CN207869126U - 基于sip协议的多通讯集成的智能家居网关 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于SIP协议的多通讯集成的智能家居网关，包括电源模块、音频模块、LCD触摸屏、ARM主控板、ZigBee通信模块、WIFI通信模块和以太网通信模块；电源模块连接ARM主控板；音频模块连接ARM主控板，负责音频数据的编解码；LCD触摸屏连接ARM主控板，负责显示和操作应用程序；ZigBee通信模块连接ARM主控板，负责智能家居设备的组网；WIFI通信模块连接ARM主控板，负责智能家居的组网；以太网通信模块连接ARM主控板，负责连接外部互联网。本实用新型加强了智能家居设备集成管理和控制系统的稳定性。

Description

基于SIP协议的多通讯集成的智能家居网关

技术领域

本实用新型涉及智能家居领域，尤其涉及一种基于SIP协议的多通讯集成的智能家居网关。

背景技术

随着21世纪信息化时代的到来，社会信息化和家居智能化也呈现出了蓬勃发展的趋势，越来越多的家庭开始追求高质量、高科技的家居生活，充分享受由信息时代带来的生活上的便利。如扫地机器人、智能冰箱、智能LED、智能电热水器、智能空气净化器等越来越多的智能家居设备进入到人们的家庭生活中。所以，如何实现对这些智能家居设备的集中化管理控制，是进一步提升家居智能化的关键。由此，出现了智能家居网关。

智能家居网关又称为家庭网关，是智能家居系统的核心。它是实现家庭内部网络与外部网络的连接和通信的设备，是两种异构网络间的中转站。通过家庭网关，我们可以方便的在外部Internet实现对家庭内部网络的访问与控制。同时，家庭网关还承担着整个智能家居系统的数据采集、协议转换、通讯转发、控制下达、存储配置等功能。

目前，市场上有各种各样类型的智能家居设备，不同类型的智能家居设备提供不同的功能。因为智能家居设备实现的功能不同，所以通信的数据类型也不同。不同的数据类型，就造成了使用通信协议的不同(比如说：门禁类的就需要音频流的数据，传感类的就需要传输文本类的数据)。一个家庭需要使用多种类型的智能家居设备，而在使用多种通信协议的前提下，建立一个智能家居系统是非常复杂的，其复杂性也导致了智能家居系统的不稳定。也就是说，现有的智能家居网关大多都是只提供硬件层面集成的方法，将WIFI通信模块，红外线通信模块，zigbee通信模块，蓝牙通信模块等其中几种通信模块集成为一个硬件，而在软件层面由于不同类型的智能家居设备的通信协议不同，就必须采用多种通信协议，当使用的智能家居设备类型越多，智能家居系统就越不稳定。

在2016年12月02日申请的申请号为CN201611099478.X的中国发明，公开了一种智能家居网关，包含电源模块、控制器、WIFI模块、GPRS模块、红外线通信模块和USB转串口模块；电源模块用于为该智能家居供电；WIFI模块、GPRS模块、红外线通信模块和USB转串口模块分别与控制器电性连接，用于实现该智能家居网关与外部通信设备的多方式通信以获取用户的控制指令；控制器用于处理信息并控制与其电性连接的各模块。该发明提供的智能家居网关，通过对各种无线通讯技术的使用，将无线单片机通信、红外通信、GPRS通信、WIFI通信和以太网通信等通信技术相互结合，实现各个通信模块数据接口互联和通信数据流模式灵活变换的功能，从而扩大系统的适用范围，资源得到充分利用。该发明专利与本专利的相似之处在于，都集合了多种通信模式，且具有WIFI通信模式；不同之处在于：1、本专利申请实现的智能家居网关不仅在硬件层面集合了多种通讯模式，而且在软件层提出了智能家居设备集成通讯的方法，而上述发明专利并未涉及软件层面的通讯集成；2、本专利申请实现的智能家居网关不仅可以通过外部终端进行控制，还可以利用其LCD触摸屏进行控制，而上述发明专利只能通过外部终端进行控制；3、本专利申请实现的智能家居网关还集合了ZigBee通信。

在2016年11月16日申请的申请号为CN201621228762.8的中国实用新型，公开了基于嵌入式的智能家居网关系统，包括GPRS模块、ARM主控板和受控电路；GPRS模块中设置有用于接收移动终端发送的控制信号的接收装置；并输入到ARM主控板中；ARM主控板将根据控制信号生成的控制命令传输到受控电路，受控电路按照控制命令所对应预设的控制方式对家电设备进行控制。该实用新型提供的智能家居网关系统利用计算机技术结合远程控制技术来实现智能控制家电设备；运用基于GPRS网络的GSM/GPRS模块将用户控制数据和家电数据结合规划并进行控制，将家电联系组网，最后再使之连入运营商网络，之后用户可以通过移动电话利用短信息服务登录本网关系统，利用本系统提供的短信息接口控制家庭中的各个家电。上述实用新型专利与本专利的相似之处在于：网关都实现了ZigBee组网和WIFI组网的功能；不同之处在于：1、本专利申请实现的智能家居网关可以通过外部网络终端和网关自身的LCD触摸屏进行操作控制，而上述实用新型专利只能通过短信方式进行控制；2、本专利申请实现的智能家居网关不仅有控制功能，还能显示和上传家居传感设备采集的环境数据，而上述实用新型专利的网关只能起到控制继电器的功能。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种基于SIP协议的多通讯集成的智能家居网关，能够集成管理和控制不同类型的智能家居设备，简化了不同类型智能家居设备集成通信的方法，加强了智能家居设备集成管理和控制系统的稳定性。

本实用新型是这样实现的：

一种基于SIP协议的多通讯集成的智能家居网关，所述智能家居网关包括电源模块、音频模块、LCD触摸屏、ARM主控板、ZigBee通信模块、WIFI通信模块和以太网通信模块；

所述电源模块连接至ARM主控板，为智能家居网关供电；

所述音频模块连接至ARM主控板，负责音频数据的编解码；

所述LCD触摸屏连接至ARM主控板，负责显示和操作应用程序；

所述ZigBee通信模块连接至ARM主控板，负责使用ZigBee通信的智能家居设备的组网；

所述WIFI通信模块连接至ARM主控板，负责使用WIFI通信的智能家居的组网；

所述以太网通信模块连接至ARM主控板，负责连接外部互联网。

进一步地，所述ARM主控板采用S3C6410芯片。

进一步地，所述ZigBee通信模块采用CC2530模块并配置为ZigBee协调器，所述WIFI通信模块采用SD-WIFI模块并配置为AP点。

进一步地，所述以太网通信模块采用DM9000网卡芯片。

进一步地，所述音频模块采用WM9714编解码芯片

本实用新型的优点在于：本实用新型不仅在硬件上集成了ZigBee通信模块、WIFI通信模块和以太网通信模块(ZigBee通信和WIFI通信是现在智能家居最常用的通信模式，以太网通信是为了实现与外部互联网通信)，来实现智能家居网关连接不同的智能家居设备和以太网；而且在软件上，智能家居网关的应用层采用现有的SIP协议(会话初始化协议)作为通信协议，使得不同类型的智能家居设备在应用层无需使用不同的通信协议，提供了优化多种类型智能家居设备集成通信的方法，大大增强了智能家居系统的稳定性。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型一种基于SIP协议的多通讯集成的智能家居网关的结构示意图。

图2为本实用新型中的SIP服务器的功能模块示意图。

图3为本实用新型一种基于SIP协议的多通讯集成的智能家居网关的控制方法执行流程图。

图4为本实用新型中使用ZigBee通信的智能家居设备与智能家居网关的连接流程图。

图5为本实用新型中使用WIFI通信的智能家居设备与智能家居网关的连接流程图。

图6为本实用新型中智能家居设备向智能家居网关的注册流程图。

图7为本实用新型中智能家居设备向智能家居网关上传数据的流程图。

图8为本实用新型中智能家居网关控制智能家居设备的流程图。

图中标号说明：

100-智能家居网关、1-电源模块、2-音频模块、3-LCD触摸屏、4-ARM主控板、5-ZigBee通信模块、6-WIFI通信模块、7-以太网通信模块、200-智能家居设备。

具体实施方式

为使得本实用新型更明显易懂，现以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

如图1所示，本实用新型的一种基于SIP协议的多通讯集成的智能家居网关，所述智能家居网关100包括电源模块1、音频模块2、LCD触摸屏3、ARM主控板4、ZigBee通信模块5、WIFI通信模块6和以太网通信模块7，所述ARM主控板4分别与电源模块1、音频模块2、LCD触摸屏3、ZigBee通信模块5、WIFI通信模块6和以太网通信模块7连接。

所述电源模块1连接至ARM主控板4，用于为智能家居网关100供电；

所述音频模块2采用WM9714编解码芯片(也可以采用其他音频编解码芯片)，其使用AC97接口与ARM主控板4通信，负责音频数据的编解码；

所述LCD触摸屏3连接至ARM主控板4，用于显示和操作应用程序；

所述ARM主控板4采用S3C6410芯片(也可以使用其他微处理器)，用于搭载嵌入式linux系统和数据处理等；

所述ZigBee通信模块5采用CC2530模块并配置为ZigBee协调器(也可以使用其他射频芯片)，其使用串口与ARM主控板4通信，负责使用ZigBee通信的智能家居设备200的组网；

所述WIFI通信模块6采用SD-WIFI模块并配置为AP点(接入点)(也可以使用其他WIFI模块)，其使用SDIO接口与ARM主控板4通信，负责使用WIFI通信的智能家居设备200的组网；

所述以太网通信模块采用DM9000网卡芯片(也可以采用其他网卡芯片)，负责连接外部互联网，使得本实用新型的智能家居网关100能够与外部互联网终端通信。

进一步说明智能家居设备200在硬件上与本实用新型智能家居网关100的连接过程。本实用新型智能家居网关100支持目前在智能家居设备200通信中应用最广泛的ZigBee通信和WIFI通信。使用ZigBee通信的智能家居设备200与本实用新型智能家居网关100的连接流程如图2所示，使用ZigBee通信的智能家居设备200可以视为是一个ZigBee终端，ZigBee终端通过ZigBee通信协议与配置成ZigBee协调器的CC2530模块相连接，CC2530模块又通过串口与ARM主控板4相连，这样使用ZigBee通信的智能家居设备200与ARM主控板4之间的数据通信就建立起来了。使用WIFI通信的智能家居设备200与本实用新型智能家居网关100的连接流程如图3所示，使用WIFI通信的智能家居设备200可以视为是一个WIFI终端，WIFI终端通过WIFI与配置成WIFI AP点(接入点)的SD-WIFI模块相连接，SD-WIFI模块又通过SDIO接口与ARM主控板4相连，这样使用WIFI通信的智能家居设备200与ARM主控板4之间的数据通信就建立起来了。在通信上实现了ZigBee组网、WIFI组网和以太网连接。

本实用新型的软件层面主要分为两个部分：SIP服务器和应用程序。这两部分软件都是在嵌入式linux系统上实现，所以首先要在ARM主控板4上建立一个嵌入式linux系统，在嵌入式linux系统上搭建一个具有注册模块、解析模块、代理服务器模块和重定向服务器模块的SIP服务器用于在网关上实现SIP协议通信。建立嵌入式linux系统的方法比较常见，不属于本实用新型提供的技术方法，在此处就不详述了。

本实用新型采用的协议为SIP协议，SIP协议是一种应用层的信令控制协议，它的重要特点在于它不定义要建立的会话的类型，而只定义应该如何管理会话。也就是说，SIP协议只可以配置和管理任何类型的peer-to-peer(对等网络)通信会话，但不限制传输数据的通信类型(语音、文本、视频等)。由于SIP协议只定义了应用层，不限制通讯手段和通信类型，十分适合作为集中控制管理智能家居的智能家居网关的核心控制协议。

SIP协议的使用从功能上可以分为两个部分，一个是SIP终端，另一个是SIP服务器。SIP终端就是使用SIP协议的用户；SIP服务器提供SIP终端注册、认证、消息转发等功能。在本实用新型中智能家居设备200就是SIP终端，本实用新型的网关就是SIP服务器。

本实用新型网关中的SIP服务器是通过学过软件工程知识和C语言知识，基于osip协议栈开发得到的，具体编程方法可从论文或网络中获得，不属于本实用新型内容，在此不再详述。本实用新型中SIP服务器是用osip协议栈开发得到，使用其他SIP协议栈或者开源的SIP软件开发也可以得到相同功能的SIP服务器。此处给出要实现本实用新型，则开发的SIP服务器应具有以下功能(如图2所示)：注册模块(包含注册用户信息的数据库)、解析模块、代理服务器模块和重定向服务器模块。注册模块用来处理SIP终端的注册信息并保存已注册SIP终端的账号、地址等用户信息，解析模块用来解析SIP消息，代理服务器模块和重定向服务器模块用来转发SIP消息。

如图3所示，本实用新型的一种基于SIP协议的多通讯集成的智能家居网关的控制方法，包括如下步骤：

步骤1、在所述ARM主控板4上建立一个嵌入式linux系统，在该嵌入式linux系统上开发SIP服务器，将智能家居网关100作为SIP服务器，将智能家居设备200作为SIP终端；

步骤2、通过ZigBee通信模块5或WIFI通信模块6建立智能家居设备200与ARM主控板4之间的连接；

步骤3、智能家居设备200向智能家居网关100进行注册，注册成功后，允许该智能家居设备200与智能家居网关100进行数据通信；

步骤4、智能家居设备200向智能家居网关100上传数据；

步骤5、智能家居网关100接收数据后，根据数据对智能家居设备200进行控制。

具体地：

如图4和图5所示，智能家居设备200与智能家居网关100建立连接的流程如下：

如图4所示，若智能家居设备200是使用ZigBee通信的智能家居设备200，则该智能家居设备200作为ZigBee终端，并通过ZigBee通信协议与ZigBee通信模块5相连接，ZigBee通信模块5再通过串口与ARM主控板4相连，从而建立了使用ZigBee通信的智能家居设备200与ARM主控板4之间的连接；

如图5所示，若智能家居设备200是使用WIFI通信的智能家居设备200，则该智能家居设备200作为WIFI终端，并通过WIFI通信协议与WIFI通信模块6相连接，WIFI通信模块6再通过SDIO接口与ARM主控板4相连，从而建立了使用WIFI通信的智能家居设备200与ARM主控板4之间的连接。

如图6所示，智能家居设备200(SIP终端)向智能家居网关100(SIP服务器)的注册流程如下：

步骤31、智能家居设备200(SIP终端)上传注册信息给智能家居网关100(SIP服务器)；

步骤32、智能家居网关100(SIP服务器)收到注册信息后，判断该注册信息是否符合SIP终端规范，若不符合，则返回不合法用户，结束流程；若符合，则提取智能家居设备200(SIP终端)的终端信息，进入步骤33；

步骤33、根据数据库查询该终端信息是否已经存在，若存在，则返回终端已存在，进入步骤34；若不存在，则保存终端信息，进入步骤34；

步骤34、根据该终端信息认定允许该智能家居设备200(SIP终端)与智能家居网关100(SIP服务器)进行数据通信。

如图7所示，智能家居设备200(SIP终端)向智能家居网关100(SIP服务器)上传数据的流程如下：

步骤41、智能家居设备200(SIP终端)采集数据，然后经过SIP编码，将编码后的数据上传到智能家居网关100(SIP服务器)；

步骤42、智能家居网关100(SIP服务器)接收编码后的数据，并提取该数据的目标地址；

步骤43、智能家居网关100(SIP服务器)判断该目标地址是否为本地SIP服务器地址，若是本地SIP服务器地址，则直接进行消息解析并提取数据，若不是本地SIP服务器地址(即目标地址是其他终端地址)，则转发该数据到其他终端，然后再进行消息解析和提取数据。这样就实现了智能家居设备200(SIP终端)将传感信息和状态信息等数据发送到智能家居网关100(SIP服务器)和互联网终端的目的。

如图8所示，智能家居网关100(SIP服务器)实现控制智能家居设备200(SIP终端)的流程如下：

步骤51、根据提取出的数据生成控制命令(控制命令可以通过智能家居网关100(SIP服务器)的本地应用程序生成，也可以用其他带有SIP软件的互联网终端生成)，再经过SIP编码，然后通过智能家居网关100(SIP服务器)转发到智能家居设备200(SIP终端)；

步骤52、智能家居设备200(SIP终端)接收到编码后的控制命令后，进行消息解析得到生成的控制命令；

步骤53、智能家居设备200(SIP终端)根据控制命令执行对应的命令。这样就达到了使用智能家居网关100直接控制智能家居设备200(SIP终端)，或者互联网终端经过智能家居网关100控制智能家居设备200(SIP终端)的目的。

上述讲述的都是SIP服务器实现本智能家居网关功能的流程，下面介绍一下本实用新型中的应用程序具备的功能。该应用程序的运行环境是linux系统，采用C++和QT(图形应用程序开发框架)进行开发，该应用程序具体开发过程不属于本实用新型提供的方法和技术，要实现本实用新型网关的功能，开发出的应用程序需具备以下两个功能：一是通过用户操作能生成相应的控制信息，二是能在应用程序上显示智能家居上传的数据信息。

综上所述，本实用新型的优点如下：

现有的智能家居网关大多都是只提供硬件层面集成的方法，而本实用新型不仅提供了硬件上集成ZigBee通信，WIFI通信和以太网通信的集成方法，还提供了使用SIP协议来实现软件层面集成通信的优化方法。

本实用新型不仅在硬件上集成了ZigBee通信模块、WIFI通信模块和以太网通信模块(ZigBee通信和WIFI通信是现在智能家居最常用的通信模式，以太网通信是为了实现与外部互联网通信)，来实现智能家居网关连接不同的智能家居设备和以太网；而且在软件上，智能家居网关的应用层采用SIP协议(会话初始化协议)作为通信协议，使得不同类型的智能家居设备在应用层无需使用不同的通信协议，提供了优化多种类型智能家居设备集成通信的方法，大大增强了智能家居系统的稳定性。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。

Claims (4)

1.一种基于SIP协议的多通讯集成的智能家居网关，其特征在于：所述智能家居网关包括电源模块、音频模块、LCD触摸屏、ARM主控板、ZigBee通信模块、WIFI通信模块和以太网通信模块；

所述电源模块连接至ARM主控板，为智能家居网关供电；

所述音频模块连接至ARM主控板，负责音频数据的编解码；

所述LCD触摸屏连接至ARM主控板，负责显示和操作应用程序；

所述ZigBee通信模块连接至ARM主控板，负责使用ZigBee通信的智能家居设备的组网；

所述WIFI通信模块连接至ARM主控板，负责使用WIFI通信的智能家居的组网；

所述以太网通信模块连接至ARM主控板，负责连接外部互联网；

所述ZigBee通信模块采用CC2530模块并配置为ZigBee协调器，所述WIFI通信模块采用SD-WIFI模块并配置为AP点。

2.如权利要求1所述的一种基于SIP协议的多通讯集成的智能家居网关，其特征在于：所述ARM主控板采用S3C6410芯片。

3.如权利要求1所述的一种基于SIP协议的多通讯集成的智能家居网关，其特征在于：所述以太网通信模块采用DM9000网卡芯片。

4.如权利要求1所述的一种基于SIP协议的多通讯集成的智能家居网关，其特征在于：所述音频模块采用WM9714编解码芯片。