低噪声放大器、功率放大器、滤波器，其中，第一电容的一端与接收天线相连，第一电容的另一端与低噪声放大器的信号输入端相连，低噪声放大器的电压端分别与第一电阻、第二电阻的一端相连，第一电阻的另一端连接直流电压，第二电阻的另一端接地，低噪声放大器的信号输出端与第二电容的一端相连，第二电容的另一端与功率放大器的信号输入端相连，功率放大器的电压的分别与第三电阻的一端、第四电阻的一端、第三电容的一端相连，第三电阻的另一端连接直流电压、第四电阻的另一端和第三电容的另一端均接地，功率放大器的信号输出端与滤波器的一端相连，滤波器的另一端与发射天线相连。
2.如权利要求1所述的一种无线家居网络系统，其特征在于：还包括PCB主板。
3.如权利要求1所述的一种无线家居网络系统，其特征在于：所述单片机为MSP430F149。
4.如权利要求1所述的一种无线家居网络系统，其特征在于：所述ZigBee无线网络电路模块为IP_Link1223无线网络模块。
5.如权利要求1所述的一种无线家居网络系统，其特征在于：所述 GSM/3G网络电路模块为SIM700四频GSM/GPRS/EDGE无线通讯模块。
6.如权利要求1所述的一种无线家居网络系统，其特征在于：所述无线传感节点中，传感电路模块通过PCB主板上的JP2-传感器接口接入，传感数据再通过DATA和TCK接入单片机MSP430F149的I/O口；所述无线控制节点中，控制电路模块通过PCB主板上的JP5-控制接口接入，控制和报警数据通过单片机MSP430F149的I/O口接入。
7.如权利要求1所述的一种无线家居网络系统，其特征在于：所述监测现场的监测设备包括烟雾传感器、湿度传感器、红外线传感器、视频监测设备、报警器。
8.如权利要求1所述的一种无线家居网络系统，其特征在于：所述被控制设备包括电视、空调、电灯、风扇、电动窗帘。
9.如权利要求1所述的一种无线家居网络系统，其特征在于：所述的低噪声放大器的芯片型号为SPF-5043z。
10.如权利要求1所述的一种无线家居网络系统，其特征在于：所述的滤波器采用的芯片型号为HMC635LC4。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20141015 Termination date: 20190611 |