CN207164989U - 一种基于Zigbee的控制单元、响应单元及控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于网络控制，提供了基于Zigbee的控制系统，包括控制单元，用于接收配对操作，通过红外线发送配对信号给响应单元；还用于接收开关操作，通过Zigbee协议发送开关操作指令给已配对的响应单元；响应单元，包括响应开关，用于根据配对信号完成与控制单元的配对，并在接收到控制单元发送的开关操作指令时，控制响应开关的导通或者断开。本实用新型实施例提供的控制系统通过红外线进行配对，并使用Zigbee协议进行开关控制，用户只需要在控制单元触发配对操作就能够完成配对，操作简单，同时用户可以操作控制单元的开关使用Zigbee协议完成开关控制，不需要在进行控制时讲究指向或通过手机进行操作，操作方便，使用范围广。

Description

一种基于Zigbee的控制单元、响应单元及控制系统

技术领域

本实用新型属于Zigbee控制领域，尤其涉及一种基于Zigbee的控制单元、响应单元及控制系统。

背景技术

传统的电灯控制方法包括：

1、通过开关切断电灯的市电供应：

这种方法最为简单，但是弊端也比较明显，由于开关是通过切断供电控制电灯，而有线的开关在安装的阶段就必须考虑布线的问题，而且一旦开关安装完毕，就不能增减或移动开关，但现实中经常出现安装后需要改动开关的情况。

2、通过红外遥控器遥控电灯：

这种方法一般是通过在电灯里面安装一个控制电路，这个控制电路接收到红外遥控器的红外信号后，切断或接通电灯的电源，通过红外控制的方式控制电灯。这种方法解决了传统的方法的灵活性不足的问题，免去了布线的问题，但是遥控器和灯具之间仍然是一对一通讯，而且红外遥控器具有方向性，使用时对遥控器的指向还有一定的要求。

3、通过ZigBee(紫峰协议)网络控制电灯：

这种方法在每个电灯基座上安装一个Zigbee协议的控制电路，通过支持ZigBee协议的遥控器即可遥控电灯。这种方法相比于红外遥控器，不但免去了布线的问题，而且没有红外遥控器的方向性问题，可以像传统的开关那样固定在墙上，甚至是家里任何地方。

下面是通过Zigbee网络实现电灯控制的过程：

1)用户操作遥控器；

2)遥控器上的ZigBee芯片给目标电灯发送指令；

3)目标电灯上的ZigBee芯片接收到指令，控制继电器接通或断开电灯电源。

因为ZigBee网络的特点，ZigBee网络里面的所有设备都可以相互通讯，也就是说，一个遥控器可以控制多个电灯，一个电灯也可以被多个遥控器控制。而且由于ZigBee网络具有路由能力，即使目标电灯在遥控器的发射能力之外，也可以通过一些中间节点将遥控指令转发到目标电灯上。

由于ZigBee网络的灵活性，使得采用ZigBee的电灯控制系统具有很强的灵活性。但是，ZigBee网络里面的遥控器在发送指令之前，需要先和一个受控设备进行“配对”。

现在的许多智能家居产品大多采用了Zigbee协议，但是这些产品在配对时操作繁琐。现在的智能家居产品主要依靠手机进行配对，不够直观和简便，同时对使用者使用手机的能力有一定要求，这样限制了智能家居产品的使用范围。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种基于Zigbee的控制单元、响应单元及控制系统，旨在解决现有技术中采用Zigbee协议的控制系统需要依靠手机进行配对，操作繁琐，使用范围小的问题。

本实用新型是这样实现的，一种基于Zigbee的控制单元，包括第一Zigbee单片机，分别与所述第一Zigbee单片机相连接的控制开关、配对按键和红外模块；

所述配对按键，用于接收配对操作；

所述控制开关，用于接收开关操作；

所述红外模块，用于发射红外线；

所述第一Zigbee单片机，用于检测到配对操作时，驱动所述红外模块发出红外线，以所述红外线作为配对信号；还用于检测到开关操作时，通过Zigbee协议发送开关操作指令。

进一步地，所述第一Zigbee单片机驱动所述红外模块发出红外线的同时，通过Zigbee协议广播开始配对指令。

进一步地，所述红外模块为光电二极管。

本发明还提供了一种基于Zigbee的响应单元，包括第二Zigbee单片机，与所述第二Zigbee单片机相连接的红外光强检测模块和响应开关；

所述红外光强检测模块，用于检测红外线的强度信息，将检测到的红外线的强度信息转化为检测强度数字后发送给所述第二Zigbee单片机；

所述第二Zigbee单片机，用于接收到开始配对指令时，将所述检测强度数字作为比较强度数字通过Zigbee协议发送给其他响应单元，并接收其他响应单元发送的比较强度数字，根据所述检测强度数字和所述比较强度数字，发送配对反馈指令，所述配对反馈指令包含有所述第二Zigbee单片机的设备地址；还用于接收开关控制指令控制所述响应开关的导通或断开。

进一步地，所述响应单元还包括与所述第二Zigbee单片机相连接的指示模块；

所述指示模块，用于指示所述第二Zigbee单片机是否发送所述配对反馈指令，及指示所述响应开关的导通或关闭情况。

进一步地，所述指示模块为能够显示不同颜色的LED灯。

本发明实施例还提供了一种基于Zigbee的控制系统，包括上述所述的控制单元和上述所述的响应单元。

本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：本实用新型实施例提供的控制系统通过红外线进行配对，并使用Zigbee协议进行开关控制，用户只需要在控制单元触发配对操作就能够完成配对，操作简单，同时用户可以操作控制单元的开关使用Zigbee协议完成开关控制，不需要在进行控制时讲究指向或通过手机进行操作，操作方便，使用范围广。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种基于Zigbee的控制系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的控制单元的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的响应单元的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1示出了本实用新型实施例提供的一种基于Zigbee的控制系统，包括控制单元100和若干响应单元200；

控制单元100，用于接收配对操作，通过红外线发送配对信号给响应单元200；还用于接收开关操作，通过Zigbee协议发送开关操作指令给已配对的响应单元200；

响应单元200，包括响应开关，用于根据所述配对信号完成与控制单元100的配对，并在接收到控制单元100发送的开关操作指令时，控制所述响应开关的导通或者断开。在实际应用中，响应开关与节点设备300相连接，响应单元200通过控制响应开关的导通和断开来达到控制节点设备的300的开关状态。

具体地，如图2所示，控制单元100包括第一Zigbee单片机101，分别与第一Zigbee单片机101相连接的控制开关102、配对按键103和红外模块104；

配对按键103，用于接收配对操作；控制开关102，用于接收开关操作；红外模块104，用于发射红外线；第一Zigbee单片机101，用于检测到配对操作时，驱动红外模块104发出红外线，以所述红外线作为所述配对信号；还用于检测到所述开关操作时，通过Zigbee协议向已配对的响应单元200发送开关操作指令。具体地，第一Zigbee单片机101驱动红外模块104发出红外线的同时，通过Zigbee协议广播开始配对指令。在实际应用中，红外模块104为光电二极管。

图3示出了本实用新型提供的响应单元，包括第二Zigbee单片机201，与第二Zigbee单片机201相连接的红外光强检测模块202和响应开关204；

红外光强检测模块202，用于检测红外线的强度信息，将检测到的红外线的强度信息转化为检测强度数字后发送给第二Zigbee单片机201。

第二Zigbee单片机201，用于接收到所述开始配对指令时，将所述检测强度数字作为比较强度数字通过Zigbee协议发送给其他响应单元200，并接收其他响应单元200发送的比较强度数字，根据所述检测强度数字和所述比较强度数字，向第一Zigbee单片机101发送配对反馈指令，所述配对反馈指令包含有第二Zigbee单片机201的设备地址；还用于接收第一Zigbee单片机101发送的开关控制指令控制响应开关204的导通或断开；

第一Zigbee单片机101，还用于根据所述配对反馈指令完成与第二Zigbee单片机201的配对，并保存第二Zigbee单片机201的设备地址。

进一步地，响应单元200还包括与第二Zigbee单片机201相连接的指示模块203；

指示模块203，用于指示第二Zigbee单片机201是否发送所述配对反馈指令，及指示所述响应开关的导通或关闭情况。在实际应用中，指示模块203为能够显示不同颜色的LED灯。

下面结合图1至图3对本实用新型提供的实施例进行进一步地阐述：

ZigBee(紫峰协议)是一种低速低功耗的无线网络协议，ZigBee因以下特点，因此被广泛应用于物联网设备：

1、低速低功耗低成本：对于物联网设备，对通讯速率的要求并不高，但是对功耗和成本却特别敏感；

2、支持大量的网络节点和多种网络拓扑：一个ZigBee网络最多支持65536个设备，设备之间可以形成多种网络拓扑形式，网络带有路由协议，网络内节点之间通讯均可相互通讯。

在本实施例中，控制系统通过红外线和Zigbee进行数据传输，其中：

控制单元100是一个可供用户操作，根据用户的操作控制电器设备的无线遥控器，电器设备可以为普通照明灯泡、排气扇、空调、热水器等等。无线遥控器由第一Zigbee单片机101、控制开关102、配对按键103和光电二极管104组成。

控制开关102为可由用户触发的物理开关，供用户操作，第一Zigbee单片机通过检测该物理开关收集用户的操作；

配对按键103为可由用户触发的物理开关，用户通过该物理开关可以实现控制单元100与响应单元200的配对；

光电二极管104，由第一Zigbee单片机101驱动，当且仅当控制单元100与响应单元200进行配对时进行工作；

第一Zigbee单片机101，用于检测控制开关102和配对按键103的操作，当检测到用户的开关操作时通过Zigbee网络发送相应指令给相应已配对的响应单元200，以控制响应单元200中的响应开关的导通或断开，从而达到控制相关设备的目的。

响应单元200由第二Zigbee单片机201、红外光强检测202、指示模块203和响应开关204组成，其中第二Zigbee单片机201通过响应开关204外接节点设备300，该节点设备300可以为普通照明灯泡、排气扇、空调、热水器等等，其中：

红外光强检测模块202，用于把接收到的红外线强度信息转化成具体数值的强度数字，由第二Zigbee单片机201检测，当且仅当控制单元100和响应单元200进行设备配对时，该红外光强检测模块202才工作；

第二Zigbee单片机201，用于接收来自Zigbee网络的指令，通过控制响应开关204的导通和断开以控制节点设备300的开关状态；

指示模块203，用于通过闪烁不同颜色的光表示当前的工作状态，如在控制单元100和响应单元200进行设备配对时，闪烁黄光用以指示用户配对操作已完成；当响应开关204导通时，发出绿光；当响应开关204断开时，不发光或发出其他颜色的光。

下面通过具体使用例对本实用新型进行进一步地阐述：

一、用户可通过以下操作完成配对：

(1)用户使用无线遥控器对准节点设备，即电灯B1，该电灯B1安装有用于控制电灯B1开关状态的响应单元200，用户按下配对按键103，此时第一Zigbee单片机执行下列的动作：向Zigbee网络广播配对开始的指令，驱动光电二极管104发出红外线，由于红外线有方向性，因此红外线通过路径L1、L2、L3到达响应单元200时，响应单元200检测到的红外线强度不一样。

(2)收到广播的响应单元200开始检测各自的接收红外线强度。由于响应单元200接收到的红外线强度大小各不相同，因此在经红外光强检测模块将检测到的红外线强度信息转换成具体数值的强度数字后，第二Zigbee单片机201将该强度数字发送到其他的第二Zigbee单片机201上；

(3)第二Zigbee单片机201接收到了其他第二Zigbee单片机201发送来的强度数字后，与自身检测到强度数字进行比对，若自身检测到的强度数字，则通过Zigbee网络向无线遥控器发送配对反馈指令，此时指示模块203闪烁黄光以指示用户配对已经完成。如果自身检测到的强度数字不是最大的，则不会向无线遥控器发送配对反馈指令。

(4)无线遥控器收到了响应单元200发送的配对反馈指令后，与响应单元200配对，完成配对后无线遥控器中保存了第二Zigbee单片机201的设备地址，在ZigBee网络里面，用一个64Bits的地址来区分网络中的设备。配对完成后用户只要按下控制开关102，第一Zigbee单片机101就会通过Zigbee网络向电灯B1发送开关灯的指令。

关于配对需要注意的是：

(1)采用相同的方式也可以取消无线遥控器和已经配对的节点设备的配对关系，上述操作会使已经配对的遥控器和节点设备取消配对，未配对的遥控器和节点设备建立配对关系。

(2)配对完成后由于无线遥控器已经和节点设备建立了对应的关系，即使无线遥控器不对准节点设备，只要按下遥控器上面的控制开关102就能控制节点设备。

(3)同一个无线遥控器可以和多个节点设备配对，此时操作无线遥控器的开关，就能同时开关多个节点设备。

二、用户可通过以下操作完成开关控制：

用户按下无线遥控器上的控制开关102；

第一Zigbee单片机101检测到控制开关102接收到开关操作，向已经配对成功的节点设备电灯B3发送开关操作指令；

第二Zigbee单片机201收到了开关操作指令，若响应开关204是断开状态，则导通该响应开关204，此时电灯B3被点亮；若响应开关204是导通状态，则断开该响应开关204，此时电灯B3熄灭。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于Zigbee的控制单元，其特征在于，所述控制单元包括第一Zigbee单片机，分别与所述第一Zigbee单片机相连接的控制开关、配对按键和红外模块；

所述配对按键，用于接收配对操作；

所述控制开关，用于接收开关操作；

所述红外模块，用于发射红外线；

所述第一Zigbee单片机，用于检测到配对操作时，驱动所述红外模块发出红外线，以所述红外线作为配对信号；还用于检测到开关操作时，通过Zigbee协议发送开关操作指令。

2.根据权利要求1所述的控制单元，其特征在于，所述第一Zigbee单片机驱动所述红外模块发出红外线的同时，通过Zigbee协议广播开始配对指令。

3.根据权利要求2所述的控制单元，其特征在于，所述红外模块为光电二极管。

4.一种基于Zigbee的响应单元，其特征在于，所述响应单元包括第二Zigbee单片机，与所述第二Zigbee单片机相连接的红外光强检测模块和响应开关；

所述红外光强检测模块，用于检测红外线的强度信息，将检测到的红外线的强度信息转化为检测强度数字后发送给所述第二Zigbee单片机；

所述第二Zigbee单片机，用于接收到开始配对指令时，将所述检测强度数字作为比较强度数字通过Zigbee协议发送给其他响应单元，并接收其他响应单元发送的比较强度数字，根据所述检测强度数字和所述比较强度数字，发送配对反馈指令，所述配对反馈指令包含有所述第二Zigbee单片机的设备地址；还用于接收开关控制指令控制所述响应开关的导通或断开。

5.根据权利要求4所述的响应单元，其特征在于，所述响应单元还包括与所述第二Zigbee单片机相连接的指示模块；

所述指示模块，用于指示所述第二Zigbee单片机是否发送所述配对反馈指令，及指示所述响应开关的导通或关闭情况。

6.根据权利要求5所述的响应单元，其特征在于，所述指示模块为能够显示不同颜色的LED灯。

7.一种基于Zigbee的控制系统，其特征在于，包括权利要求1至3任一项所述的控制单元和权利要求4至6任一项所述的响应单元。