CN204462684U - 基于fpga和云平台的智能家居系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于FPGA和云平台的智能家居系统，包括主控制器、人机交互模块、因特网模块、GSM模块和ZigBee模块，人机交互模块、因特网模块、GSM模块、ZigBee模块分别与主控制器相连，控制器包括FPGA、显示屏、存储模块、报警器、电源模块、配置模块、WAN接口、JTAG接口、RS232接口，显示屏、存储模块、报警器、电源模块、配置模块、WAN接口、JTAG接口、RS232接口分别与FPGA相连。本实用新型融合了ZigBee、Internet、GSM三重网机制络，更加有利于智能终端对家居系统的控制，智能化程度更高，适用范围更广，安全性更强。

Description

基于FPGA和云平台的智能家居系统

技术领域

本实用新型涉及一种智能家居系统，特别涉及一种基于FPGA和云平台的智能家居系统。

背景技术

智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，从而提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。

目前，传统智能家居系统在诸多方面存在着不足；首先，传统的智能家居系统主要以ARM、单片机为平台核心处理器，处理速度受到限制，并且接口资源有限。其次，传统智能家居系统在系统配置和后期的软件升级方面需要专业人士，后期维护费用较高，投入较大。另外，传统的智能家居控制端与各个终端设备之间的通信方式大多为有线网络或者WIFI，存在布线繁琐或者信号覆盖面小，穿墙能力弱的问题。而且，传统的智能家居系统连接到的网络比较单一，主要以Internet网络为主，当智能终端没有Internet网络时，无法实现与家居系统的互联，系统的正常工作受到限制。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种处理速度快、成本低、智能化程度高、安全性强的基于FPGA和云平台的智能家居系统。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种基于FPGA和云平台的智能家居系统，包括主控制器、人机交互模块、因特网模块、GSM模块和ZigBee模块，所述人机交互模块、因特网模块、GSM模块、ZigBee模块分别与主控制器相连。

上述基于FPGA和云平台的智能家居系统中，所述主控制器包括FPGA、显示屏、存储模块、报警器、电源模块、配置模块、WAN接口、JTAG接口、RS232接口，所述显示屏、存储模块、报警器、电源模块、配置模块、WAN接口、JTAG接口、RS232接口分别与FPGA相连，GSM模块通过RS232接口与FPGA相连。

上述基于FPGA和云平台的智能家居系统中，所述因特网模块包括智能终端和云平台，所述智能终端与云平台相连，云平台通过WAN接口与FPGA相连。

上述基于FPGA和云平台的智能家居系统中，所述智能终端包括个人电脑、智能手机、平板电脑、智能电视。

上述基于FPGA和云计平台的智能家居系统中，所述ZigBee模块包括ZigBee协调器、传感器模块、灯光控制模块、家电控制模块和安防模块，所述ZigBee协调器与FPGA相连，传感器模块、灯光控制模块、家电控制模块、安防模块分别与ZigBee协调器相连。

上述基于FPGA和云平台的智能家居系统中，所述传感器模块包括温湿度传感器、气体传感器、烟雾传感器。

上述基于FPGA和云平台的智能家居系统中，所述安防模块包括窗磁红外传感器、门磁红外传感器。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型的主控制器采用了支持嵌入式软核的FPGA芯片，充分利用了FPGA可编程、可重构、低功耗、接口资源丰富、并行处理机制的优势，相对于传统使用ARM，单片机为处理器的智能家居系统，提高了系统的处理能力，丰富了系统接口资源；

2、本实用新型融合了ZigBee、Internet、GSM三重网机制络，更加有利于智能终端对家居系统的控制，智能化程度更高，适用范围更广，安全性更强；

3、本实用新型的家庭内部网络采用ZigBee网络，具有低功耗、安全性高、兼容性好、支持网络节点多、实现成本低等优点；采用无线组网方式，避免了一些传统智能家居系统有线组网存在的布线困难，成本高的缺点。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构框图。

图2为图1中主控制器的结构框图。

图3为图2中电源模块电路原理图。

图4为图2中JTAG接口的电路原理图。

图5为图2中RS232接口的电路原理图。

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的说明。

如图1、图2所示，本实用新型包括主控制器、人机交互模块、因特网模块、GSM模块和ZigBee模块，所述人机交互模块、因特网模块、GSM模块、ZigBee模块分别与主控制器相连。

人机交互模块主要包括TFT彩色触摸屏、PC机上专门开发的上位机界面；能够实时显示终端节点采集到的数据信息和控制相关模块。

所述主控制器包括FPGA芯片；用于为FPGA芯片提供Internet网络接入能力，实现FPGA芯片与云平台相互通信的WAN接口；用于为FPGA芯片提供程序下载，实现智能家居系统维护的JTAG接口；用于实现智能家居主控器与GSM模块通信的RS232接口；用于为FPGA芯片提供时钟信号的有源晶振；用于实现FPGA重新上电后仍然能够自动加载程序的配置模块；用于给整个家居系统提供电源供给的电源模块；用于保存主控器的代码及运行所需要的系统参数与应用参数的存储模块；用于产生系统报警信号的报警器；用于显示系统参数的显示屏；所述显示屏、存储模块、报警器、电源模块、配置模块、WAN接口、JTAG接口、RS232接口分别与FPGA相连，GSM模块通过RS232接口与FPGA相连。

所述因特网模块包括智能终端和云平台，智能终端包括个人电脑、智能手机、平板电脑、智能电视，所述智能终端与云平台相连，云平台通过WAN接口与FPGA相连，云平台中心作为信息处理后台中心，负责来自主控制器的所有实时信息的处理、转发、存储；同时，也接收来自智能终端设备发送的请求信息。

所述ZigBee模块包括ZigBee协调器、传感器模块、灯光控制模块、家电控制模块和安防模块，所述ZigBee协调器与FPGA相连，传感器模块、灯光控制模块、家电控制模块、安防模块分别与ZigBee协调器相连。

所述传感器模块包括温湿度传感器、气体传感器、烟雾传感器，用于检测室内的温湿度、CO浓度和烟雾浓度。

所述安防模块包括窗磁红外传感器、门磁红外传感器，窗磁红外传感器、门磁红外传感器安装在用户家中的相关物理设备上，这些红外传感器实时通过ZigBee模块、因特网模块与云计算模块通信，将获得的实时数据转发到云平台中心，当发生报警情况下，还通过GSM模块与用户手机直接通信。

灯光控制模块主要指家中的照明电器，其上面布置有相应的控制模块，无线接收模块。当无线接收模块到来自ZigBee协调器的控制信号时，控制模块会对照明电器执行相应的控制；主要包括执行亮度调节，开关调节。

家电控制模块：在该模块中，给家庭中所需的电器（如空调、电视、热水器等）配置红外传感器，红外传感器与云平台中心通信，在智能终端设备上可以通过Internet网络监控家居设备。

本实用新型的工作原理如下：主控制器通过ZigBee协调器与分布在家庭中的各个终端节点（传感器模块、灯光控制模块、家电控制模块、安防模块）进行通信，主控制器获取相关信息之后再通过Internet上传到云计算模块，在云计算模块进行信息的处理和存储，这样，智能终端在何时何地都可以通过Internet接入到云平台，获取家中各个终端节点的信息。同样，智能终端可以根据终端节点的地址信息，通过发送相关控制信号，经过云平台、主控制器、ZigBee协调器，达到指定终端节点，完成对指定终端节点的控制。当终端节点出现报警信号时，比如：当家里出现火灾，分布在家中指定位置的烟雾传感器检测到烟雾浓度超标，产生火灾报警信号，报警信号通过ZigBee协调器，传递到主控器，再通过主控器的WAN接口，传递到云平台，如果智能终端已连接到云平台，在智能终端上会产生报警信号，告诉用户家里产生了火情，请及时处理；同时，如图2所示的报警器，也会产生报警声音，通知用户；GSM模块通过给预先设置的电话号码拨打电话/发短信的方式，告知用户家里产生警报信号，这种报警机制可以避免智能终端在没有Internet网络的环境下出现遗漏报警情况。

Claims (7)

1.一种基于FPGA和云平台的智能家居系统，其特征在于：包括主控制器、人机交互模块、因特网模块、GSM模块和ZigBee模块，所述人机交互模块、因特网模块、GSM模块、ZigBee模块分别与主控制器相连。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA和云平台的智能家居系统，其特征在于：所述主控制器包括FPGA、显示屏、存储模块、报警器、电源模块、配置模块、WAN接口、JTAG接口、RS232接口，所述显示屏、存储模块、报警器、电源模块、配置模块、WAN接口、JTAG接口、RS232接口分别与FPGA相连，GSM模块通过RS232接口与FPGA相连。

3.根据权利要求2所述的基于FPGA和云平台的智能家居系统，其特征在于：所述因特网模块包括智能终端和云平台，所述智能终端与云平台相连，云平台通过WAN接口与FPGA相连。

4.根据权利要求2所述的基于FPGA和云平台的智能家居系统，其特征在于：所述智能终端包括个人电脑、智能手机、平板电脑、智能电视。

5.根据权利要求2所述的基于FPGA和云平台的智能家居系统，其特征在于：所述ZigBee模块包括ZigBee协调器、传感器模块、灯光控制模块、家电控制模块和安防模块，所述ZigBee协调器与FPGA相连，传感器模块、灯光控制模块、家电控制模块、安防模块分别与ZigBee协调器相连。

6.根据权利要求5所述的基于FPGA和云平台的智能家居系统，其特征在于：所述传感器模块包括温湿度传感器、气体传感器、烟雾传感器。

7.根据权利要求5所述的基于FPGA和云平台的智能家居系统，其特征在于：所述安防模块包括窗磁红外传感器、门磁红外传感器。