CN217693374U - 多模式协议的智能家居网关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多模式协议的智能家居网关，包括：壳体和主控PCB板，壳体包括壳状主体、从壳状主体凸出形成的接线盒，主控PCB板设于壳状主体内，主控PCB板靠近接线盒的一侧，电连接有PLC模块、以太网模块和无线通信模块；在接线盒上设有PLC模块接口和以太网模块接口，PLC模块接口接入家庭中已有的电力线，以太网模块接口接入家庭中已有的以太网线。利用本实用新型方案，一方面实现多协议接入，另一方面采用的有线总线方式，直接使用家庭中电力线和以太网线，不破坏装修，不需要另外走线，降低施工难度，降低用户实现智能家居的施工成本和周期。

Description

多模式协议的智能家居网关

技术领域

本实用新型涉及通信领域，尤其涉及一种适用于智能家居领域的网关。

背景技术

智能家居系统的集成性、整体性和便捷性可以极大改善人们的生活水平和生活质量，随着智能家居行业的发展与不断革新，更是促进了智能家居终端设备的进一步发展。

目前的智能家居终端设备百花齐放，品种繁多，但由于均采用单一的无线通讯技术，没有形成成熟统一的底层协议标准，各平台间云端接口协议和对接方案也无统一化标准。因此，建筑开发商需要选择多个不同厂商的模块化产品进行集成，以满足消费者多样化的需求，但不同厂商的模块化产品的接口或协议存在差异，且设备的固件不同，导致设备厂商需要针对每个平台的云端进行适配开发，同时也增加了开发商的集成难度，因此需要提供一种支持多种通讯协议的智能家居网关，降低集成难度。

实用新型内容

本实用新型提供一种多模式协议的智能家居网关，旨在解决集成多种通信模块并降低施工难度的问题。技术方案如下：

该多模式协议的智能家居网关包括：壳体和主控PCB板，壳体包括壳状主体、从壳状主体凸出形成的接线盒，主控PCB板设于壳状主体内，主控PCB板靠近接线盒的一侧，电连接有PLC模块、以太网模块和无线通信模块；在接线盒上设有PLC模块接口和以太网模块接口，PLC模块接口接入家庭中已有的电力线，以太网模块接口接入家庭中已有的以太网线。

优选地，主控PCB板上电连接有主控模块、通信串口和电源模块，主控模块通过通信串口分别与PLC模块、以太网模块、无线通信模块和电源模块电连接。

优选地，无线通信模块包括ZigBee模块，主控模块通过UART接口与ZigBee模块通信。

优选地，无线通信模块包括WiFi模块，主控模块通过SDIO接口或UART接口与WiFi模块通信。

优选地，无线通信模块包括BLE模块，主控模块通过SDIO接口或UART接口与BLE块通信。

优选地，WiFi模块和BLE模块采用二合一的WiFi/BLE模块。

优选地，接线盒包括间隔设置的第一接线盒与第二接线盒，PLC模块和电源模块位于第一接线盒内。

优选地，以太网模块位于第二接线盒内。

优选地，第一接线盒和第二接线盒为86型接线盒。

优选地，智能家居网关包括显示屏，显示屏表面与壳体表面平齐，安装时壳体陷入墙体。

本实用新型的有益效果是：利用本实用新型方案，一方面，实现多协议接入，支持无线通讯以及PLC、以太网的多种通讯协议，采用标准协议对接，支持更多厂商及产品接入，生态更大，竞争力强；另一方面，采用的有线总线方式，直接使用家庭中电力线和以太网线，不破坏装修，不需要另外走线，降低施工难度，从而降低用户实现智能家居的施工成本和周期。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的智能家居设备通讯连接示意图；

图2为本实用新型智能家居网关的一实施例的系统框图；

图3为本实用新型智能家居网关的主控PCB板的一实施例的结构示意图；

图4为本实用新型智能家居网关的一实施例的剖面结构示意图；

图5为本实用新型二合一WiFi/BLE模块的一实施例的电路连接示意图；

图6为本实用新型ZigBee模块的一实施例的电路连接示意图；

图7为本实用新型PLC模块的一实施例的电路连接示意图；

图8为本实用新型以太网模块的一实施例的电路连接示意图；

图标：

1、壳体，2、显示屏3、主控PCB板，4、第一接线盒，5、第二接线盒，6、PLC模块，7、以太网模块，8、以太网模块的接口，9、电源PCB子板，10、电源PCB板，11、旋钮面板，12、旋钮，301、主控模块，302、ZigBee模块，303、WiFi/BLE模块，304、WiFi/BLE模块的天线305、ZigBee模块的天线，306、扬声器，307、显示屏连接器，308、按键板连接器，309、电源模块，310、语音模块，311、电源按键，312、麦克风传感器，3121、麦克风连接器，313、测距传感器，314、以太网口接触PIN脚，315、电源接触PIN脚。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的，不是用于限制本实用新型。

目前智能家居上使用的通讯技术协议有如下几种：

WiFi是生活中最常见的无线协议，采用2.4/5G频段，直接连入互联网，主要用于高速数据传输，大部分的WiFi模块功耗相对比较高，也有针对智能家居领域做了功耗优化的低功耗WiFi模块，比较适合低功耗的智能家居节点。其优势在于传输速率快，产品成本低，生活最为普及。在智能家居中，主要以一些智能型单品设备例如：语音音箱、扫地机器人、智能晾衣架等设备采用WiFi，主要是看重接入方便，门槛低，家庭网关也会选用WiFi来作为连接公网的入口。

低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy，又称作BLE)，是蓝牙技术联盟设计和销售的一种个人局域网技术，旨在用于医疗保健、运动健身、信标、安防、家庭娱乐等领域的新兴应用。相较经典蓝牙，低功耗蓝牙旨在保持同等通信范围的同时显著降低功耗和成本。Bluetooth5把目前的传输速度提高了2倍。更快的传输速度将在提升频谱和能量效率的同时，使数据传输速率加倍，大幅降低功耗，并且可以实现诸如音频等全新的更高吞吐量应用。低功耗和普通蓝牙的工作频段(2.4GHzISM)一样，不过不会在开启后一直工作，而是只在需要传输数据时工作，不需要时处于低功耗休眠状态。低功耗蓝牙开启后和设备建立连接只有几毫秒的延迟，而普通蓝牙则有100毫秒左右。这种“即起即停”的特性让低功耗蓝牙可以在休眠的情况下也不影响使用。但由于需要休眠，低功耗蓝牙不适合长时间传输，只适合短时传输，所以它很适合诸如语音唤醒等只需要短时间使用的功能。目前市面上使用低功耗蓝牙的智能家居产品包括智能闹钟、语音控制器和智能抽屉开关等。BLE-mesh作为市面上智能单品的主要通讯协议之一，在智能家居通讯协议中占有不可或缺的一席之位。

ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。ZigBee和蓝牙采用了同样的2.4GHz频段，都是用于短距离的少量数据传输，功耗也很低。在智能家居发展的初期由于竞争对手很少，ZigBee在智能家居兴起前就被许多产品所采用，其连接数量的优势大，完全能满足一个家庭或者一个建筑所有设备联网的需求数量的特性，导致它成为了目前智能家居领域使用最广泛的协议之一。ZigBee3.0将ZigBee联盟处于市场领先地位的多个无线标准统一为单一标准。它能实现众多智能设备之间的无缝互操作，使消费者和企业享受到创新产品和服务无缝协作所带来的高品质生活。ZigBee3.0简化了开发人员创建物联网产品和服务的选择过程。它具备了市场上应用ZigBee标准的数千万台设备的所有特征，支持智能家居、联网照明和其他领域的设备之间的通信和互操作性，因此产品开发人员和服务提供商能够提供更为多样化和能够完全互操作的解决方案。ZigBee3.0具有开放性、普遍性和完整性，可与现有的互联网应用程序完全互相操作，其应用范围广泛，适用于照明、安全、恒温器、遥控器等设备，同时ZigBee3.0十分安全，支持电池类和常电类设备，其网状组网方式、低延时通讯效率以及低功耗的表现更是无与伦比，Zigbee是智能家居行业的非常重要的组网以及智能化控制的协议，也是智能家居的最佳解决方案。

RF是Radio Frequency的缩写，即射频。射频技术在无线通信领域中被广泛使用。许多无线设备利用RF场。无绳电话和手机，无线电和电视广播站，卫星通讯系统，以及对讲机服务等都是在RF频谱下运作的。RF无线收发模块，采用射频技术，也叫RF433/315射频模块，采用全数字科技生产的单IC射频前端与ATMEL的AVR单片机组成，在智能家居领域RF主要以433MHz和315MHz使用比较广泛，两个频段可高速传输数据信号的微型收发信机。RF在433/315MHz两个频段对无线传输的数据进行打包、检错、纠错处理，无法组网，点对点通信。在智能家居中，主要以窗帘、电机、推窗器、幕布等机电类设备控制器为主的智能遥控设备采用RF433/315较多，部分早期的智能门锁也采用RF射频进行通讯。在智能家居市场，RF技术主要用于遥控器、窗帘电机、推窗器、电磁阀等品类的控制上，其技术的可替代性及稳定性导致在其在智能家居市场的使用并不广泛。

Z-Wave是一种新兴的基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。工作频带为908.42MHz(美国)～868.42MHz(欧洲)，采用FSK(BFSK/GFSK)调制方式，Z-Wave联盟的成员均是已经在智能家居领域有现行产品的厂商，该联盟已经具有160多家国际知名公司，范围基本覆盖全球各个国家和地区。由于Z-Wave联盟在国内市场的推广力度、行业知名度及配套产品的完善性的不足，导致该无线协议在国内智能家居市场的发展并不如意。

KNX是欧洲楼宇自动化控制领域的标准，它整合了家居控制标准实施，可以通过一个网关接入不同的子系统，KNX是唯一全球性的住宅和楼宇控制标准。在KNX系统中，总线接法是区域总线下接主干线，主干线下接总线，系统允许有15个区域，即有15条区域总线，每条区域总线或者主干线允许连接多达15条总线，而每条总线最多允许连接64台设备。KNX优异的拓展性和协议的稳定性使得其在全球市场有线控制领域非常热门，但由于其高昂的入门费用及协议费用，使得大多数国内厂商对之望而却步，目前该协议仅在国内外一线厂商中使用KNX协议或正向KNX协议过渡。

RS-485是一种非常常见的总线。在通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS485串行总线标准。它采用平衡发送和差分接受，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。RS-485有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用，多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓扑结构，在同一总线上最多可以挂接32个节点。RS485总线作为市场使用最为广泛的有线协议之一，自1983年制定以来，其在工业控制领域使用的稳定表现，无需缴纳协议费用，在国内市场有众多的厂商选择这一协议，但由于其总线负载数量限制，通讯距离短，半双工等技术特性导致其即将逐渐被主流厂商淘汰。

PLC可编程逻辑控制器是一种具有微处理器的用于自动化控制的数字运算控制器，可以将控制指令随时载入内存进行储存与执行。可编程控制器由CPU、指令及数据内存、输入/输出接口、电源、数字模拟转换等功能单元组成。采用PLC和多种传感器实现对智能家居常规控制的基础上，利用PLC可编程控制器发出的脉冲信号构成全家的智能控制管理，实现智能家居。而且本着更容易普及这种技术，采用PLC、多种传感器构成的系统具准确、方便、容易扩展的特点，能更加好的完成复杂的智能化控制任务。使用中频带电力线载波通信技术PLC-IoT，可实现数据在电力线介质的高速长距离传输，并基于该技术发展出IPv6、多模通信、边缘计算等独特技术和被集成模式；与此同时，作为一种新型物联手段，PLC-IoT在短时间内就已经被市场所接受，是未来主流应用。

图1为本实用新型一实施例的智能家居设备通讯连接示意图，从图中可以看出，本实用新型的智能家居网关集成以上提到的多种通信协议，实现不同家居终端经由不同协议接入智能家居IOT平台，用户可通过手机app远程接入到智能家居IOT平台，从而实现对家居的智能控制。其中，智能终端与智能家居网关之间可通过WiFi、BLE、ZigBee和PLC等多种方式进行短距离通信，智能家居网关与智能家居IOT平台之间可通过以太网的有线方式或者WiFi方式进行远程通信，智能家居IOT平台是远程的服务器上运行的平台。具体接入的智能家居终端又可分为：智能照明系统、智能遮阳系统、智能安防系统、智能环境系统智能插座系统、暖通控制系统等。其中，智能照明系统包括智能开关面板、智能调光面板，实现对家庭中的灯光照明的调节控制；智能遮阳系统包括开合帘电机、卷帘电机、窗帘开关面板，实现对家庭中窗帘的智能控制；智能安防系统包括人体传感器、门磁传感器、摄像机，实现对入户操作的智能控制，例如防盗以及报警；智能环境系统包括浸水传感器、烟雾传感器、空调伴侣，实现防水、防火警报，以及根据湿度和烟雾等相应地智能调控室内空调来改善室内环境；智能插座系统包括智能墙壁插座，实现对插座的接通、断电等智能控制；暖通控制系统包括温控面板、水/电地暖控制面板，实现对室内温度的实时感知，并根据温度实时调控取暖装置。

图2为本实用新型智能家居网关的一实施例的系统框图，从图中可以看出，本实用新型智能家居网关支持多种协议，包括有PLC模块、以太网模块和无线通信模块，各通信模块通过通信串口分别与主控模块相连。

具体地，PLC模块接口接入家庭中已有的电力线，以太网模块接口接入家庭中已有的以太网线。如前面所述，很多智能家居网关的总线接入方式，例如RS485、KNX等都需要单独布线，破坏装修，增加施工难度和技术要求，极大降低智能家居这种前沿技术的快速发展。而本实用新型的有线总线方式，直接使用家庭中电力线和以太网线，不破坏装修，不需要另外走线，降低了施工难度，从而进一步地降低用户实现智能家居的施工成本和周期。

进一步地，无线通信模块包括ZigBee模块、WiFi模块和BLE模块。如前所述，这三种协议是当前使用范围广、性能好且成本相对交底的接入方式，其他的协议有一些是价格昂贵、引入成本高，另一些是稳定性不够或者推广不足，还有的则由于技术落后逐渐被淘汰，因此本实用新型中选择集成的ZigBee模块、WiFi模块和BLE模块也是当前和未来的主流无线通信模块，可以更好地满足智能家居市场的需求。

进一步地，WiFi模块和BLE模块还采用二合一的WiFi/BLE模块，通过分时复用的方式，使得WiFi模块和BLE模块工作时互不干扰。

进一步地，如图2所示，主控模块通过UART接口与ZigBee模块通信，主控模块通过SDIO接口或UART接口与WiFi/BLE模块通信，主控模块通过UART接口与PLC模块通信，主控模块通过RMII接口与以太网模块通信，其中以太网模块主要包括PHY。

具体地，图5为本实用新型二合一WiFi/BLE模块的一实施例的电路连接示意图，图6为本实用新型ZigBee模块的一实施例的电路连接示意图，图7为本实用新型PLC模块的一实施例的电路连接示意图，图8为本实用新型以太网模块7的一实施例的电路连接示意图。

进一步地，图4给出了本实用新型智能家居网关的一实施例的剖面结构示意图。可以看出，该智能家居网关包括：壳体1、显示屏2和主控PCB板3；

壳体1包括壳状主体、从壳状主体凸出形成的第一接线盒4和第二接线盒5，第一接线盒4和第二接线盒5间隔设置。

进一步地，PLC模块6和电源PCB板10、电源PCB子板9位于第一接线盒4内，并在第一接线盒4上开有PLC模块接口，从而节省空间；以太网模块7位于第二接线盒5内，并在第二接线盒5上开有以太网模块7接口8，将两个有线通信模块分别置于两个接线盒，从而避免干扰，也更利于插入不同的连接线。

进一步地，将PLC模块接口设于第一接线盒4的底部，以太网模块7接口8设于第二接线盒5的顶部，从而更利于两条连接线的安装和分布，避免干扰。

在本实施例中，第一接线盒4和第二接线盒5为86型接线盒，选用市场应用普遍的接线盒，便于生产和适配。

显示屏2安装在壳状主体远离第一接线盒4和第二接线盒5的一侧，如图2所示，本实施例的显示屏2表面与壳体1表面平齐，安装时可将壳体1嵌入墙体，从而只在墙面显示有显示屏2，在满足用户操作的同时起到节省空间和美观、防尘的效果。

进一步地，如图3和图4所示，智能家居网关还包括旋钮面板11，旋钮面板11位于显示屏22的一侧，其固定于壳状主体上，旋钮12凸出于壳体1表面。通过将显示屏2和旋钮12两种控制面板相结合，可以提供给用户更丰富的操作方式，满足不同的客户需求。

进一步地，图3给出了本实用新型智能家居网关的主控PCB板的一实施例的结构示意图，如图3所示，在本实施例中，智能家居网关还包括四个麦克风传感器312、测距传感器313、语音模块310和扬声器306，每两个麦克风传感器312通过麦克风连接器3121电连接，麦克风连接器3121电连接、测距传感器313、语音模块310和扬声器306与主控PCB板电连接。主控PCB板上包括显示屏连接器307，用以连接显示屏2。智能家居网关还包括电源按键311，电源按键311安装在壳体1的侧壁并凸设于壳体1表面，电源按键311与主控PCB板电连接，通过电源按键311启动或关闭智能家居网关。

进一步地，如图3所示，主控PCB板为矩形，有平行的第一侧边框和第二侧边框，以及连接侧边框的上边框和下边框。在本实施例中，主控模块301、WiFi/BLE模块303和ZigBee模块302位于主控PCB板的中部区域，WiFi/BLE模块的天线304位于主控PCB板的第二侧边框，且靠近上边框的位置，ZigBee模块的天线305位于主控PCB板的下边框，且靠近第一侧边框的位置，这种设置使得ZigBee模块的天线305在空间上尽量远离WiFi/BLE模块的天线304部分，减少ZigBee模块的天线305和WiFi/BLE模块的天线304的相互干扰，从而达到在有限的空间内集成更多的通信模块，且保证各通信模块之间互不干扰的效果。

Claims (10)

1.一种多模式协议的智能家居网关，其特征在于，包括：壳体和主控PCB板，所述壳体包括壳状主体、从所述壳状主体凸出形成的接线盒，所述主控PCB板设于所述壳状主体内，所述主控PCB板靠近所述接线盒的一侧，电连接有PLC模块、以太网模块和无线通信模块；所述接线盒上设有PLC模块接口和以太网模块接口，所述PLC模块接口用于接入家庭中已有的电力线，所述以太网模块用于接口接入家庭中已有的以太网线。

2.根据权利要求1所述的智能家居网关，其特征在于，所述主控PCB板上电连接有主控模块、通信串口和电源模块，所述主控模块通过所述通信串口分别与所述PLC模块、以太网模块、无线通信模块和电源模块电连接。

3.根据权利要求2所述的智能家居网关，其特征在于，所述无线通信模块包括ZigBee模块，所述主控模块通过UART接口与所述ZigBee模块通信。

4.根据权利要求3所述的智能家居网关，其特征在于，所述无线通信模块包括WiFi模块，所述主控模块通过SDIO接口或UART接口与所述WiFi模块通信。

5.根据权利要求4所述的智能家居网关，其特征在于，所述无线通信模块包括BLE模块，所述主控模块通过SDIO接口或UART接口与所述BLE模块通信。

6.根据权利要求5所述的智能家居网关，其特征在于，所述WiFi模块和所述BLE模块采用二合一的WiFi/BLE模块。

7.根据权利要求6所述的智能家居网关，其特征在于，所述接线盒包括间隔设置的第一接线盒与第二接线盒，所述PLC模块和所述电源模块位于所述第一接线盒内。

8.根据权利要求7所述的智能家居网关，其特征在于，所述以太网模块位于所述第二接线盒内。

9.根据权利要求8所述的智能家居网关，其特征在于，所述第一接线盒和第二接线盒为86型接线盒。

10.根据权利要求9所述的智能家居网关，其特征在于，所述智能家居网关包括显示屏，所述显示屏表面与所述壳体表面平齐，安装时所述壳体陷入墙体。

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