CN204990668U - 一种多通信协议智能家居系统中心控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多通信协议智能家居系统中心控制器，由中心模块和通信模块组成，所述中心模块和通信模块之间使用串口方式进行连接并传输信息；中心模块由MCU、电源供电电路、JTAG接口电路、USB接口电路及显示接口电路组成；通信模块包括ZigBee通信模块、WiFi通信模块、蓝牙通信模块；各通信模块使用串口通信的方式和MCU连接。本实用新型可以应用于智能家居领域，使用模块化设计的各通信模块和用于数据传输的统一的信息格式，有效解决了现有智能家居系统不便于维护和升级的不足，提高了系统的适应性和方便性，简化了系统后期的维护，增强了系统的功能升级和扩展能力。

Description

一种多通信协议智能家居系统中心控制器

技术领域

本实用新型涉及一种多通信协议智能家居系统中心控制器（简称中控），适用于智能家居系统；具体为使用统一的接口，将ZigBee，WiFi，蓝牙等模块与中控进行连接，使中控具备多通信协议兼容工作能力，并且，使用模块化方式设计的中控，可以通过增加新的功能模块为中控增加新的通信协议，或通过升级现有的功能模块以获得性能上的提升，属于智能家居领域。

背景技术

智能家居系统是将先进的传感器技术、网络技术、通信技术、计算机技术和自动控制技术应用到家居领域，将家居中的电器设备以及生活设施连接集成，提高家居的安全性和舒适性。与普通家居相比，智能家居提供传统家居的居住功能同时，还实现了用户和家居的互动，优化了用户的生活方式。

其中，中心控制器（简称中控）是整个智能家居系统的核心，功能是完成系统中各家居设备的工作状态控制和系统的通信控制。由于现有的智能家居系统复杂，涉及设备众多，而且每种设备的工作特点不同，采用不同的通信方式，例如传感器使用ZigBee无线通信方式向中控上报环境数据，智能手持设备使用WiFi与中控进行信息交换，遥控器使用蓝牙方式连接中控实现对家居设备工作状态的控制。所以，作为智能家居系统核心的中控，必须具备多协议兼容工作的能力，以适应不同的设备或模块的连接。

目前，现有的方案是在设计时考虑到智能家居系统的各种可能的需求，在设计开发时，就将通信模块固化到中控内部。对于存在多种通信协议的智能家居系统，就需要集成多种通信模块，虽然也可以提高中控的多协议兼容能力，但降低了中控的维护升级能力。因为通信模块是固化到中控内部的，因此，如果某个通信模块发生故障，或是添加新的家居设备需要新的通信协议支持时，就需要更换整个中控，后期维护和升级不方便，且成本较高。

随着电子技术的不断发展和芯片集成技术的提高，芯片的处理能力不断增强，可输入的通道数也越来越多。因此，业界急需一种新型的适应性强，使用方便的多通信协议智能家居系统中心控制器。

实用新型内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种多通信协议智能家居系统中心控制器，其可以应用于智能家居领域，使用模块化设计的各通信模块和用于数据传输的统一的信息格式，有效解决了现有智能家居系统不便于维护和升级的不足，提高了系统的适应性和方便性，简化了系统后期的维护，增强了系统的功能升级和扩展能力。

为了达到上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种多通信协议智能家居系统中心控制器，该中心控制器由中心模块和通信模块组成，所述中心模块和通信模块之间使用串口方式进行连接并传输信息；

所述中心模块由MCU、电源供电电路、JTAG接口电路、USB接口电路及显示接口电路组成；

所述通信模块包括但不限于ZigBee通信模块、WiFi通信模块、蓝牙通信模块；

通信模块使用串口通信的方式和MCU连接，通信模块通过引线连接到中心模块的MCU上的对应端口的引脚；通信模块的发送单元连接到MCU的接收单元，通信模块的接收单元连接到MCU的发送单元，用于完成数据的传输；通信模块的电源和地连接到中心模块上的电源和地，利用中心模块上的电源电路进行供电。

其中，电源供电电路用于将电源适配器输入的12V直流电转换成中控以及其他部分所需要的5V和3.3V电源。

JTAG接口电路用于将调试器通过JTAG接口连接到MCU，这样就可以通过JTAG接口将中控的程序下载到MCU中，还可以通过JTAG接口进行程序的调试。

USB接口电路使用转换芯片将USB转为串口使用。中心控制器可以通过USB接口连接电脑，电脑中的上位机软件就可以接收中控发送的信息，并可以发送控制指令。

其中，所述显示接口电路用于连接显示屏。

本实用新型在使用时，中心控制器所需要的12V直流电源，由电源适配器提供，电源适配器可以将交流220V的市电转换成12V直流电。中心控制器中的程序即可以运行，完成中心控制器的控制和显示功能。中心控制器和其他家居之间的通信依靠各种通信模块完成，每一个通信模块可以支持一种或多种通信协议，这样，中控便可以根据所配置的通信模块实现多通信协议兼容通信能力。当某个通信模块发生故障需要更换，或是需要升级某个通信模块时，只需要使用新的通信模块替换掉原有的通信模块，然后连接好对应的接线即可。

其中，所述中心模块的MCU采用STM32F407ZGT6，该型芯片具有192KB的SRAM、1024KB的FLASH、2个32位定时器、6个串口。该型芯片配置十分强大，运算处理速度快，可用端口多，可以完全满足智能家居系统的需求。

电源供电电路采用MP2359和AMS1117两个电源转换稳压芯片。其中MP2359芯片的功用是将12V电源转换成5V电源。AMS1117为3.3V稳压芯片，给电路提供3.3V电源。

JTAG接口使用标准的20针方式。

USB接口使用的MiniUSB座，提供中控和电脑的接口，USB转串口使用的是CH340G芯片。用于将USB接口传送过来的数据，转换成串口通信所需要的TTL电平，实现串口通信功能。

显示屏采用的是7寸LCD彩色触摸显示屏，可以显示更多更丰富的信息。它和MCU之间的连接使用34针并口的方式，连接在MCU的FSMC总线上面。

ZigBee通信模块使用的是基于CC2530SOC的方案，使用的是德州仪器的CC2530F256型芯片，该芯片集成高性能8051内核、ADC、USART等，支持ZigBee协议栈该型芯片完全满足IEEE802.15.4标准和ZigBee2010技术标准。该通信模块使用串口方式连接至MCU，完成数据通信。

WiFi通信模块使用Hi-Link公司的HLK-RM04方案，该模块通过了FCC和CE认证，内置TCP/IP协议栈，能够实现用户串口、以太网和WiFi接口之间的转换。该通信模块使用串口方式连接至MCU，完成数据通信。

蓝牙通信模块使用HC-05串口蓝牙模块，该模块功能强大，支持蓝牙2.0协议，支持主从模式，支持多达29条AT命令及9条自动反馈指令，支持波特率1200到1382400。该通信模块使用串口方式连接至MCU，完成数据通信。

如果需要增加支持其他通信协议的模块，只需要将该模块设计成串口连接的方式，使用串口和MCU进行连接，完成通信。

本实用新型的优点在于：

（1）本实用新型提供的多通信协议智能家居系统中心控制器使用了模块化方式进行整体设计，各功能模块在逻辑和功能上相互独立，之间使用松耦合连接，降低了各模块之间的依赖性。

（2）本实用新型提出的多通信协议智能家居系统中心控制器具有良好的维护性。由于使用了模块化设计，当某一功能模块发生故障时，只需更换故障的模块即可，充分地利用了原有的完好资源，增强了中控的维护性，节约了维护成本。

（3）本实用新型提出的多通信协议智能家居系统中心控制器具有较强的扩展能力。用于支持不同通信协议的通信模块是独立的，因此，如果想为中控增加新的通信协议的支持，只需要将新的模块连接到中心控制器上即可，中心控制器中的程序无需做任何改变即可具备新通信协议的通信能力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型结构特征和技术要点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

图1为本实用新型一优选实施例中的中心控制器的内部组成示意图；

图2是电源供电电路的原理图；

图3是JTAG接口电路的原理图；

图4是USB接口电路的原理图；

图5是LCD显示接口电路的原理图；

图6是ZigBee通信模块原理图；

图7是WiFi通信模块原理图；

图8是蓝牙通信模块原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例做进一步描述：

如图1所示，为本实施例所述多通信协议智能家居系统中心控制器，其内部是由中心模块和通信模块组成。其中中心模块包括MCU，JTAG接口电路，USB接口电路和显示接口电路。通信模块包括ZigBee通信模块、WiFi通信模块及蓝牙通信模块，各通信模块通过串口方式连接到MCU各通道对应的接口上。

如图2所示，电源供电电路负责整个中心控制器的电源的供应，电源供电电路将电源适配器输入的12V直流电转换成中控以及其他部分所需要的5V和3.3V电源。POWER表示外部输入的12V电源，经过MP2359转换为5V电源输出，其中H2是防反接二极管，避免外部直流电源极性错误的时候，损坏电路。POWER输入的12V电源连接到MP2359芯片的IN输入管脚，EN管脚表示芯片使能端，通过电阻R3连接到电源，使芯片工作。SW管脚是MP2359的输入端口，用于输出经转换后的5V电源。K1为总电源开关。L1电感可以隔离电源中的交流分量，C2和C3耦合电容可以起滤波作用，使输出的电源更加稳定。MP2359输出的5V电源经电源按键K1，连接到芯片AMS1117的IN输入管脚。当按下电源按键时，电路接通，AMS1117芯片就可以将MP2359芯片输送过来的5V电源，转换成3.3V电源，供给电路使用。C7和C8耦合电容起到滤波的作用。

如图3所示，JTAG接口电路用于将调试器通过JTAG接口连接到MCU，用于中心控制器内置程序的烧写和调试。JTAG使用的20针的接口，其中，各GND端口连接到地。1号VDD端口和2号VDD端口连接3.3V电源，用于供电使用，TRST、TDI、TMS/SWDJO和TDO/SWO端口通过电阻连接到3.3V电源。TCK/SWCLK端口通过电阻R15连接到地。其余的NC端口均悬空。

如图4所示，USB接口电路可以将USB转为串口使用，中控就可以通过USB接口连接电脑，和电脑中的上位机软件进行通信，用于显示中控发送的信息，并可以向中控发送控制指令。USB转串口使用的是CH340G芯片，该芯片有16个管脚，其中GND管脚接地，CH340G的TXD管脚连接到MCU上的RXD管脚，CH340G的RXD管脚连接到MCU上的TXD管脚，D+和D-连接到USB接口上的D+和D-。XI和XO管脚连接晶振Y4，为CH340G芯片提供时钟。VCC管脚连接5V电源，为了保证输入电源的稳定，使用C91和C92耦合电容进行滤波处理。RTS和DTR管脚分别通过电阻连接到三级管Q4和Q3的基极上，用于相关控制。其余管脚如图所示，均悬空。RESET表示复位，通过二极管D7连接到三极管Q3的集电极。BOOT0是启动模式。

如图5所示，显示接口电路用于连接显示屏。中控的运行状态信息可以在显示屏上直观的进行显示，用户也可以通过触摸方式操作该显示屏，完成对系统的控制。显示屏连接到MCU的FSMC总线上面，使用的是34针并口方式连接。D0～D15分别连接到MCU的FSMC_D0～FSMC_D15管脚上，GND接地，VDD3.3连接3.3V电源，BL_VDD连接5V电源。T_MISO、T_MOSI、T_PEN、T_CS、LCD_CS用于实现对触摸屏的控制。LCD_BL控制屏幕的背光，复位信号连接到RST端口。

如图6所示，ZigBee通信模块可以为中控提供ZigBee无线通信能力。该通信模块使用ZigBee协议和其他同类型设备进行无线连接，可用于传感器信息的采集、中控命令的接收等。该通信模块使用CC2530集成式方案，其中DVDD、AVDD_DREG、AVDD1～AVDD5都连接到5V电源上，并使用旁路电容进行滤波。USB功能不使用，因此DGND_USB、USB_M、USB_P、DVDD_USB全部接地。使用P0_2和P0_3端口作为串口通信的端口，和MCU上对应的管脚连接。RF_P和RF_N是射频端口，通过电容连接到天线SMA上，实现射频的发射和接收。CC2530工作时的时钟由晶振X1和X2提供，分别跨接到管脚XOSC32M_MQ1、XOSC32M_MQ2和P2_3、P2_4上。DCOUPL管脚通过电容C14接地，RBIAS管脚通过电阻R1接地。

如图7所示，WiFi通信模块可以为中控提供WiFi无线通信能力。该通信模块使用WiFi无线通信协议和其他同类型设备进行无线连接，可用于传感器信息的采集、大数据量信息的传输、中控命令的接收等。该通信模块使用HLK-RM04方案，该模块包括J1和J2两个RJ45接口，可用于连接以太网。其中J1是广域网接口，该接口用于连接外网输入，在串口以太网模式下，该接口用于连接局域网，实现与电脑的数据传输。J2是局域网接口，可以用来连接电脑、打印机等设备，该接口只在模块工作在路由器模式下有效。路由器模式下，模块会自动分配IP地址（192.168.16.100），可以登录该IP地址修改模块的工作模式。HLK_RM04模块使用LAN及WLAN管脚分别与J1和J2两个RJ45接口上对应的管脚连接。HLK_RM04模块使用UART_TX和UART_RX管脚以串口的方式连接MCU进行串口通信。HLK_RM04模块的VCC管脚使用5V电源供电。

如图8所示，蓝牙通信模块可以为中控提供蓝牙无线通信能力。该通信模块使用蓝牙无线通信协议和其他同类型设备进行无线连接，可用于连接蓝牙无线遥控器、蓝牙智能设备等，完成对中控系统的无线遥控。该模块使用HC-05方案，HC-05内置PCB天线，HC-05模块的UART_TXD和UART_RXD管脚作为串口通信使用，经二极管D1和D2后连接到MCU上对应的管脚。GND管脚接地，VCC3.3管脚接3.3V电源。PIO8管脚经电阻和发光二极管接地，可以通过发光二极管的亮灭显示模块的工作状态。BS_LED用于输出配对状态，配对成功输出高电平，未配对输出低电平。BS_KEY用于进入AT状态，高电平有效（悬空默认为低电平）。

综上所述，本实用新型可以应用于智能家居领域，使用模块化设计的各通信模块和用于数据传输的统一的信息格式，有效解决了现有智能家居系统不便于维护和升级的不足，提高了系统的适应性和方便性，简化了系统后期的维护，增强了系统的功能升级和扩展能力。

上述具体实施方式，仅为说明本实用新型的技术构思和结构特征，目的在于让熟悉此项技术的相关人士能够据以实施，但以上内容并不限制本实用新型的保护范围，凡是依据本实用新型的精神实质所作的任何等效变化或修饰，均应落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多通信协议智能家居系统中心控制器，其特征在于，该中心控制器由中心模块和通信模块组成，所述中心模块和通信模块之间使用串口方式进行连接并传输信息；

所述中心模块由MCU、电源供电电路、JTAG接口电路、USB接口电路及显示接口电路组成；

所述通信模块包括ZigBee通信模块、WiFi通信模块、蓝牙通信模块；

通信模块使用串口通信的方式和MCU连接，通信模块通过引线连接到中心模块的MCU上的对应端口的引脚；通信模块的发送单元连接到MCU的接收单元，通信模块的接收单元连接到MCU的发送单元，用于完成数据的传输；通信模块的电源和地连接到中心模块上的电源和地，利用中心模块上的电源电路进行供电。

2.根据权利要求1所述的一种多通信协议智能家居系统中心控制器，其特征在于，所述显示接口电路与显示屏连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种多通信协议智能家居系统中心控制器，其特征在于，该中心控制器和其他家居之间的通信依靠通信模块完成，每一个通信模块支持一种或多种通信协议。

4.根据权利要求1或2所述的一种多通信协议智能家居系统中心控制器，其特征在于，所述中心模块的MCU为STM32F407ZGT6，该型芯片具有192KB的SRAM、1024KB的FLASH、2个32位定时器、6个串口。

5.根据权利要求1或2所述的一种多通信协议智能家居系统中心控制器，其特征在于，所述电源供电电路采用MP2359和AMS1117两个电源转换稳压芯片，其中MP2359芯片将12V电源转换成5V电源，AMS1117为3.3V稳压芯片，给电路提供3.3V电源。

6.根据权利要求1或2所述的一种多通信协议智能家居系统中心控制器，其特征在于，JTAG接口采用标准的20针方式。

7.根据权利要求1或2所述的一种多通信协议智能家居系统中心控制器，其特征在于，USB接口采用MiniUSB座，提供中心控制器和电脑的接口，USB接口电路使用转换芯片将USB转为串口使用，USB转串口采用CH340G芯片，实现串口通信功能。

8.根据权利要求2所述的一种多通信协议智能家居系统中心控制器，其特征在于，所述显示屏为7寸LCD彩色触摸显示屏，其与MCU之间的连接采用34针并口的方式，连接在MCU的FSMC总线上面。

9.根据权利要求1所述的一种多通信协议智能家居系统中心控制器，其特征在于，所述ZigBee通信模块采用CC2530F256型芯片，该ZigBee通信模块采用串口方式连接至MCU，完成数据通信。

10.根据权利要求9所述的一种多通信协议智能家居系统中心控制器，其特征在于，所述WiFi通信模块内置TCP/IP协议栈，能够实现用户串口、以太网和WiFi接口之间的转换，该WiFi通信模块采用串口方式连接至MCU，完成数据通信；

所述蓝牙通信模块采用HC-05串口蓝牙模块，采用串口方式连接至MCU，完成数据通信。