CN204479937U - 一种用于智能家居近距离通讯的多机无线通讯系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于智能家居近距离通讯的多机无线通讯系统，包括一个以上的智能家居系统，各智能家居系统间通过无线通信传输，所述智能家居系统包括一家居控制单元，所述家居控制单元的硬件系统部分包括一单片机，所述单片机上接有四个模块，分别为按键输入模块、显示输出模块、接收模块和发射模块，硬件系统部分的电路部分包括主机电路、发射和接收电路、液晶外围控制电路。本实用新型采用无线通讯技术，便于安装、调试、维护使用，可灵活配置以满足一机对多机的中央控制方式的通讯、单机对单机对等通讯、多机与多机轮询等方式的无线通讯，适合多场景智能家居开发的通信需要。

Description

一种用于智能家居近距离通讯的多机无线通讯系统

技术领域

本实用新型涉及一种用于智能家居近距离通讯的多机无线通讯系统。

背景技术

智能家居行业逐步进入快速发展，现有的智能家居通讯多采用有线通讯或中控式无线通讯，安装、调试、使用中有局限。

现有智能家居中采用的通讯技术主要采用中央控制方式的有线或者无线通讯技术实现各室内家装、家居、家电等居家设施之间的通讯。采用有线方式不适合家居的日常使用、维护中需要移动的情况；采用中控式无线通讯解决了移动不方便问题，但满足不了部分需要家居间信息交换的场景。而且部分现有的无线通讯单元的通讯安全性和稳定性不够。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种采用无线通讯技术，便于安装、调试、维护使用，可灵活配置以满足一机对多机的中央控制方式的通讯、单机对单机对等通讯、多机与多机轮询等方式的无线通讯，适合多场景智能家居开发的通信需要的用于智能家居近距离通讯的多机无线通讯系统。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：一种用于智能家居近距离通讯的多机无线通讯系统，包括一个以上的智能家居系统，各智能家居系统间通过无线通信传输，所述智能家居系统包括一家居控制单元，所述家居控制单元的硬件系统部分包括一单片机，所述单片机上接有四个模块，分别为按键输入模块、显示输出模块、接收模块和发射模块，硬件系统部分的电路部分包括主机电路、发射和接收电路、液晶外围控制电路，所述按键输入模块为一键盘，所述显示输出模块为一显示器，所述接收模块为一传感器，所述发射模块为射频单元，所述按键输入模块、显示输出模块、接收模块和发射模块间均与单片机的输入输出端连接。

作为优选的技术方案，所述发射和接收电路包括一定时器中断模块、发送短信模块和一接收短信模块，发射和接收电路采用433MHz高频发射和接收模块，定时器中断模块包括至少3个定时器。

作为优选的技术方案所述硬件系统部分还包括EEPROM数据存储器模块、脉宽调制CCP模块，单片机采用PICl6F877A芯片作为系统的主控制器，主机电路包括一主控芯片、晶体振荡电路和在线仿真接口。

作为优选的技术方案，所述液晶外围控制电路采用诺基亚3310LCD显示模块。该LCD为84×48点阵的液晶屏，一屏可显示4×7个汉字，或6×14个英文、数字、标点符号字符。

本实用新型的有益效果是：1、采用无线通讯技术，便于安装、调试、维护使用；

2、可灵活配置以满足一机对多机的中央控制方式的通讯、单机对单机对等通讯、多机与多机轮询等方式的无线通讯；

3、采用分层式、自定义通讯协议，安全可靠；

4、适合多场景智能家居开发的通信需要；

5、采用单片机控制技术，便于二次开发嫁接。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的系统框图；

图2为本实用新型的通讯总控流程图；

图3为本实用新型的系统整体结构框图；

图4为本实用新型主机电路图；

图5为发射和接收电路图；

图6为液晶外围电路图；

图7为中断服务程序流程图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1、图2和图3所示，本实用新型的一种用于智能家居近距离通讯的多机无线通讯系统，包括一个以上的智能家居系统，各智能家居系统间通过无线通信传输，所述智能家居系统包括一家居控制单元，所述家居控制单元的硬件系统部分包括一单片机，所述单片机上接有四个模块，分别为按键输入模块、显示输出模块、接收模块和发射模块，硬件系统部分的电路部分包括主机电路、发射和接收电路、液晶外围控制电路，所述按键输入模块为一键盘，所述显示输出模块为一显示器，所述接收模块为一传感器，所述发射模块为射频单元，所述按键输入模块、显示输出模块、接收模块和发射模块间均与单片机的输入输出端连接。

发射和接收电路包括一定时器中断模块、发送短信模块和一接收短信模块，发射和接收电路采用433MHz高频发射和接收模块，定时器中断模块包括至少3个定时器。

硬件系统部分还包括EEPROM数据存储器模块、脉宽调制CCP模块，单片机采用PICl6F877A芯片作为系统的主控制器，主机电路包括一主控芯片、晶体振荡电路和在线仿真接口。

液晶外围控制电路采用诺基亚3310 LCD显示模块。该LCD为84×48点阵的液晶屏，一屏可显示4×7个汉字，或6×14个英文、数字、标点符号字符。

主机电路设计：

由于系统涉及的程序量比较大，所以要求Flash程序存储器的存储量不能太小；对发射和接收的短信进行存储，要用到EEPROM数据存储器模块，EEPROM数据存储器存储的内容掉电时不会丢失；接收解码需要脉宽的捕捉和比较功能，要用到捕捉/比较/脉宽调制CCP模块；发射、接收以及时钟均要用到独立的定时器，所要求的定时器的个数不少于3个。基于设计需要，采用Microchip公司的PICl6F877A芯片作为系统的主控制器。该电路主要由主控芯片、晶体振荡电路和在线仿真接口组成，如图4所示。设计中使用MCLR、RB6、RB7三个接口作为在线仿真接口。

发射和接收电路的设计：

采用433MHz高频发射和接收模块。如图5所示，433MHz的高频发射电路在控制脚为高电平时起振并发射等幅高频信号，当控制脚为低电平时停止振荡。因此，可以用控制脚对高频电路完成幅度键控(ASK调制)，相当于调制度为100％的调幅。当接收模块接收到433MHz的等幅高频信号时，信号脚就输出高电平，否则输出低电平。所以接收信号脚的高低电平变化会与发射控制脚的高低电平变化相对应。多个接收模块可以同时接收到同一个发射模块发射的信号，可以实现一机发送，多机同时接收。图3所示电路是高频433MHz载波的发射和接收模块。433MHz的高频发射电路在控制脚B5为高平时，三级管T1导通，T2射级接地起振并发射等幅高频433MHz的信号；当控制脚B5为低电平时，就停止振荡。因此，可以用控制脚B5对高频电路完成幅度键控(ASK调制)，相当于调制度为100％的调幅。当接收模块接收到433MHz的等幅高频信号时，信号脚就输出高电平到C2口，若未收到433MHz的等幅高频信号则输出低电平。所以接收信号脚的高低电平变化会与发射控制脚的高低电平变化相对应。

液晶外围控制电路的设计：

采用诺基亚3310 LCD显示模块。该LCD为84×48点阵的液晶屏，一屏可显示4×7个(12×12点阵)汉字，或6×14个(6×8点阵)英文、数字、标点符号等字符。该液晶显示器轻薄短小、低功耗电量，常用于手机显示。液晶外围电路如图6所示。

通讯协议：

本无线通信协议模仿OSI分层模型分为以下3层，各层之间相互独立，灵活性好，适应性强。

(1)物理层

物理层处于最低层，其任务是传送和接收比特流。物理层关心的问题是：

如何表示″1″和″O″；如何排除干扰；传输是否在两个方向上同时进行等。本设计中使用433MHz高频发射模块和接收模块作为无线通信桥梁，固定的频率限制了数据传输在同一时刻只能在一个方向上进行，所以两个方向上的数据传输要在交替发生的情况下才能完成。

(2)数据链路层

数据链路层使用由物理层提供的服务，并通过添加错误处理机制将简单的数据链路改造成可靠的数据链路，再提供给应用层。数据链路层以码字为单位传输数据，每一码字包括数据和必要的校验信息。在此自定义为无线传输协议(Wireless Transmission Protocol，WTP)。

(3)应用层

应用层处于最高层，它为应用进程提供了接入点，直接为用户的应用进程提供服务。在此自定义为短信通信协议(Message Communication Protocol，MCP)。

2、定时器T2中断模块

中断处理采用片内CCPI中断捕捉方式，对外部接口引脚CCP上输入的脉冲信号上升沿或下降沿进行实时捕捉检测。借助于这个强大的边沿捕捉功能，很容易对信号的高电平时间进行检测，从而实现对WTP解读功能。中断服务程序流程如图7所示。

在解读WTP过程中只要判断出同步码，就对这一码字进行初始化，把脉冲个数计数器清O；然后每捕捉到一个高电平，脉冲个数计数器就加1并保存记录该脉冲。捕捉到一个高电平后，若高电平时间宽度为409.6～819.2μs，就认为是窄脉冲；高电平时间宽度为819.2～1228.8μs，就认为是宽脉冲；若高电平时间宽度小于409.6μs或大于1228.8μs，则认为该脉冲为干扰信号，当低电平时间宽度大于819.2μs时也认为是干扰信号。收到干扰信号后将脉冲个数计数器清0，并把正在接收的码字丢弃处理。当接收到25个脉冲后对前面16个脉冲进行处理，若每个位码不是由一个窄脉冲和一个宽脉冲组成的就认为接收正常。接收正常后，通过一个接收到数据的标志位反馈到M C P(短信通信协议)上处理，通信协议会根据该标志位到接收缓存中取刚刚接收到的数值。

根据无线传输协议定义，发送的一个完整的码字由数据码、校验码、同步码组成(图中用虚线隔开这3个部分)。数据码和校验码都用宽度不同的脉冲来表示，2个窄脉冲表示″0″，2个宽脉冲表示″1″。每组字码之间有同步码隔开，同步码用一个窄脉冲和一个比较宽的低电平表示。一个字码由8位数据码、4位校验码和1个窄脉冲组成。若每个位码用2个脉冲来代表，则一个码字就是由25个脉冲组成。无线传输协议定义窄脉冲时间宽度为739.2μs，宽脉冲时间宽度为1156.8μs，而脉冲之间的低电平时间统一为331.2μs，同步码的低电平时间宽度为5ms。

发送短信模块

这个模块实现MCP功能，编辑短信采用ASCII码格式，短信内容取值范围为ASCII码的20H～7AH，ASCII码内容可以参照ASCII码表。7CH～7FH作为特殊功能码来处理。短信内容格式要求为3个字符的″名字+内容″。例如：要给名为LZX的通信器发短信，可写成″LZX：.....″。

应用层的短信通信协议要求发送机发送短信顺序是：

①发送短信开始码(即7FH)；

②发送短信的头3个字符(即接收者的名字)；

③等待接收者的短信开始应答信号(即7D H)；

④收到应答信号后开始发送短信内容；

⑤短信内容发完后发短信结束码(即7EH)；

⑥等待接收者的短信结束应答信号(即7C H)。

由于是无线发送与接收，有时会接收不到信号，所以当没有收到短信开始应答信号时就从第一步再开始执行。若执行8次依旧没有收到应答信号，就得出″无此人发送失败″的结果。若没有收到短信结束应答信号，就得出″发送中止失败″的结果，否则就显示″对方已收到″。

因为无线发射的特点，第一组字码非常容易受零电平干扰，往往会产生误码，所以刚开始发射的短信开始码一般要发2～3次。

接收短信模块

在这个模块中实现对MCP解读功能。根据MCP，在解读中只要判断出接收到短信开始码，就将收短信的标志位置1，并开始设置一个通信超时值，然后继续接收下3个字符再与本身名字或万能名比较。应用层的短信通信协议要求接收机接收短信顺序是：

①一旦接收到短信开始码就进入接收短信；

②接收3个字符后与本身名或万能名比较，若同名就反馈应答信号，否则返回到①；

③继续接收短信内容；

④接收到结束码后反馈应答信号，若没收到结束码且通信超时则返回到①。

在任何状态收到短信的结束码后都会在液晶显示屏的第一行显示″receivea mess″，并以声、光形式提示收到短信，由用户手动查阅新的短信。

本实用新型的有益效果是：1、采用无线通讯技术，便于安装、调试、维护使用；

2、可灵活配置以满足一机对多机的中央控制方式的通讯、单机对单机对等通讯、多机与多机轮询等方式的无线通讯；

3、采用分层式、自定义通讯协议，安全可靠；

4、适合多场景智能家居开发的通信需要；

5、采用单片机控制技术，便于二次开发嫁接。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种用于智能家居近距离通讯的多机无线通讯系统，其特征在于：包括一个以上的智能家居系统，各智能家居系统间通过无线通信传输，所述智能家居系统包括一家居控制单元，所述家居控制单元的硬件系统部分包括一单片机，所述单片机上接有四个模块，分别为按键输入模块、显示输出模块、接收模块和发射模块，硬件系统部分的电路部分包括主机电路、发射和接收电路、液晶外围控制电路，所述按键输入模块为一键盘，所述显示输出模块为一显示器，所述接收模块为一传感器，所述发射模块为射频单元，所述按键输入模块、显示输出模块、接收模块和发射模块间均与单片机的输入输出端连接。

2.根据权利要求1所述的用于智能家居近距离通讯的多机无线通讯系统，其特征在于：所述发射和接收电路包括一定时器中断模块、发送短信模块和一接收短信模块，发射和接收电路采用433MHz高频发射和接收模块，定时器中断模块包括至少3个定时器。

3.根据权利要求1所述的用于智能家居近距离通讯的多机无线通讯系统，其特征在于：所述硬件系统部分还包括EEPROM数据存储器模块、脉宽调制CCP模块，单片机采用PICl6F877A芯片作为系统的主控制器，主机电路包括一主控芯片、晶体振荡电路和在线仿真接口。

4.根据权利要求1所述的用于智能家居近距离通讯的多机无线通讯系统，其特征在于：所述液晶外围控制电路采用诺基亚3310LCD显示模块，该LCD为84×48点阵的液晶屏，一屏可显示4×7个汉字，或6×14个英文、数字、标点符号字符。