CN219085295U - 一种基于LoRa的智能家居系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于LoRa的智能家居系统，其结构包括智能网关模块、智能测试件、智能插座模块、智能开关模块、传感器模块、AI摄像头模块、离线语音助手模块、LoRa电路模块，所述LoRa电路模块的型号为E22‑400T22S，所述智能网关模块、智能测试件、智能插座模块、智能开关模块、传感器模块、AI摄像头模块、离线语音助手模块均包含有所述LoRa电路模块，智能网关负责全部设备的数据收集与下发，并将设备情况上报给云平台，同时需要负责设备的升级，智能场景的本地存储，智能插座具备手动、远程通断电，用电量统计，限制最大输出功率的功能，智能开关具备手动/远程通断，并可以查询开关状态统计开关时间的功能。

Description

一种基于LoRa的智能家居系统

技术领域

本实用新型是一种基于LoRa的智能家居系统，属于智能家居系统技术领域。

背景技术

随着人们的生活水平的不断提高，智能家居行业在近年快速发展，智能家居的概念的普及越来越广，越来越多的人选择购买智能家居相关设备，但是市面上的智能家居设备的通信方式主要为Zigbee、蓝牙、Wifi，存在通信距离短、连接不稳定、功耗大、延迟大等缺点，严重影响用户体验，同时大部分计算与执行均放在了云端，对云端服务器要求高，因此本实用基于Lora技术、通过Modbus协议，使用边缘计算，完全的将计算与执行放在了本地网关，且各个设备均具备一定的计算能力，使智能化场景、语音识别、机器视觉可以脱离云端稳定、快速、精准的运行，市面上的智能家居设备在使用时，多数使用云端执行，用户传感器捕获数据后由网关上报云端，再由云端来控制本地的设备，延迟极大且不稳定，设备无计算能力，如摄像头要实现人脸识别，需要购买云服务通过云端计算进行人脸识别，这不仅给云端服务器带来了负担，给整个系统来了响应迟钝的坏体验，还对用户的隐私有着巨大的威胁，因此本实用的目的就是解决以上问题，并选用智能台灯作为测试件，通过把各个计算分布到各个设备，如把人脸学习识别集成到摄像头内部、把定时集成进智能开关、把用户配置的智能场景存进边缘计算型网关，使得每个设备可以通过网关进行联动且均可以独立使用。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型目的是提供一种基于LoRa的智能家居系统，以解决现有的问题。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：一种基于LoRa的智能家居系统，其结构包括智能网关模块、智能测试件、智能插座模块、智能开关模块、传感器模块、AI摄像头模块、离线语音助手模块、LoRa电路模块，所述LoRa电路模块的型号为E22-400T22S，所述智能网关模块、智能测试件、智能插座模块、智能开关模块、传感器模块、AI摄像头模块、离线语音助手模块均包含有所述LoRa电路模块。

进一步地，所述智能网关模块包括智能网关主控芯片、wifi芯片，所述智能网关主控芯片的型号为STM32F411CEUT，所述wifi芯片的型号为esp32，智能网关负责全部设备的数据收集与下发，并将设备情况上报给云平台，同时需要负责设备的升级，智能场景的本地存储，智能网关选用STM32F411CEUT芯片为主控，具有512KB Flash、100MHz的运行主频，RT-Thread完美支持此芯片，因此使用它为网关主控，esp32芯片的资料较为成熟，内部外设资源丰富且具有蓝牙功能。

进一步地，所述智能网关模块还包括有以太网模块，所述以太网模块的网络控制芯片的型号为W5500，所述wifi芯片上还连接有esp外设，Wifi有时候会存在不稳定的情况，为了追求高稳定性和部分特殊需求，这里加入了以太网网口，用户可以不用接入wifi，只需要插网线即可实现网关的联网，esp32在网关中还驱动了一个esp外设小屏幕，使得网关可以充当一个带天气预报的小闹钟。

进一步地，所述智能测试件为智能台灯，所述智能测试件包括智能测试件主控芯片、恒流驱动芯片、灯板、编码器，所述智能测试件主控芯片的型号为esp32，所述恒流驱动芯片的型号为SY7201ABC，所述灯板为有两种色温的灯珠，所述编码器为EC11编码器，智能台灯芯片选用ESP32为主控，为了后期可以拓展到独立wifi控制，获取天气预报等功能，LED使用恒流驱动芯片SY7201ABC驱动，无频闪。无按键设计，只需一个EC11编码器进行控制，让台灯更加简洁大方，也让用户操作的得心应手，SY7201ABC是DC/DC升压转换器，可提供用于驱动LED的精确恒流，使用了两个SY7200ABC控制两种色温的灯珠，通过调节两路的恒流值进行色温的调节，使用了2路6串3W的LED灯珠，一路色温3000K一路色温6000K，EC11编码器的DE脚是一对开关，C脚是AB的公共端，当正向旋转时A会输出一个脉冲然后B再输出一个脉冲，而反向旋转AB输出脉冲的先后顺序会发生反转，我们可以通过读取AB脚的脉冲顺序来判断正反转。

进一步地，所述智能插座模块包括智能插座模块主控芯片、电量统计芯片、控制插孔通断电电路、MCU供电电路，所述智能插座模块主控芯片的型号为STC8G1K08A-SOP8，所述电量统计芯片的型号为HLW8032，智能插座芯片选用STC8G1K08A-SOP8，其有8kflash，4k独立eeprom，1ksram主频可达35mhz无需晶振，完全符合单孔智能插座的需求且性价比极高，控制通断使用了继电器，用电量等参数通过HLW8032进行采集，HLW8032通过一个阻容降压电量取电，MCU通过HLK-5M05进行隔离取电，且通信部分完全使用光耦隔离，保障了安全。

进一步地，所述智能开关模块包括继电器控制开关电路、主控与触摸电路，所述触摸电路采用型号为BS812A-1的触摸芯片，智能开关具备手动/远程通断，并可以查询开关状态统计开关时间的功能，继电器通过NMOS-SI2302驱动，D1，D4为续流二极管，R6，R2保证了MOS在刚刚上电处于截止状态，触摸芯片使用了合泰的BS812A-1芯片，他具有两路触摸输入，通过调制C2，C3大小可以调制触摸的灵敏度。

进一步地，所述传感器模块包括型号为DW06的锂电池保护芯片、型号为HT7133的低压差稳压芯片、型号为TP4059的充电芯片、充电接口为TYPE-C接口、按键指示灯电路，传感器通过1个锂电池进行供电，DW06为锂电池保护芯片，HT7133为低压差稳压芯片，可以将锂电池电压稳定在3.3V，R3，R4为分压电阻，用于检测电池电压是否正常。

进一步地，所述传感器模块为人体传感器或门磁传感器或震动传感器的一种或多种，三种传感器使用的电路几乎无差异，通过传感器接口接入不同的设备我们就可以实现不同的传感器功能，port为传感器接口，安装干簧管为门磁传感器，安装电释热传感器为人体传感器，安装震动开关则成为震动传感器。

进一步地，所述AI摄像头模块包括有型号为Sipeed M1的主控模块、卡槽、型号为SY8368A的供电芯片，AI摄像头可以识别人形，判断人脸，宠物识别，视频监控等功能，本实用主要测试的为人脸识别功能，摄像头主控使用了Sipeed M1模块，该模块使用K210作为核心，K210使用RISC-V架构，并具有独立的kpu可以在极低的功耗下实现人脸识别，人形检测等图像任务，由于Sipeed m1模块内部集成度较高，只需供电即可正常工作，将io全部引出其中DVP_D0～D7是摄像头的DVP接口LDC_D0～D7是lcd的接口。IO9～IO13为sd卡接口，接入sd卡主要是存放模型等数据，供电选用了SY8368A，4V～28V宽电压输入，最高输出8A或16A电流，通过ILMT脚选择。

进一步地，所述离线语音助手模块包括型号为STC8G1K08-SOP16的主控芯片、语音识别芯片、供电口、自动下载电路芯片，所述语音识别芯片为LU-ASR模块，所述供电口为typec接口，所述自动下载电路芯片的型号为CH340C，离线语音助手可以识别具体的动作，如关灯，开灯，关插座之类的执行动作，离线语音助手是本系统中高效的识别执行机构，无自由聊天，播放音乐等功能，使用了STC8G1K08-SOP16作为主控，LU-ASR模块为语音识别芯片，LU-ASR用户可以自定义词条以及唤醒词，通过串口与用户的MCU通信，语音助手供电口为typec接口，同时使用一个CH340C进行自动下载控制，其中D4防止通过TX为MCU供电导致无法通过RTS#控制STC8重启。

本实用新型的有益效果是：

1.本智能家居系统的逻辑部分大多数在于智能网关，其它设备只需要实现其本身功能与系统所需的协议对接功能，系统层次分明，耦合性极低。

2.使用Lora通信，通信范围广，可以轻松应对各种大户型。

3.通信具有应答反馈机制，稳定性高。

4.本系统还可以拓展很多传感器，如温湿度传感器、角度传感器、光照传感器、风速传感器、雨滴传感器等，效应设备可以添加洗衣机、扫地机、智能窗帘、智能电视、智能冰箱、电饭煲等，同时该系统还可以拓展至其他行业，比如可以作为商城自动化，因为lora通信范围大，完全可以覆盖正常的商城大小，实现商城的灯光控，电梯控制，插座控制，门禁控制，人源流动检测等，也可以拓展为畜牧业，农业自动化，实现自动滴灌，虫情检测，牛羊定位等功能。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型一种基于LoRa的智能家居系统的Lora电路结构示意图；

图2为本实用新型一种基于LoRa的智能家居系统的STM32F411CEU6最小系统结构示意图；

图3为本实用新型一种基于LoRa的智能家居系统的ESP32电路结构示意图；

图4为本实用新型一种基于LoRa的智能家居系统的以太网电路结构示意图；

图5为本实用新型一种基于LoRa的智能家居系统的智能网关程序流程图结构示意图；

图6为本实用新型一种基于LoRa的智能家居系统的恒流驱动电路结构示意图；

图7为本实用新型一种基于LoRa的智能家居系统的灯板电路结构示意图；

图8为本实用新型一种基于LoRa的智能家居系统的编码器电路结构示意图；

图9为本实用新型一种基于LoRa的智能家居系统的手动控制结构示意图；

图10为本实用新型一种基于LoRa的智能家居系统的HLW8032电路结构示意图；

图11为本实用新型一种基于LoRa的智能家居系统的电量统计芯片供电电路结构示意图；

图12为本实用新型一种基于LoRa的智能家居系统的插座通断控制电路结构示意图；

图13为本实用新型一种基于LoRa的智能家居系统的MCU供电电路和光耦隔离电路结构示意图；

图14为本实用新型一种基于LoRa的智能家居系统的智能插座安全保护逻辑结构示意图；

图15为本实用新型一种基于LoRa的智能家居系统的继电器控制开关结构示意图；

图16为本实用新型一种基于LoRa的智能家居系统的主控与触摸电路结构示意图；

图17为本实用新型一种基于LoRa的智能家居系统的传感器供电电源设计结构示意图；

图18为本实用新型一种基于LoRa的智能家居系统的充电口供电电源设计结构示意图；

图19为本实用新型一种基于LoRa的智能家居系统的传感器主电路设计结构示意图；

图20为本实用新型一种基于LoRa的智能家居系统的按键指示灯电路结构示意图；

图21为本实用新型一种基于LoRa的智能家居系统的Sipeed M1模块结构示意图；

图22为本实用新型一种基于LoRa的智能家居系统的SD卡槽结构示意图；

图23为本实用新型一种基于LoRa的智能家居系统的供电电路结构示意图；

图24为本实用新型一种基于LoRa的智能家居系统的自动下载电路结构示意图；

图25为本实用新型一种基于LoRa的智能家居系统的语音识别核心结构示意图；

图26为本实用新型一种基于LoRa的智能家居系统的语音助手供电与自动下载电路结构示意图；

图27为本实用新型一种基于LoRa的智能家居系统的语音助手程序逻辑图结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

请参阅图1-图27，本实用新型提供一种基于LoRa的智能家居系统技术方案：其结构包括智能网关模块、智能测试件、智能插座模块、智能开关模块、传感器模块、AI摄像头模块、离线语音助手模块、LoRa电路模块，所述LoRa电路模块的型号为E22-400T22S，所述智能网关模块、智能测试件、智能插座模块、智能开关模块、传感器模块、AI摄像头模块、离线语音助手模块均包含有所述LoRa电路模块，所述智能网关模块包括智能网关主控芯片、wifi芯片，所述智能网关主控芯片的型号为STM32F411CEUT，所述wifi芯片的型号为esp32，所述智能网关模块还包括有以太网模块，所述以太网模块的网络控制芯片的型号为W5500，所述wifi芯片上还连接有esp外设，所述智能测试件为智能台灯，所述智能测试件包括智能测试件主控芯片、恒流驱动芯片、灯板、编码器，所述智能测试件主控芯片的型号为esp32，所述恒流驱动芯片的型号为SY7201ABC，所述灯板为有两种色温的灯珠，所述编码器为EC11编码器，所述智能插座模块包括智能插座模块主控芯片、电量统计芯片、控制插孔通断电电路、MCU供电电路，所述智能插座模块主控芯片的型号为STC8G1K08A-SOP8，所述电量统计芯片的型号为HLW8032，所述智能开关模块包括继电器控制开关电路、主控与触摸电路，所述触摸电路采用型号为BS812A-1的触摸芯片，所述传感器模块包括型号为DW06的锂电池保护芯片、型号为HT7133的低压差稳压芯片、型号为TP4059的充电芯片、充电接口为TYPE-C接口、按键指示灯电路，所述传感器模块为人体传感器或门磁传感器或震动传感器的一种或多种，所述AI摄像头模块包括有型号为Sipeed M1的主控模块、卡槽、型号为SY8368A的供电芯片，所述离线语音助手模块包括型号为STC8G1K08-SOP16的主控芯片、语音识别芯片、供电口、自动下载电路芯片，所述语音识别芯片为LU-ASR模块，所述供电口为typec接口，所述自动下载电路芯片的型号为CH340C。

例如，测试件选用智能台灯，智能网关负责全部设备的数据收集与下发，并将设备情况上报给云平台，同时需要负责设备的升级，智能场景的本地存储，智能插座具备手动、远程通断电，用电量统计，限制最大输出功率的功能，智能开关具备手动/远程通断，并可以查询开关状态统计开关时间的功能，传感器作为智能家居系统的眼睛，有各种各样的功能，人体传感器主要用于感知人体，达到人来灯亮等功能，门磁传感器通过干簧管和磁铁可以判断门的开关或者抽屉的开关，震动传感器可以感知震动，AI摄像头可以识别人形，判断人脸，宠物识别，视频监控等功能，这里主要测试的为人脸识别功能，离线语音助手可以识别具体的动作，如关灯，开灯，关插座之类的执行动作，离线语音助手是本系统中高效的识别执行机构。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点,对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种基于LoRa的智能家居系统，其特征在于：其结构包括智能网关模块、智能测试件、智能插座模块、智能开关模块、传感器模块、AI摄像头模块、离线语音助手模块、LoRa电路模块，所述LoRa电路模块的型号为E22-400T22S，所述智能网关模块、智能测试件、智能插座模块、智能开关模块、传感器模块、AI摄像头模块、离线语音助手模块均包含有所述LoRa电路模块。

2.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的智能家居系统，其特征在于：所述智能网关模块包括智能网关主控芯片、wifi芯片，所述智能网关主控芯片的型号为STM32F411CEUT，所述wifi芯片的型号为esp32。

3.根据权利要求2所述的一种基于LoRa的智能家居系统，其特征在于：所述智能网关模块还包括有以太网模块，所述以太网模块的网络控制芯片的型号为W5500，所述wifi芯片上还连接有esp外设。

4.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的智能家居系统，其特征在于：所述智能测试件为智能台灯，所述智能测试件包括智能测试件主控芯片、恒流驱动芯片、灯板、编码器，所述智能测试件主控芯片的型号为esp32，所述恒流驱动芯片的型号为SY7201ABC，所述灯板为有两种色温的灯珠，所述编码器为EC11编码器。

5.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的智能家居系统，其特征在于：所述智能插座模块包括智能插座模块主控芯片、电量统计芯片、控制插孔通断电电路、MCU供电电路，所述智能插座模块主控芯片的型号为STC8G1K08A-SOP8，所述电量统计芯片的型号为HLW8032。

6.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的智能家居系统，其特征在于：所述智能开关模块包括继电器控制开关电路、主控与触摸电路，所述触摸电路采用型号为BS812A-1的触摸芯片。

7.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的智能家居系统，其特征在于：所述传感器模块包括型号为DW06的锂电池保护芯片、型号为HT7133的低压差稳压芯片、型号为TP4059的充电芯片、充电接口为TYPE-C接口、按键指示灯电路。

8.根据权利要求7所述的一种基于LoRa的智能家居系统，其特征在于：所述传感器模块为人体传感器或门磁传感器或震动传感器的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的智能家居系统，其特征在于：所述AI摄像头模块包括有型号为Sipeed M1的主控模块、卡槽、型号为SY8368A的供电芯片。

10.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的智能家居系统，其特征在于：所述离线语音助手模块包括型号为STC8G1K08-SOP16的主控芯片、语音识别芯片、供电口、自动下载电路芯片，所述语音识别芯片为LU-ASR模块，所述供电口为typec接口，所述自动下载电路芯片的型号为CH340C。

Images