CN214507101U - 智能家居系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种智能家居系统，包括：多个家居设备、阅读器节点和网关节点；多个家居设备中的每个家居设备均包括第一传感器模块和电子标签；第一传感器模块用于采集相应家居设备的数据信息；阅读器节点包括第一阅读器和第一Zigbee模块，电子标签和第一Zigbee模块分别与第一阅读器进行通信；网关节点包括第二Zigbee模块，第二Zigbee模块与第一Zigbee模块进行通信；网关节点用于依次通过第二Zigbee模块、第一Zigbee模块、第一阅读器和电子标签来获取第一传感器模块采集的相应家居设备的数据信息，以及发送控制指令至多个家居设备中的任意一个或多个。通过将传感器技术、射频识别技术以及Zigbee技术进行融合，并通过合理的系统架构，能够有效提高智能家居系统的智能化和方便快捷性。

Description

智能家居系统

技术领域

本申请涉及智能家居技术领域，特别是涉及一种智能家居系统。

背景技术

随着物联网技术的飞速发展，物联网技术已广泛应用于智能家居领域，但是目前的基于物联网的智能家居系统，不仅不能实现方便快捷的功效，反而会使之杂乱无章、繁琐，甚至被弃用。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种通过将物联网的传感器技术、射频识别技术以及Zigbee技术进行融合来提高系统智能化和方便快捷性的智能家居系统。

本申请实施例提供了一种智能家居系统，该系统包括：多个家居设备、阅读器节点和网关节点；多个家居设备中的每个家居设备均包括第一传感器模块和电子标签；第一传感器模块用于采集相应家居设备的数据信息；阅读器节点包括第一阅读器和第一Zigbee模块，电子标签和第一Zigbee模块分别与第一阅读器进行通信；网关节点包括第二Zigbee模块，第二Zigbee模块与第一Zigbee模块进行通信；网关节点用于依次通过第二Zigbee模块、第一Zigbee模块、第一阅读器和电子标签来获取第一传感器模块采集的相应家居设备的数据信息，以及发送控制指令至多个家居设备中的任意一个或多个，以对多个家居设备进行统一管控。

在一个实施例中，阅读器节点还包括第二传感器模块；第二传感器模块与第一Zigbee模块进行通信，第二传感器模块用于采集环境信息；网关节点用于通过第二Zigbee模块和第一Zigbee模块获取第二传感器模块采集的环境信息。

在一个实施例中，网关节点还包括第二阅读器；第二阅读器与电子标签进行通信，网关节点用于通过第二阅读器和电子标签获取第一传感器模块采集的相应家居设备的数据信息。

在一个实施例中，网关节点还包括5G网络模块，5G网络模块与终端节点进行通信，网关节点用于通过5G网络模块，发送数据信息至终端节点和接收终端节点发送的控制指令。

在一个实施例中，网关节点还包括电池，电池用于在网关节点网络异常或断电时给第二Zigbee模块供电，以通过第二Zigbee模块发送故障信息至终端节点。

在一个实施例中，上述的智能家居系统还包括：路由节点，路由节点设置在阅读器节点与网关节点之间，用于对数据信息和控制指令进行Zigbee中继传输。

在一个实施例中，网关节点还用于在上电后，初始化Zigbee协议栈，并采用主动式扫描方式获取最佳信道；以及为Zigbee网络设置网络ID，以进行Zigbee网络初始化；并在网络初始化完成后，周期性广播通知阅读器节点和路由节点加入网络。

在一个实施例中，阅读器节点还用于在上电后，初始化Zigbee协议栈，并申请加入Zigbee网络，以及控制第一阅读器工作并广播信标以唤醒电子标签，并与电子标签建立通信连接。

在一个实施例中，路由节点还用于在预先设定的一个或多个信道上监听信标帧，以选择下一跳路由父节点；并根据选择的下一跳路由父节点的响应值配置自身的网络ID和信道；路由节点还用于向选择的下一跳路由父节点发送入网请求信息，以通过下一跳路由父节点加入Zigbee网络。

在一个实施例中，路由节点还用于在下一跳路由父节点不可用时，激活处于休眠状态的路由父节点；路由节点还用于通过处于休眠状态的路由父节点加入Zigbee网络。

本申请实施例所提供的智能家居系统，包括多个家居设备、阅读器节点和网关节点，多个家居设备中的每个家居设备均包括第一传感器模块和电子标签，阅读器节点包括第一阅读器和第一Zigbee模块，第一阅读器与电子标签和第一Zigbee模块分别进行通信，网关节点包括第二Zigbee模块，第二Zigbee模块与第一Zigbee模块进行通信，第一传感器模块用于采集相应家居设备的数据信息，网关节点用于依次通过第二Zigbee模块、第一Zigbee模块、第一阅读器和电子标签，获取第一传感器模块采集的相应家居设备的数据信息和发送控制指令至家居设备，以对家居设备进行统一管控。由此，通过将物联网的传感器技术、射频识别技术以及Zigbee技术进行融合，并通过合理的系统架构，能够有效提高智能家居系统的智能化和方便快捷性。

附图说明

图1为第一个实施例中智能家居系统的结构框图；

图2为第二个实施例中智能家居系统的结构框图；

图3为第三个实施例中智能家居系统的结构框图；

图4为图3所示智能家居系统的工作机制示意图。

具体实施方式

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

本申请提供的智能家居系统，通过将物联网技术中的传感器技术、射频识别技术以及Zigbee技术进行融合，并结合5G通信技术，形成了一个物与物相连，物与人相通的智能远程可控制的智能家居系统，该系统能够方便快捷地对家居设备进行统一管控，智能化程度高。

其中，传感器技术是计算机应用中的关键技术，绝大部分计算机处理的都是数字信号，因此通过传感器将模拟信号转换成数字信号以便计算机处理。

射频识别技术(Radio Frequency IDentification，RFID)是一种自动识别技术，具体是通过无线射频信号获取实体对象的相关信息，并加以识别。射频识别技术是一种非接触的、实时快速、高效准确地采集和处理实体对象信息的自动识别技术。在射频识别时，通过电子标签来标志某个实体对象，并通过阅读器来接收实体对象的数据。射频识别技术的抗干扰能力强，可识别高速移动的实体对象，也可以同时识别多个实体对象。

ZigBee技术是一项新型的无线通信技术，适用于传输范围短，数据传输速率低的一系列电子元器件设备之间。ZigBee技术可于数以千计的微小传感器相互间，依托专门的无线电标准达成相互协调通信，因而该项技术常被称为Home RF Lite无线技术、FireFly无线技术。ZigBee技术还可应用于小范围的基于无线通信的控制及自动化等领域，可省去计算机设备、一系列数字设备相互间的有线电缆，也能够实现多种不同数字设备相互间的无线组网，使它们实现相互通信，或者接入因特网。

5G通信技术是最新一代蜂窝移动通信技术，也是继4G(LTE-A、WiMax)、3G(UMTS、LTE)和2G(GSM)之后的延伸。5G通信技术的性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。

在一个实施例中，参考图1所示，提供了一种智能家居系统，该智能家居系统包括：多个家居设备、阅读器节点200和网关节点300。

其中，多个家居设备中的每个家居设备均包括第一传感器模块和电子标签；第一传感器模块用于采集相应家居设备的数据信息；阅读器节点200包括第一阅读器210和第一Zigbee模块220，电子标签和第一Zigbee模块220分别与第一阅读器210进行通信；网关节点300包括第二Zigbee模块310，第二Zigbee模块310与第一Zigbee模块220进行通信；网关节点300用于依次通过第二Zigbee模块310、第一Zigbee模块220、第一阅读器210和电子标签来获取第一传感器模块采集的相应家居设备的数据信息，以及发送控制指令至多个家居设备中的任意一个或多个，以对多个家居设备进行统一管控。

多个家居设备中的每个家居设备均包括第一传感器模块和电子标签，阅读器节点200包括第一阅读器210和第一Zigbee模块220，第一阅读器210与电子标签和第一Zigbee模块220分别进行通信，网关节点300包括第二Zigbee模块310，第二Zigbee模块310与第一Zigbee模块220进行通信。在工作时，第一传感器模块用于采集相应家居设备的数据信息，网关节点300用于依次通过第二Zigbee模块310、第一Zigbee模块220、第一阅读器210和电子标签，获取第一传感器模块采集的相应家居设备的数据信息和发送控制指令至家居设备，以对家居设备进行统一管控。

具体地，家居设备可以是穿戴式设备或家电设备等，家居设备可包括多个，具体个数可根据实际需求选择设置。作为示例性说明，参考图1所示，该智能家居系统包括两个家居设备，分别为家居设备110和家居设备120，其中家居设备110包括第一传感器模块111和电子标签112，家居设备120包括第一传感器模块121和电子标签122。若增加其它家居设备，可以依次类推，增加相应的各个模块。阅读器节点可以为一个或多个，具体可根据实际需求选择设置，作为示例性说明，参考图1所示，阅读器节点为一个，即阅读器节点200，该阅读器节点200可包括第一阅读器210和第一Zigbee模块220，可选的，第一阅读器210与第一Zigbee模块220之间通过SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)相连以进行通信，且第一阅读器210能够与电子标签112和电子标签122进行无线射频通信。网关节点为一个，即网关节点300，通过该网关节点300对多个家居设备进行统一管控。

在智能家居系统工作时，家居设备110通过第一传感器模块111采集自身的数据信息，并将采集的数据信息绑定到具有唯一标识的电子标签112中，同时家居设备120通过第一传感器模块121采集自身的数据信息，并将采集的数据信息绑定到具有唯一标识的电子标签122中。第一阅读器210周期性地扫描电子标签112和电子标签122，以从电子标签112和电子标签122中获取家居设备110和家居设备120的数据信息，并传递给第一Zigbee模块220，由第一Zigbee模块220上传至第二Zigbee模块310，从而实现数据信息的上传，此时网关节点300将获取到各个家居设备的数据信息。网关节点300可根据获取的数据信息生成相应的控制指令，然后将该控制指令通过相反的传输路径下传至相应的家居设备，以实现对家居设备的管控。

作为一个具体示例，家居设备可包括穿戴式设备如拖鞋，该拖鞋内设置有压力传感器和电子标签，当用户穿上该拖鞋后，由于其内含有压力传感器，因此在压力作用下，该压力传感器能够唤醒处于深度睡眠节电中的电子标签，电子标签被唤醒后，会被第一阅读器210识别，以获得压力传感器的数据信息，并将识别的数据信息通过第一Zigbee模块220和第二Zigbee模块310上传至网关节点300，然后网关节点300根据接收到的数据信息生成相应的控制指令至家电设备，如电动窗帘、冰箱和空调等，以实现各个家电设备的合适功能。

由此，通过将物联网的传感器技术、射频识别技术以及Zigbee技术进行融合，并通过合理的系统架构，能够方便快捷地对家居设备进行统一管控，智能化程度高。

在一个实施例中，参考图2所示，阅读器节点200还包括第二传感器模块230；第二传感器模块230与第一Zigbee模块220进行通信，第二传感器模块230用于采集环境信息；网关节点300用于通过第二Zigbee模块310和第一Zigbee模块220获取第二传感器模块230采集的环境信息。

具体地，第二传感器模块230设置于阅读器节点200内部，且与第一Zigbee模块220相连，可选的，可通过GPIO(General-purpose input/output，通用输入输出)接口与第一Zigbee模块220相连以进行通信。该第二传感器模块230主要用于采集环境信息，如室内温度、室内气体瓦斯含量以及室内人体所在位置等，然后将这些环境信息依次通过第一Zigbee模块220和第二Zigbee模块310上传至网关节点300，网关节点300根据环境信息生成相应的控制指令发送至家居设备中，以对家居设备进行智能化统一管控。

举例来说，当第二传感器模块230包括温度传感器时，通过该温度传感器实时采集房间内的温度，并将该温度发送至第一Zigbee模块220，通过第一Zigbee模块220和第二Zigbee模块310上传至网关节点300，然后网关节点300判断该温度是否超过预设温度，如果超过预设温度，则发送控制指令至电风扇或空调等，以实现各个家电设备的合适功能。

需要说明的是，在实际应用中，基于美观性以及智能控制的精度等，可将阅读器节点200设置在家庭天花板上，例如可以在各个房间的天花板上设置一个或多个阅读器节点，然后通过这些阅读器节点获取家居设备的数据信息以及环境信息，以便网关节点300基于获取的数据信息和环境信息实现家居设备的智能统一管控，具体设置位置和个数可根据实际需求选择，这里不做限制。可以理解的是，阅读器节点200可通过电池供电，以减少供电布线的难度。

在一个实施例中，参考图2所示，网关节点300还包括第二阅读器320；第二阅读器320与电子标签进行通信，网关节点300用于通过第二阅读器320和电子标签获取第一传感器模块采集的相应家居设备的数据信息。

具体地，网关节点300可设置有第二阅读器320，这样可以省去阅读器节点200的数据传输过程，同时可以省去阅读器节点200，例如，当网关节点300设置在客厅时，由于该网关节点300具有识别电子标签的能力，因此能够获得客厅内相应家居设备的数据信息，从而无需在客厅内设置阅读器节点200。当然，也可以在客厅内设置阅读器节点200，通过阅读器节点200和第二阅读器320实现冗余备份，从而进一步提高系统的可靠性。

在一个实施例中，参考图2所示，网关节点300还包括5G网络模块330，5G网络模块330与终端节点400进行通信，网关节点300用于通过5G网络模块330，发送数据信息至终端节点400和接收终端节点400发送的控制指令。

具体地，5G网络模块330分别与第二Zigbee模310、第二阅读器320以及终端节点400进行通信，其中终端节点400可为手机、平板电脑等。在智能家居系统工作时，网关节点300可通过5G网络模块330将获得的数据信息以及环境信息等发送至终端节点400，使得用户可以通过终端节点400对各个家居设备或者家庭环境信息进行实时监控，并通过终端节点400登录控制界面对相应的家居设备下达控制指令，实现对家居设备的远程智能控制。当然，也可以在用户家里通过局域网登录网关节点300的管理界面来对各个家居设备或者家庭环境信息进行实时监控。

进一步地，继续参考图2所示，网关节点300还包括电池340，电池340用于在网关节点300网络异常或断电时给第二Zigbee模块310供电，以通过第二Zigbee模块310发送故障信息至终端节点400。

具体地，在网关节点300掉线或者断电的情况下，第二Zigbee模块310可自动启动电池340供电，然后将网关节点300与广域网出现网络故障或者网关节点300断电的情况反馈至终端节点400，以实现智能负反馈的自我管理功能，从而使得用户能够及时获知故障信息。

在一个实施例中，如图3所示，上述的智能家居系统还包括：路由节点500，路由节点500设置在阅读器节点200与网关节点300之间，用于对数据信息和控制指令进行Zigbee中继传输。

需要说明的是，ZigBee是一个多跳网络，对于多跳，需要路由节点对数据进行中继，如果ZigBee网络没有路由节点，那么组成的网络只能实现单跳的星型网络，因此，在本申请中，通过在阅读器节点200与网关节点300之间设置路由节点500，通过路由节点500形成多跳网络，以实现阅读器节点200与网关节点300之间的数据中继传输，从而可以提高整个系统的健壮性。

在一个实施例中，网关节点300还用于在上电后，初始化Zigbee协议栈，并采用主动式扫描方式获取最佳信道；以及为Zigbee网络设置网络ID，以进行Zigbee网络初始化；并在网络初始化完成后，周期性广播通知阅读器节点200和路由节点500加入网络。

在一个实施例中，阅读器节点200还用于在上电后，初始化Zigbee协议栈，并申请加入Zigbee网络，以及控制第一阅读器210工作并广播信标以唤醒电子标签，并与电子标签建立通信连接。

在一个实施例中，路由节点500还用于在预先设定的一个或多个信道上监听信标帧，以选择下一跳路由父节点；并根据选择的下一跳路由父节点的响应值配置自身的网络ID和信道；路由节点还用于向选择的下一跳路由父节点发送入网请求信息，以通过下一跳路由父节点加入Zigbee网络。

在一个实施例中，路由节点500还用于在下一跳路由父节点不可用时，激活处于休眠状态的路由父节点；路由节点还用于通过处于休眠状态的路由父节点加入Zigbee网络。

具体来说，网关节点300上电后初始化Zigbee协议栈，并采用主动式扫描方式获取最佳信道，以及为Zigbee网络设置16位的PAN-ID，在网络设置完成后，实现Zigbee网络的初始化，而后周期性广播通知阅读器节点200和路由节点500加入网络。当网关节点300(即主干网根节点)建立后，路由节点500广播信号扫描阅读器节点200加入网络。网关节点300判断入网请求是来自于路由节点500还是阅读器节点200，并根据不同的处理方式实现路由节点500和阅读器节点200加入网络，其中，如果路由节点500成功加入主干网，则转发阅读器节点200的信息，若加入失败，则转发到其他路由节点继续发送入网请求；阅读器节点200若接入网失败，则进入休眠状态直到再次激活，重新申请入网。网关节点300在收到请求后，将唯一网络短地址发送给路由节点500或阅读器节点200，阅读器节点200和路由节点500接收到短地址后，成功加入Zigbee网络，第一Zigbee模块220再将信息转换给第二Zigbee模块310，通过以太网进行远程传输。阅读器节点200加入Zigbee网络后控制第一阅读器210工作并广播信标以唤醒电子标签，并与电子标签建立通信连接，从而使家居设备接入Zigbee网络；家居设备发送数据信息到网关节点300，网关节点300接收到数据并下发控制指令到家居设备，于此同时终端节点400通过网关节点300将控制指令发送到家居设备，若家居设备入网不成功或者节点入网不成功还可以上报到终端节点400。具体可参考图4所示，这里就不再赘述。

综上所述，本申请实施例所提供的智能家居系统，通过将物联网的传感器技术、射频识别技术以及Zigbee技术进行融合，能够有效提高智能家居系统的智能化和方便快捷性，并且由于系统中的传感器、电子标签、阅读器都是低功耗设备，且Zigbee网络具有较高的健壮性，因此整个系统具有较低的功耗和较高的健壮性，同时通过整个架构，可以使得数据传输延迟小。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，比如静态随机存取存储器(Static RandomAccess Memory，SRAM)和动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory，DRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种智能家居系统，其特征在于，包括：多个家居设备、阅读器节点和网关节点；

所述多个家居设备中的每个家居设备均包括第一传感器模块和电子标签；所述第一传感器模块用于采集相应家居设备的数据信息；

所述阅读器节点包括第一阅读器和第一Zigbee模块，所述电子标签和所述第一Zigbee模块分别与所述第一阅读器进行通信；

所述网关节点包括第二Zigbee模块，所述第二Zigbee模块与所述第一Zigbee模块进行通信；所述网关节点用于依次通过所述第二Zigbee模块、所述第一Zigbee模块、所述第一阅读器和所述电子标签来获取所述第一传感器模块采集的相应家居设备的数据信息，以及发送控制指令至所述多个家居设备中的任意一个或多个，以对所述多个家居设备进行统一管控。

2.如权利要求1所述的智能家居系统，其特征在于，所述阅读器节点还包括第二传感器模块；

所述第二传感器模块与所述第一Zigbee模块进行通信，所述第二传感器模块用于采集环境信息；

所述网关节点用于通过所述第二Zigbee模块和所述第一Zigbee模块获取所述第二传感器模块采集的环境信息。

3.如权利要求1所述的智能家居系统，其特征在于，所述网关节点还包括第二阅读器；所述第二阅读器与所述电子标签进行通信，所述网关节点用于通过所述第二阅读器和所述电子标签获取所述第一传感器模块采集的相应家居设备的数据信息。

4.如权利要求1-3中任一项所述的智能家居系统，其特征在于，所述网关节点还包括5G网络模块，所述5G网络模块与终端节点进行通信，所述网关节点用于通过所述5G网络模块，发送所述数据信息至所述终端节点和接收所述终端节点发送的控制指令。

5.如权利要求4所述的智能家居系统，其特征在于，所述网关节点还包括电池，所述电池用于在所述网关节点网络异常或断电时给所述第二Zigbee模块供电，以通过所述第二Zigbee模块发送故障信息至所述终端节点。

6.如权利要求1所述的智能家居系统，其特征在于，还包括：路由节点，所述路由节点设置在所述阅读器节点与所述网关节点之间，用于对所述数据信息和所述控制指令进行Zigbee中继传输。

7.如权利要求6所述的智能家居系统，其特征在于，所述网关节点还用于在上电后初始化Zigbee协议栈，并采用主动式扫描方式获取最佳信道；以及为Zigbee网络设置网络ID以进行Zigbee网络初始化；并在网络初始化完成后，周期性广播通知所述阅读器节点和所述路由节点加入网络。

8.如权利要求7所述的智能家居系统，其特征在于，所述阅读器节点还用于在上电后，初始化Zigbee协议栈，并申请加入所述Zigbee网络，以及控制所述第一阅读器工作并广播信标以唤醒所述电子标签，并与所述电子标签建立通信连接。

9.如权利要求7所述的智能家居系统，其特征在于，所述路由节点还用于在预先设定的一个或多个信道上监听信标帧，以选择下一跳路由父节点；并根据选择的所述下一跳路由父节点的响应值配置自身的网络ID和信道；所述路由节点还用于向选择的所述下一跳路由父节点发送入网请求信息，以通过所述下一跳路由父节点加入所述Zigbee网络。

10.如权利要求9所述的智能家居系统，其特征在于，所述路由节点还用于在所述下一跳路由父节点不可用时，激活处于休眠状态的路由父节点；所述路由节点还用于通过所述处于休眠状态的路由父节点加入所述Zigbee网络。

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