CN204272389U - 一种基于ZigBee网状结构的智能家居系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于ZigBee网状结构的智能家居系统，包括一个以上设有ZigBee模块的智能用电器、且设有标准以太网接口的智能网关、一个以上智能家居终端以及连接远程服务器的无线路由器，所述智能网关为基于ZigBee协议并且开启DHCP服务的智能网关，所述无线路由器为开启DHCP服务的无线路由器，所述智能用电器之间以及智能用电器和智能网关之间均通过ZigBee无线网络通信，智能网关和无线路由器通过网线连接，智能家居终端通过WIFI网络与无线路由器通信。本实用新型实现了智能家居系统组网方式的简便化，提高了智能家居系统的效率，减低了智能网关的运算量，同时使开发、维护和升级更加简便。

Description

一种基于ZigBee网状结构的智能家居系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于ZigBee网状结构的智能家居系统，属于智能控制技术领域。

背景技术

随着现代社会智能化越演愈烈的紧张趋势，人们对智能家居提出了越来越高的要求。智能家居是在互联网的影响之下物联化体现。智能家居通过物联网技术将家中的各种设备(如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、影音服务器、影柜系统、网络家电等)连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境，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。

近来，人们将ZigBee技术应用与智能家居中，通常包括家庭网关和多个被控设施，被控设施分别与Zigbee节点通讯连接，Zigbee节点与Zigbee通信模块通过Zigbee协议通讯连接，Zigbee通信模块通过总线接口与家庭网关连接。家庭网关包括嵌入式微处理器、嵌入式BIOS、嵌入式Linux操作系统等。但是，智能用电器间不能进行直接通信，并且家庭网关加入嵌入式BIOS、运行Linux操作系统后增加了开发的难度以及成本。

现有的一些智能家居组网方式普遍采用星型网络，即各终端单独和网关通信，而终端之间不能关联起来，比如当有人经过时，要用红外幕帘出发灯光就只能是红外幕帘发信号给网关，再由网关给发灯信号来控制灯光的亮灭。在此过程中，可能会因为网关出错或信号强度不够而引起终端不能正常响应，从而导致智能家居的效率较低；同时，多个终端与网关的交互，无疑增大了网关的运算量。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本实用新型提供了一种基于ZigBee网状结构的智能家居系统，旨在解决现有技术中因只能家居系统的组网方式不简便造成的因为网关出错或信号强度不够而引起终端不能正常响应、智能家居的效率较低，网关运算量大、网关要完全充当智能用电器之间的信息通信中介，以及要运行操作系统等的技术问题。

本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种基于ZigBee网状结构的智能家居系统，包括一个以上设有ZigBee模块的智能用电器、设有标准以太网接口的智能网关、一个以上智能家居终端以及连接远程服务器的无线路由器，所述智能网关为基于ZigBee协议并且开启DHCP服务的智能网关，所述无线路由器为开启DHCP服务的无线路由器，所述智能用电器之间以及智能用电器和智能网关之间均通过ZigBee无线网络通信，智能网关和无线路由器通过网线连接，智能家居终端通过WIFI网络与无线路由器通信。

所述一个以上智能家居终端包括手机和/或平板电脑。

所述ZigBee模块由CC2538芯片及其外接电路组成。

所述智能网关采用RTL8019AS芯片，其X1引脚和X2引脚与20MHz晶振连接。

RTL8019AS芯片通过网络滤波片20f-01与网线连接。

所述网线采用RJ45接口。

所述智能用电器均设有唯一的距离软件地址DSA。

所述智能网关设有用于标识智能网关所接入的ZigBee网络的SPAN。

所述智能家居终端存储有预设场景数据，并设置有用于触发场景模式的触控装置。

本实用新型基于其技术方案所具有的有益效果在于：

(1)本实用新型提供的一种基于ZigBee网状结构的智能家居系统，采用ZigBee网状组网方式，可以实现智能用电器与智能家居终端的通信；

(2)本实用新型提供的一种基于ZigBee网状结构的智能家居系统，智能网关是一款基于ZigBee协议的通信设备，提供标准的以太网接口，可以将ZigBee无线网络连接到局域网或互联网中；在智能家居系统中，通过智能家居网关的连接，可以方便用户使用各种移动智能终端，轻松控制任何基于ZigBee协议的产品，实现无线数据高速、安全、可靠传输；

(3)本实用新型提供的一种基于ZigBee网状结构的智能家居系统，ZigBee模块采用TI公司的CC2538，是一款针对高性能Zigbee应用的理想片上系统(SoC)。相比较CC2520、ADI的ADF7242或Atmel的AT86RF233，CC2538是以ARMCortexM3为内核的微控制器，具有更多的RAM(32K)、更多的Flash(512K)和更多的GPIO端口、定时器、外设接口等，同时在数据安全加密方面有面向未来的AES-128/256，安全散列算法(SHA)2硬件加密引擎，可选择针对安全密钥交换的椭圆曲线加密(ECC)-128/256，RSA硬件加密引擎；相对于以前的CC2530，CC2538支持片上无线升级(OverTheAirUpgrade)，这就为后期的升级带来极大方便；

(4)本实用新型提供的一种基于ZigBee网状结构的智能家居系统，智能网关具有以下功能特点：1、内置天线，无线通讯距离高达100m，可轻易保证家庭稳定通讯；2、支持CSMA/CA硬件，可通过TCP/IP访问；3、具有传输距离远、抗干扰能力强、组网灵活、网络容量大、低功耗结构简单、便于安装、使用方便等特点；4、可实现多设备间的数据透明传输，传输快捷安全，成本较低；5、LED灯的设计可以将信息轻易反馈给用户；6、兼容各种互联网协议，通过专用软件保存和运行设置，即可远程访问；

(5)本实用新型提供的一种基于ZigBee网状结构的智能家居系统，解决了现有技术中因只能家居系统的组网方式不简便造成的因为网关出错或信号强度不够而引起终端不能正常响应、智能家居的效率较低，以及网关运算量大、网关要完全充当智能用电器之间的信息通信中介，以及要运行操作系统等的技术问题，通过引入ZigBee实现了智能家居系统组网方式的简便化，提高了智能家居系统的效率，减低了智能网关的运算量，同时使开发、维护和升级更加简便。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构示意图。

图2是本实用新型的智能网关结构示意图。

图3是本实用新型的智能终端的处理器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

参照图1，本实用新型提供了一种基于ZigBee网状结构的智能家居系统，包括一个以上设有ZigBee模块的智能用电器、设有标准以太网接口的智能网关、一个以上智能家居终端以及连接远程服务器的无线路由器，所述智能网关为基于ZigBee协议并且开启DHCP服务的智能网关，所述无线路由器为开启DHCP服务的无线路由器，所述智能用电器之间以及智能用电器和智能网关之间均通过ZigBee无线网络通信，智能网关和无线路由器通过网线连接，智能家居终端通过WIFI网络与无线路由器通信。智能网关接收所述至少一个智能家居终端通过所述路由器发送的第一命令或第一配置信息，并将所述第一命令或所述第一配置信息发送给所述至少一个智能用电器；所述智能网关还用于接收至少一个智能用电器的第一信号参数，并将第一信号参数发送给至少一个智能家居终端。

智能家居终端可以是智能开关、红外幕帘、水浸探测器和灯等设备。

智能家居终端可以是手机和平板电脑等设备。

参照图2和图3，所述ZigBee模块由CC2538芯片及其外接电路组成，CC2538芯片外接耦合电容、电感、配备天线，构成ZigBee模块。只需要将智能用电器的控制接口接到CC2538的IO引脚即可。

比如，智能用电器选择带红外传感器的红外探测器，将红外传感器的输出端口接入到CC2538的一个IO引脚中(PA0～PD0都可以选择)，这样就实现了红外探测器上ZigBee模块的设置。当红外传感器被触发后，红外传感器的输出端口会有一个低到高的电平跳变，并在程序中检测相应引脚的电平变化，触发中断，然后将中断信息发送至CC2538芯片。

再比如，智能用电器选择通过RS485通讯的设备，比如中央空调控制器，将RS485的接口引脚A、B通过MAX1487通讯芯片分别接到CC2538的TX、RX引脚，就可以实现中央空调控制器上ZigBee模块的设置。

所述智能网关采用RTL8019AS芯片，其X1引脚和X2引脚与20MHz晶振连接。RTL8019AS芯片通过网络滤波片20f-01与网线连接。所述网线采用RJ45接口。HD、LD负责发送信号，TPIN+、TPIN-负责接收信号。

所述智能用电器均设有唯一的距离软件地址DSA。所述智能网关设有用于标识智能网关所接入的ZigBee网络的SPAN。网关和终端中均以ZigBee模块通信，芯片选用CC2538，对于不同的智能用电器(如智能开关、红外幕帘、水浸探测器、灯光等)，可以烧入不同的程序以实现不同的探测方法，采用TI公司的SmartRF Flash Programmer软件烧写，烧写前要写好智能用电器的DSA。SPAN：智能网关来标识一个zigbee网络，当网络组建后，加入此网络的终端设备拥有相同的SPAN；DSA：每个终端设备唯一的编号；自由网络状态：终端设备上电后，会搜索周围智能网关和终端设备已经组建的网络，选择一个最优网络加入；固定网络状态：终端设备上电后，会默认在一个zigbee网络内，不再搜索或加入其它SPAN的网络。网络结构为网状结构；网络深度为4级；网关容纳终端设备入网的数量(第一级所带终端设备数量)为20个；每个终端设备容纳终端设备入网数量(第二、三、四级所带终端设备数量)为6个；网关设置最大能通信终端总数量为160个。

所述智能家居终端存储有预设场景数据，并设置有用于触发预设场景的触控装置。所述触控装置被触发时，激活触控装置对应的预设场景；所述预设场景用于指示所述至少一个智能用电器执行相应的操作；所述智能网关保存有触控装置与预设场景的对应关系；所述智能网关用于，在所述预设场景触控装置被触发时，接收各智能家居终端发送的预设场景激活指令，并向所述至少一个智能用电器发送所述预设场景激活指令。

利用本实用新型提供的一种基于ZigBee网状结构的智能家居系统，可以实现以下功能：

(一)场景的分类

1、手机场景：手机场景即通过在手机上设置一些命令集合，将场景保存在手机中，需要调用时，直接在手机上操作即可；

2、网关场景：同样通过手机操作，将命令集合到场景保存到智能网关中，网关场景最多可以设置20个，ID从00—19，每个场景能保存最大的命令集合为750字节，如果超过这个限制可以用场景中再调用场景来实现；

3、智能家居终端中的场景：每个智能家居终端(电池工作的除外)都可以设置并保存好场景，其容量和网关中保存的相同。

(二)场景的调用

场景是一个命令的集合，那么，当场景触发后，命令的发出者通常是智能网关和智能家居终端，这取决于这个命令集合即该场景保存在什么对象中，而发出的命令给谁来执行则有不同的对象，例如：命令发出者是智能网关，那么，执行命令的对象通常是智能用电器，但也可以是智能网关自己；而从智能家居终端发出的命令，执行的对象则有三种，即：

A、发送给智能网关代为转发或直接由智能网关来执行，(称为R方式调用，其指令发给智能网关)例如：调用智能网关的使所有智能用电器全开或全关场景；

B、命令就是发给智能用电器自己的，(称为C方式调用，由智能家居终端自己执行一系列的命令，可以是智能家居终端能执行的任何命令)例如：设置关灯，或设置使LED灯变色，或其他自己一种设置状态的改变，例如安防设备进入第几级布防；

C、命令是由智能用电器发送给其他智能家居终端的命令(称为E方式调用)，这种命令不由智能网关转发而直接或通过无线路由器发送到达目标智能用电器，目标智能用电器接收到该命令即可立即执行该命令。

为了区分命令发送对象的不同，本实用新型提供的一种基于ZigBee网状结构的智能家居系统的场景有3种调用方式，即上述的R方式，C方式，E方式。需要注意的是，网关只有R方式，不存在C和E方式。各种方式以及使用场合和方法可以具体采用以下方式：

(1)R调用方式下场景的设置与作用及命令格式：

网关场景R方式调用的意思是按R方式调用智能网关中的场景。

命令格式是：

AT+GCAST＝R**

其中**是场景的ID号。

而设置命令的格式为：

AT+GCAST＝A，****，命令

其中****为要控制的智能用电器的DSA。

R场景中保存的命令的格式为：

****，命令(按这个计算长度)

保存的命令是去掉“AT+GCAST＝A，”后的剩余部分。

其中****为要控制的智能用电器的DSA。

当且仅当DSA为0900-0919的时候，表示场景中再调用场景。

终端场景R方式调用一个智能用电器里的场景的命令格式是：

AT+UCAST＝****，AT+GCAST＝R**

其中****为智能用电器的DSA，**为场景ID号。

而设置命令的格式为：

AT+UCAST＝****，AT+GCAST＝A，AT+UCAST＝****，命令

前一个****是写入场景的智能用电器的DSA，后一个****是被控制的智能用电器的DSA。

当终端R场景中保存的命令的格式为：

****，命令。

意思是这个命令是发送给智能网关的，然后通过智能网关转发一个命令。

如果命令是在终端的场景中调用网关中的场景，亦即是让网关执行一个网关命令，那么：

设置命令的格式为：

AT+UCAST＝****，AT+GCAST＝A，AT+GCAST＝R**

保存的命令是：

AT+GCAST＝R**

保存的命令是去掉“AT+UCAST＝****，AT+GCAST＝A，”后的剩余部分。

其中，前一个DSA是是写入场景的智能用电器的DSA。R后面的**是智能网关中的场景ID。

(2)C方式下的场景调用

此方式只用于智能用电器。这个方式的命令是给智能用电器自己执行的。

调用的命令格式是：

AT+UCAST＝****，AT+GCAST＝C**

其中****为智能用电器的DSA，**为场景ID号。

而设置的命令格式为：

AT+UCAST＝****，AT+GCAST＝A，命令

保存的命令的格式为：

命令

其中****是写入场景的智能用电器的DSA。

(3)E方式下的场景调用

调用的命令格式是：

AT+UCAST＝****，AT+GCAST＝E**

其中****为终端的DSA，**为场景ID号。

而设置的命令的格式为：

AT+UCAST＝****，AT+GCAST＝A，****，命令

前一个****是写入场景的智能用电器的DSA，后一个****是被控制的智能用电器的DSA。

保存的命令的格式为：

****，命令

(三)场景中调用场景和场景中的延时

(1)场景中再调用场景

在场景中可以调用其它已经设置好的场景。可以调用自己的场景或者别的设备的场景。调用一个自己的场景时，新的场景会执行起来，而原来场景不再执行下去了。调用其它设备的场景，自己的场景还会执行下去。

(2)场景中的延时

当执行一个命令集合时，我们可以设置每个命令之间执行的时间的一个延时，例如变换LED灯的色彩时，或打开一个门后，延时一段时间再关上。

延时的命令格式为：AT+GCAST＝A，09FF，****为延时的时间，延时的时间是16进制，目前最大的延时为65秒。

Claims (9)

1.一种基于ZigBee网状结构的智能家居系统，包括一个以上设有ZigBee模块的智能用电器、设有标准以太网接口的智能网关、一个以上智能家居终端，以及连接远程服务器的无线路由器，其特征在于：所述智能网关为基于ZigBee协议并且开启DHCP服务的智能网关，所述无线路由器为开启DHCP服务的无线路由器，所述智能用电器之间以及智能用电器和智能网关之间均通过ZigBee无线网络通信，智能网关和无线路由器通过网线连接，智能家居终端通过WIFI网络与无线路由器通信。

2.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee网状结构的智能家居系统，其特征在于：所述一个以上智能家居终端包括手机和/或平板电脑。

3.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee网状结构的智能家居系统，其特征在于：所述ZigBee模块由CC2538芯片及其外接电路组成。

4.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee网状结构的智能家居系统，其特征在于：所述智能网关采用RTL8019AS芯片，其X1引脚和X2引脚与20MHz晶振连接。

5.根据权利要求3所述的一种基于ZigBee网状结构的智能家居系统，其特征在于：RTL8019AS芯片通过网络滤波片20f-01与网线连接。

6.根据权利要求3所述的一种基于ZigBee网状结构的智能家居系统，其特征在于：所述网线采用RJ45接口。

7.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee网状结构的智能家居系统，其特征在于：智能用电器均设有唯一的距离软件地址DSA。

8.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee网状结构的智能家居系统，其特征在于：所述智能网关设有用于标识智能网关所接入的ZigBee网络的SPAN。

9.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee网状结构的智能家居系统，其特征在于：所述智能家居终端存储有预设场景数据，并设置有用于触发场景模式的触控装置。